1、滚动轴承故障诊断分析专家版滚动轴承故障诊断分析专家版滚动轴承故障现代工业通用机械都配备了相当数量的滚动轴承。一样说来，滚动轴承差不多上机器中最周密的部件。通常情形下，它们的公差都保持在机器的其余部件的公差的十分之一。然而，多年的实践体会说明，只有10%以下的轴承能够运行到设计寿命年限。而大约40%的轴承失效是由于润滑引起的故障，30%失效是由于不对中或卡住等装配失误，还有20%的失效是由过载使用或制造上缺陷等其它缘故所致。假如机器都进行了精确对中和精确平稳，不在共振频率邻近运转，同时轴承润滑良好，那么机器运行就会专门可靠。机器的实际寿命也会接近其设计寿命。然而遗憾的是，大多数工业现场都没有做到
2、这些。因此有专门多轴承都因为磨损而永久失效。你的工作是要检测出早期症状并估量故障的严峻程度。振动分析和磨损颗粒分析差不多上专门好的诊断方法。1、频谱特点故障轴承会产生与1X基频倍数不完全相同的振动重量换言之，它们不是同步的重量。对振动分析人员而言，假如在振动频谱中发觉不同步重量那么极有可能是轴承显现故障的警告信号。 振动分析人员应该赶忙诊断并排除是否是其它故障引起的这些不同步重量。非转频的倍数峰值疑似为故障信息假如看到不同步的波峰，那极有可能与轴承磨损相关。假如同时还有谐波基频的倍频和边频带显现，那么轴承磨损的可能性就专门大这时候你甚至不需要再去了解轴承准确的扰动频率。2、扰动频率运算有四个与
3、轴承相关的扰动频率：球过内圈频率BPI、球过外圈频率BPO、保持架频率FT和球的自旋频率BS外圈，内圈，保持架，滚动体特点频率。轴承的四个物理参数：球的数量、球的直径、节径滚柱圆心对应轴承的半径D和接触角。其中，BPI和BPO的和等于滚珠/滚柱的数量。例如，假如BPO等于3.2 X转频，BPI等于4.8 X，那么滚珠/滚柱的数量必定是8。轴承扰动频率的运算公式如下：注意：BS的值可能会加倍，因为所给的公式针对的是球撞击内圈或外圈的情形。假如有庇点的滚球/滚柱同时撞击内圈和外圈，那么其频率值应该加倍。需要说明的是由于受到各种实际情形如滑动、打滑、磨损、轴承各参数的不精确如直径可能不完全精确等的阻
4、碍，我们所运算出来的频率值可能会与真实值有小范畴的差异。在检查过程中你可能会经常涉及到滚珠的数目，关于轴承而言你所能了解到的信息可能只有滚珠或滚柱的数目。假如能够依照频谱或其它地点确定其中一个的扰动频率，我们就能够依照它运算出其它的频率。关于四个扰动频率运算还有一个近似的体会公式可供参考。关于812个滚珠/滚柱的轴承：BPO通常等于滚珠数量的0.4倍，BPI是滚珠数量的0.6倍，而FT等于0.4 X。 3、轴承失效的九个时期有人把轴承失效划分为四个时期，在此我们为了描述得更加详细将它细分为九个时期。第一时期：在轴承失效的最初时期，其频率范畴大约在20 KHz60 KHz之间或更高。有多种电子设
5、备能够用来检测这些频率，包括峰值能量、 HFD、 冲击脉冲、 SEE等超音频测量装置。在那个时期，一般的频谱上可不能显现任何显示。第二时期：由于轴承上的庇点增大，使它在共振固有频率处发出铃叫声。同时该频率还作为载波频率调制轴承的故障频率。第三时期：显现轴承故障频率。开始的时候我们只能观看到那个频率本身。图中所示为轴承内圈故障时的频谱显示。当轴承磨损进一步加剧后，在故障频率例子中的BPI处的波峰值将会升高。大多数情形下波峰值将随着时刻线性增加。第四时期：随着故障的进展，故障频率将产生谐波。这说明发生了一定程度的冲击。故障频率的谐波有时可能会比基频波峰更早被发觉。因此，我们第一要查找频谱中的非同步
6、波峰，并查证是否有谐波。对应的时域波形中同时也会显现冲击脉冲的显示。故障频率及其谐波的幅值在开始时期都比较低。假如你仅仅通过线性坐标图表来查看数据，专门容易错过这些重要的故障信号。因此，建议结合对数坐标来进行分析，从而及时发觉轴承故障的早期显示。假如你想要进行轴承的早期故障预报，那么就应该使用加速度为单位来采集高频时域波形使用加速度传感器也确实是说，不要进行积分。加速度能突出信号中的高频成分，这关于我们的应用来说是专门理想的方法。第五时期：随着故障状态的恶化，轴承的损坏更加严峻，振动级将连续升高，同时显现更多的谐波。由于故障自身的性质，这时还会显现边频带。时域波形上的尖峰波将更加清晰和明显，你
7、甚至能够通过测量尖峰间的时刻间隔来运算故障频率。高频率的轴承检测，如峰值能量和冲击脉冲所得到的趋势都在连续上升。现在引起调制的缘故有二个：第一种情形是当内圈显现故障时，假如它位于加载区域时，产生的冲击会更加剧烈，从而产生更高的振幅。当内圈故障位置移出加载区后，其振幅又会降低，并在轴承顶部达到最小值。在这种情形下内圈的故障频率将被内圈的旋转频率所调制，因此我们能够在频谱中看到1 X边频带显现。假如滚珠显现问题，也会因相同的缘故，产生调制。当滚珠运转在载荷区会产生比运转在非载荷区更强烈的冲击。越接近载荷区，振幅越高。滚珠沿轴承以保持架频率FT滚动。该频率低于1 X典型的FT大约等于0.4 X。当我
8、们能够从频谱中观看到谐波，专门是边频带后，轴承上的磨损就差不多能够用肉眼观看到了。这时候，你就能够建议更换轴承了。滚动轴承故障诊断2第六时期：1X处的幅值增大，并显现1X的谐波，这是由于磨损引起间隙增大的结果。第七时期：现在我们看见故障频率及其边频带变成峰丘状，经常被叫作干草堆。这是由于宽带噪声所致。在*近机器的地点，你还能听到轴承发出的噪声。在那个时期，高频率的轴承测量量可能会逐步减少。假如你用测量工具测到的振幅有下降趋势，不要以为是情形显现好转，而应该尽快去定购用来更换的轴承了！第八时期：频谱中的干草堆将连续扩大，谐波随着松动的增加而增大，高频率的轴承测量显示出的趋势可能会连续降低，但重要
9、的是整个噪声水平都在上升。你能清晰的听到轴承发出的声音，这预示着轴承立即报废。第九时期：到了那个时期以后，频谱会变得平直，因为机器差不多不能运转了！4、解调频谱及在滚动轴承诊断中的应用振动解调能够在滚动轴承故障进展的初始时期检测到故障信息，同时能够跟踪轴承的故障进展，在轴承故障的不同时期中以不同的信息反映轴承不同的故障状态。4-1使用和认识解调以上差不多论述了如下事实：在轴承故障的早期时期能够观看到在机器固有频率处的振动。轴承在固有频率上产生鸣叫。 轴承的损坏所引起的冲击导致轴承鸣叫。因此，我们实际得到的是故障频率的边频带。如在第二时期上的图示在轴承失效的晚期，我们也能观看到存在1X边频带或保
10、持架转速的边频带调制，他们分别代表了轴承内圈和滚珠的故障。如在第五时期上的图示4-2解调结合上述两种情形，我们会想：假如能够检测到故障频率边频带的轴承共振是否就还能给出专门早的轴承磨损警告呢？答案是确信的。然而由于测量的是高频低幅信号，因此它容易被其他振源信号所掩盖。一种解决方法确实是对信号进行解调。简单的说，确实是第一使用高通滤波器过滤要紧的低频成份，然后进行检波解调，接着为了抗混频还需要使用低通滤波器去除高频信号。认真查看频谱，你会在原始信号中发觉许多振动源，专门是那些比轴承共振幅值还高的地点。假如我们查看时域波形，会发觉正弦信号与密集的高频杂波相伴。动态的高频杂波来源于轴承的鸣叫。第一是
11、要通过高通滤波器滤掉低频信号并让高频信号通过。滤波器能够设置成让高于2000HZ的频率通过用于轴承分析。结果信号仍旧包含高频成份，但较高振幅的信号应差不多被过滤掉了。时域波形上也只剩下轴承的冲击信号，这才是最重要的信息。 滚动轴承故障诊断3其次，我们将频率坐标上部的边频带迭放到基带上。能够用解调器来实现，实际上它就相当于一个典型的整流器翻转所有的负向信号。整流的过程中会去掉负向信号，剩下的就只是正向信号了。如Rectified signal整流信号图所示 之后，我们滤掉来自其他调制源的残余信号。一些解调器产品承诺手动操纵滤波器，然而大多数情形下该功能都由数据采集器中的抗混频滤波器来完成基于选择
12、的频率范畴。 对时域波形而言，所有的高频信息都被滤掉。有人也把它叫做包络检定器。解调测试最重要的是选择频率范畴。一样的原那么是：范畴应操纵在1520X也确实是运行速度的1520倍之间。我们的目的是要确保最后只留下需要的调制信号。机器可能多半会有其他的调制信号源，因此最正确的规那么是：把频率范畴设定为整个边频带宽度的一半。到最后，留下的信号应该是有一系列专门强的谐波这取决于故障的严峻程度了。解调频谱与一般振动频谱相比有些不同。你不是依照振幅大小来确定故障的严峻程度，而是通过测量数据间的对比分析来进行判定，最重要的是将波峰和噪声水平进行比较。一样说来当损坏程度较低时波峰将专门小。随着故障破坏的进一
13、步进展，振动波峰将逐步从噪声中凸显出来。当显现严峻故障时，波峰值将高出噪声水平约20 dB100 X。10lg(a/b)-a/b=100当轴承破坏专门严峻处于前面所述的第七或第八时期时，噪声水平将上升到接近波峰处。这是一个专门糟糕的信号预示着轴承立即完全失效！该过程也可适用于机器的其它故障分析：齿轮啮合分析、电机电流分析、电动机气隙偏心分析和其它调制信号源。注：在齿轮箱中经常会发生频率调制，这可能导致分析振幅解调数据时得到错误的结果。那个问题已超出本讨论的范畴，但必须对此有所认识。轴承的解调测试的一个好处是能够关心你查明具体哪个轴承显现了故障。假如你不明白轴承的详细参数，也不明白故障频率，或你
14、明白了故障频率，但机器上有多个同样的轴承。那么我们能够对所有的轴承进行检测，或只取其一个作诊断测试，都能把问题轴承找出。5、冲击脉冲法、峰值能量法、高频检测法等仅作简单论述不同的监测公司往往采纳了不同的监测技术。其中包括：冲击脉冲法、峰值能量法、高频检测法等等。简单的说，这些方法确实是利用轴承发生故障时显现的症状进行诊断，故障轴承开始会显现瞬态冲击，然后发生共振或发出鸣叫声。而前面讨论的解调技术将产生一种频谱，冲击脉冲法SPM、峰值能量法和其它一些技术那么能够产生一个或两个能显示出趋势的值。随着趋势值的升高，轴承损坏的可能性也跟着增加。差不多原理：由冲击产生的振动把能量注入到所有的频率中。在0
15、-3KHz正常频率段内，因为混有其它振动信号源而专门难被检测到。但当达到传感器的共振频率时，除了瞬态冲击波外没有其它强的振动信号源不平稳、不对中等差不多上在较低的频率段显示的故障。因此瞬态冲击能够单独激发传感器产生共振，并使该频率的信号被增强。需要注意的是你尽管能够从大多数的数据采集系统中得到趋势数据通过峰值能量法、高频检测法等，但你不能仅仅利用这一个读数冲击脉冲读数与标准值的比较来判定轴承的状态。因为，我们所使用的传感器并不完全一样，它们可能具有完全不同的共振特性。 值得庆幸的是，现在差不多有公司找到方法来处理这些问题。它们生产标定了的传感器使每个传感器都具有相同的共振特点。该公司也举荐坚持使用专门安装技术确保与轴承的良好接触，提高测量的可重复性。
