轴承内圈故障---振动频域分析

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1、轴承内圈故障…振动频域分析《传感器与测试技术》课程设计报告学院:机械与动力工程学院专业班级：机电普学牛姓名：学号：设计地点（单位）设计题目：轴承内圈故障振动频域分析完成日期：2011年7月7日指导教师评语:成绩（五级记分制）：指导教师（签字）目录1•前言2•基本原理3•设计计算4•结论以及图纸5•参考文献滚动轴承是旋转机械屮的重耍零件，他在各个机械部门屮的应用最为广泛，这是和它一系列显著优点相联系的，例如：摩擦系数小；运转精度高；对润滑剂的粘度不敏感，大多数滚动轴承可使用润滑脂，不需要像滑动轴承那样一套复杂

2、的供油系统；在低速下也能承受载荷，因而适宜于在使用条件有变化和可靠性要求高的场合下工作；大多数类型的轴承能承受径向和轴向负荷；更重要的是滚动轴承产品已国际标准化，易于大批量生产，成本低廉，互换性好。但是，滚动轴承也是机械中最易于损坏的零件之一，它的缺点是承受冲击的能力差，在冲击载荷下容易发生故障。此外，滚动轴承在滚动体上的载荷分布是不均匀的，在载荷线下面的一个滚动体受力最大，因此轴承工作时，内圈和外圈上各点所受的应力和应力循环次数是不同的，这些对轴承的损坏都是很大影响。滚动轴承发生故障的主要形式有：轴承转速

3、小于lr/min时轴承的损坏形式；轴承转速n大于:LOr/min吋，轴承损伤的主要形式：疲劳剥落、磨损或磨伤、断裂、锈蚀和电蚀以及装配不当、机械冲击和反复换向等原因会引起保持架的摩擦和断裂。设备故障诊断技术是一门新兴技术，它是随着人们对设备可靠性的要求和对设备现代化维修、管理的需要而发展起来的。对诊断数据的有效分析，是机械设备故障诊断技术中，针对不同的情况，存在不同的信号分析方法，而频域分析更是发挥至关重要的作用。一般说来，频谱分析是故障诊断的关键。频域分析方法主要是对信号的频率结构进行分析分析，确定信号是

4、由哪些频率成分所组成，以及这些频率成分幅值的大小。通过对“故障特征频率”及“故障特征频率幅值”的分析，就可以准确地对设备的故障情况进行诊断。在实际工作中，如何从振动信号频谱中识别出故障特征是一项较难的工作。有人曾把学习如何识别振动谱图比作学习一种新的工程预言。在分析谱图时应抓住重点，忽略次耍因素，以确定故障类型，找出设备存在的问题。在分析振动谱图时有两条原则：1、频率形态（大小及其变化等）代表故障类型；2、幅值代表故障劣化程度。32.基本原理滚动轴承是各种旋转机械屮应用最广泛的一种通用机械部件，其运行状态是

5、否正常直接影响到整个设备的性能好坏。据统计，在使用滚动轴承的旋转机械中，大约30%的机械故障是由于滚动轴承的损坏造成的。滚动轴承的故障诊断技术使用最多的是振动测量技术，它通过安装在轴承座或箱体适当方位的振动传感器监测轴承振动信号，并对此信号进行分析与处理来判断轴承工况与故障的。滚动轴承的基本结构包括外圈、内圈、滚动体、保持架等元件，结构如图1所示。外圈滚动体内圈保持架图1由于滚动轴承的振动频率成分十分丰富，既含有低频成分，乂含有高频成分，而且每一种特定的故障都对应特定的频率成分。进行频谱分析之前需要通过适当

6、的信号处理方法将特定的频率成分分离出来，然后対英进行处理，以找出信号的特征频率，确定故障的部位和类别。设轴承外圈固定，内圈(即轴)的旋转频率为fs,n为轴的转速，轴承节径为D,滚动体直径为d,接触角为Q,滚动体个数为z。假定滚动体与内外圈之间纯滚动接触，则滚动轴承的特征频率计算公式如下：f2?zd(l?cos?)?fs2D内环故障频率：2.1本实验平台提供检测的轴承为滚动轴承N205。滚动轴承的基本尺寸如下表根据轴承的基本尺寸，运用软件计算出所测轴承的特征频率。表142•设计计算3.1用光纤测速仪测得主轴及

7、轴承内圈的速度为596r/min3.2计算轴承的故障特征频率内环故障频率：f2?zd(l?cos?)?fs2D=71.3Hz转速频率f=594/60=9.9Hz3•结论及图纸频谱分析的目的是将构成信号的各种频率成分分解开来，以便于对振源的识别。由于各种振动零件在运转过程中必定产生某种相应的特征频率,故通过某一频率的振动烈度强弱，可判断振动来源，而且这一特征频率始终与基频保持某一倍数关系有实验得出频谱图如下面图二、图三，分析低频段得频谱图知：横轴表示频率，纵轴为振动幅度，曲线是表示随时间变化的振动幅度，这样就

8、可看到在不同频率上功率幅度的分布，就可以了解这两个信号的频谱。分析图二、图三有如下特点：有故障频谱图有强径向振动，特别是在垂直方向岀现1J0倍频；径向振动较大，有明显的不稳定非周期信号。止常轴承的振动比较平稳，径向振动比较稳定•分析图纸知。实际测量到频谱屮的主要成分有:71Hz、142Hz、213Hz、355.2Hz、426.2Hz、586.3Hz等等,为内圈故障特征频率的1、2、3、5、6倍。因此得知轴承内圈有