滚动轴承的状态监测和故障诊断

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1、第五章　滚动轴承的状态　　　　　　监测与故障诊断概述滚动轴承的失效形式滚动轴承的振动滚动轴承的故障诊断方法第一节概述外圈内圈滚动体保持架滚动轴承的故障诊断开始于60年代。1966年瑞典SKF公司发明了用冲击脉冲仪（ShockPulseMeter）检测轴承损伤，将滚动轴承的故障诊断水平提高了一个档次。1969年，根据滚动轴承的运动分析得出了滚动轴承的滚动体在内外滚道上的通过频率和滚动体及保持架的旋转频率的计算公式。1976年，日本新日铁株式会社研制了MCV系列机器检测仪，可分别在低频、中频和高频段检测轴承的异常信号。滚动轴承尺寸的选择2

2、第二节滚动轴承的失效形式疲劳点蚀或剥落胶　合断　裂滚动轴承常见的失效形式：磨　损保持架损坏烧伤第三节滚动轴承的振动与轴承的结构有关的振动——无论轴承正常与否，都会产生振动与轴承滚动表面状况有关的振动两种类型——反映了轴承的损坏状况一、滚动轴承的振动机理1、承载状态下滚动轴承的振动（1）轴承结构特点引起的振动滚动轴承在承载时，由于在不同位置承载的滚子数目不同，因而承载刚度会有所变化，引起轴心的起伏波动。要减少这种振动的振幅可以采用游隙小的轴承或加预紧力去除游隙。（2）轴承刚度非线性引起的振动滚动轴承的轴向刚度常呈非线性，特别是当润滑不良时

3、，易产生异常的轴向振动。在刚度曲线呈对称非线性时，振动频率为fn,2fn.,3fn,…；在刚度曲线呈非对称非线性时，振动频率为…分数谐频（fn为轴回转频率）。图轴承的轴向刚度（3）轴承制造装配的原因加工面波纹度引起的振动    由轴承零件的加工面（内圈、外圈滚道面及滚动体面）的波纹度引起的振动和噪声在轴承中比较常见，这些缺陷引起的振动为高频振动（比滚动体在滚道上的通过频率高很多倍）。图由轴承零件波纹度引起的轴心摆动当轴承游隙过大或滚道偏心时都会引起轴承振动。图轴承偏心引起的轴承振动轴承偏心引起的振动滚动体大小不均匀会导致轴心摆动，还有

4、支承刚性的变化。。滚动体大小不均匀引起轴心摆动图滚动体大小不均匀引起的轴心2、故障轴承振动信号特征（1）磨损类损伤    轴承磨损后产生的振动同正常轴承的振动具有相同的性质，即两者的波形均无规则、随机性强，但磨损后振动水平（幅值）明显高于正常轴承。图　 正常轴承和磨损轴承的振动波形a)正常轴承b)磨损轴承（2）疲劳剥落损伤损伤点通过轴承元件表面时要产生突变的冲击脉冲力，该脉冲力是一宽带信号，所以必然覆盖轴承系统的固有振动频率而引起谐振。TnTc图产生表面损伤轴承的振动信号特征频率由于轴承的旋转,滚动体便在内,外圈之间滚动.轴承的滚动表

5、面虽加工得非常平滑,但从微观来看,仍有小的凹凸。滚动体在这些凹凸面上转动时,产生交变的激振力。所产生的振动既是随机的，又含有滚动体的传输振动，其主要频率为滚动轴承的特征频率。图滚动轴承的典型结构内圈的故障频率外圈的故障频率滚动体故障频率保持架故障频率Z-滚动体数、-内外环相对转速频率、d-滚动体直径、D-节圆直径、α-接触角、、分别为内外环转速频率，二者方向一致取正号，方向相反则取负号。不计轴承各元件的弹性变形并认为滚动体与滚道之间为纯滚动。3、滚动轴承元件的固有振动频率滚动轴承元件出现缺陷或结构不规则时，在运行中，激发各个元件以其固有

6、频率振动，各轴承元件的固有频率取决于元件本身的材料、外形和质量。轴承圈在的固有频率为：式中n—振动阶数（变形波数），n＝2，3，…；E—弹性模量；I—套圈横截面的惯性矩；γ—密度；A—套圈横截面积，A≈bh；D—套圈横截面中性轴直径；g—重力加速度。钢球振动的固有频率为：式中R—钢球半径；二、测点的选择滚动轴承因故障引起的冲击振动由冲击点以半球面波方式向外传播，通过轴承零件、轴承座传到箱体或机架。由于冲击振动所含的频率很高，每通过零件的界面传递一次，其能量损失约80％。因此，测量点应尽量靠近被测轴承的承载区，应尽量减少中间传递环节，探测

7、点离轴承外圈的距离越近越直接越好。图传感器位置对故障检测灵敏度的影响三、分析谱带的选择滚动轴承的故障特征在不同频带上都有反映，因此，可以利用不同的频带，采用不同的方法对轴承的故障做出诊断。1．低频段    在滚动轴承的故障诊断中，低频率段指1kHz以下的频率范围。    由于轴承的故障特征频率（通过频率）通常都在1kHz以下，此法可直接观察频谱图上相应的特征谱线，做出判断。2．中频段    在滚动轴承的故障诊断中，中频段指1～20kHz频率范围。包含有轴承元件表面损伤引起的轴承外圈的固有振动频率等。通过分析这一频带内的振动信号，可

8、以较好地诊断出轴承的损伤类故障。如果测量用的传感器谐振频率较高，那么由于轴承损伤引起的冲击在高频带（20kHz以上），对此频带分析也可以诊断出轴承的故障。四、传感器的选择与固定方式滚动轴承的振动属于高频振动