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1、故障诊断实验报告1•实验名称基于振动分析的滚动轴承故障诊断实验2•实验目的和耍求实验目的：（1）熟悉实验室故障诊断平台以及常用仪器仪表（2）了解滚动轴承的基本知识以及不同形式的故障轴承（3）学习基于振动分析常用的诊断方法（5）理解轴承故障的在线诊断技术及方法（6）掌握信号的调制与解调原理与方法实验要求：（1）熟悉实验流程及安全操作要求，实验前正确校准系统（2）正确布置测点位置（3）选取合适的采样参数、触发参数（4）为排除交流电路对测试仪器的影响，测试模块必须接地3•实验理论知识（1）正常轴承的振动信号特征正常的轴承也有相当复杂的
2、振动和噪声，有些是由轴承木身结构特点引起的；有些和制造装配有关，如滚动体和滚道的表面波纹、表面粗糙度以及几何精度不够高，在运转屮都会引起振动和噪声。a.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口不同，因而承载刚度会有所变化，引起轴心的起伏波动，振动频率为Zfoc（图3.1）。要减少这种振动的振幅可以采用游隙较小的轴承或加预紧力去除游隙。图3.1滚动轴承的承载刚度和滚子位置的关系b.轴承钢度非线性引起的振动滚动轴承的轴向刚度常呈非线性（图3.2）,特别是当润滑不良时，易产生异常的轴向振动。在刚度曲线呈对称
3、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fn,l/2fn,l/3fn,…分数谐频（fn为轴回转频率）。这是一种口激振动，常发生在深沟球轴承，□调心球轴承和滚柱轴承不常发生。（•）对床弄毁性升性（b）（F苛席非线性黑性图3.2轴承的轴向刚度a.轴承制造装配的原因1）加工面波纹度引起的振动曲轴承零件的加工面（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）。高频振动及轴心的振摆不仅会引起轴承的径向振动，
4、在一定条件下还会引起轴向振动。表3.1列出的振动频率与波纹度峰数的关系。表中，n为正整数，Z为球（滚动体）数，fic为单个滚动体在内圈滚道上的通过频率，fc为保持架转速，fbc为滚动体相对于保持架的转动频率。表3.1振动频率为波纹度峰数的关系有波纹度的零件波纹峰数振动频率/Hz径向振动轴向振动径向振动轴向振动内圈nZ±lnZnZfic土fnnZfic外圈nZ±lnZnZfcnZfc滚动体2n2n2nfbc土fc2nfbc2）轴承偏心引起的振动如图3.3所示，当轴承游隙过大或滚道偏心时都会引起轴承振动，振动频率为nfn,fn为轴回
5、转频率,n=l,2,…。图3.3轴承偏心引起的轴承振动3）滚动体大小不均匀引起轴心摆动如图3.4所示，滚动体大小不均匀会导致轴心摆动，还有支承刚性的变化。振动频率为fc和nfc±fn,n=l,2,…，此处fc为保持架冋转频率，fn为轴冋转频率。图3.4滚动体大小不均匀引起的轴心摆动4）轴弯曲引起轴承偏斜轴弯曲会引起轴上所装轴承的偏移，造成轴承振动。轴承的振动频率为nfc±fn,n=1,2,…。此处fc为保持架回转频率，fn为轴回转频率。d.滚动轴承的声响滚动轴承在运转时由于各种原因会产生振动，含着轴承状态的信息。轴承声响有如下几
6、种：轴承本质的声音并通过空气传播成为声音，声音中包轴承声音弓与制造冇关的声音与使用有关的声咅滚道声辗扎声保持架声音高频振动声伤痕声尘埃声所谓轴乐木质的声咅是一切轴乐都有的声咅。滚道声是滚动体在滚动面上滚动而发生的，是一种滑溜连续的声咅。它与套圈的固有振动有关，频率一般都在1kHz以上，并与轴承转速有关。辗压声主要发生在脂润滑的低速重载闘柱滚动轴承中，类似于“咯吱咯吱”的声咅。保持架芦咅是由保持架的门激振动引起的，保持架振动时会与滚动体发生冲撞而发出声咅。高频振动声是由加工面的波纹度引起的振动而发出的声咅。在与使用有关的声咅中，伤
7、痕声是由滚动面上的压痕或锈蚀引起的，为周期性的振动和声咅。尘埃声是非周期性的。综合以上所述，止常的轴承在运转时也会有十分复杂的振动和声响，而故障轴頂的声咅则更复杂。（2）故障轴硬振动信号特点轴承发生故障后，其振动特征会有明显的变化，主耍有以卜•几方面。疲劳剥落损伤当轴承零件上产生了疲劳剥落坑后（图3.5以夸大的方式画出了疲劳剥落坑），在轴承运转中会因为碰撞而产生冲击脉冲。图3.6给出了钢球落卜•产生的冲击过程的示意图。在冲击的第一阶段，在碰撞点产生很大的冲击加速度［图3.6（a）和（b））,它的大小和冲击速度v成止比（在轴承中与
8、疲劳损伤的大小成止比）。第二阶段，构件变形产生衰减门由振动（图c）,振动频率取决于系统的结构，为其固有频率（图d）o振幅的增加量Aa.也与冲击速度V成止比(图e)。在滚动轴承剥落坑处碰撞产生的冲击力的脉冲宽度一般都很小，大致为微秒级。因力的频谱宽度与脉冲持续时间
