浅谈判断滚动轴承故障的技术和经验.doc

浅谈判断滚动轴承故障的技术和经验摘要：滚动轴承是各种旋转机械中应用最广泛的一种通用机械部件，它们在旋转机械中起着关键的作用，其运行状态的正常与否直接影响整机的性能。旋转机械的故障有相当大比例与滚动轴承异常运行有关，所以，有必要掌握多种测量技术手段识别滚动轴承运行征兆，可靠的判定轴承状态。本文提供滚动轴承呈现的故障征兆模式，叙述识别轴承状态采用的多种诊断技术及经验确认的做法。所述的识别技术及做法实用性强，可供学习，能对照应用。关键词；滚动轴承；故障特征；识别技术；计算公式；经验判断；控减误判1.引言滚动轴承是企业生产使用机电设备系统中最基本的元件，其出现故障的概率相对多。一旦滚动轴承出现严重故障在爆发连锁反应就会造成很大的经济损失，因此必须对其进行有效的监测和诊断。对轴承故障的判断，从表征征兆信号中识别，最原始的方法是将听音棒（或螺丝刀）接触轴承座部位，靠听觉来判断有无故障。虽然有经验的人能觉察到轴承运动副的疲劳剥落与损伤部位，但受主观因素的影响较大，, b( O% . 0 J% K有了各种单一功能测振仪后，可采集振动位移、速度或加速度值来判断轴承有无故障，这样就减少对人为经验的依赖，但仍很难发现早期故障。因此，需要使用更先进的诊断技术，至此，我们撰写对卧式泵机组滚动轴承实施诊断，采用的先进诊断技术和经验识别确认的做法。2. 诊断滚动轴承的两种识别技术 滚动轴承的故障是一个从正常到失效逐步演化的多状态过程，这些状态程度不能直接观测，但可以通过外部表面的测量得到的信号来视域状态的变化。选用什么测量技术实时理想的诊断？我们认为，要选用振动频谱技术和冲击脉冲技术，并和识别，因为具有这两种不同技术的测量仪器提供的信号呈现不同图谱和数字特征，判断依据多还有互补作用。下面谈这两种技术及识别。3.振动频谱图的知识及模式识别振动频谱图也叫频率图，是频率与能量的关系用频谱表示概况的图，是对动态信号在频率域内呈现出的图，图反映部件振动在哪些频率上，有多大的幅值。频谱图以横轴纵轴的波纹方式，记录给出各种信号频率的图形资料。频谱图在机械故障诊断系统中用于回答故障的部位、类型、程度等问题。是分析振动参数的主要工具。识别滚动轴承故障必须看两个传统谱，即时域波形图谱、频域幅值图谱，一般情况下视域这两张图谱就能鉴定出轴承故障。3.1视域振动时域谱图确认轴承故障时域波形谱图信号呈现的是多个简谐振动(振动的物理量随时间按正弦或余弦规律变化的振动过程)的合成，是测振仪表收集的原始信号，时域波形谱图呈现丰富的波形频率信号难分辨识别故障时，可细化成小波图，小波图示出的局部信息清晰，有利在多个振动合成的时域图中辨识信号。识别滚动轴承的故障需要掌握轴承故障在图中的特征，下面，示出滚动轴承故障在图中呈现的主要模式。 图一 深沟球轴承照片 在时域图中呈现的信息 图二 轴承运动副有剥落坑点蚀 轻度损坏的图样 较严重损坏的图样图三 轴承内圈故障 图四 轴承外圈故障图五 轴承滚动体损伤图六 轴承有摩擦故障3.2视域幅值谱频域图确认轴承故障 对于复杂周期信号和非周期信号，单单从时域波形直观的视域，往往很难看出设备状态，需要再视域幅值谱频域图。幅值谱频域图是时域波形经过傅里叶变换转换成的图，反映振动信号中各个简谐分量的幅值与其频率的关系，由于它提示了信号在不同频率上的幅值特性，这就可以用频率的观点去分析信号的变化特征。在幅值谱频域图中常呈现较多的尖峰，可直接视域尖峰对应的频率确认是否存在轴承元件故障。如果识别此图谱信号还不能确认出滚动轴承的故障，再视域功率谱、倒频谱等。 虽然每个轴承的特征频率是个固定值，但是轴承的故障特征频率与转速和尺寸大小有关系，所以，每一种规格的轴承故障特征频率是不同的，需要计算出数值再对照图谱频率识别。下面，示出计算滚动轴承元件故障的特征频率。 3.2.1依据经验公式计算值确认轴承故障元件 外环故障频率：BPFOr0.4Nn 滚动轴承故障频率计算-经验公式内环故障频率：BPFIr0.6Nn 保持架故障频率：FTFr0.4N以上符号： n=滚动体数目；N=轴的转速。注：1.滚动轴承没有滑动；2.滚动轴承几何尺寸没有变化； 3.轴承外环固定不旋转.3.2.2依据估算公式计算值确认轴承故障元件外环故障频率：BPFOeN(0.5n-1.2) 滚动轴承故障频率计算估算公式 内环故障频率：BPFIeN(0.5n+1.2) 滚动体故障频率：BSFeN(0.2n-1.2/n) 保持架故障频率：FTFeN(0.5-1.2/n) 以上符号：n=滚动体数目； N=轴的转速。 注：1.滚动轴承没有滑动；2.滚动轴承几何尺寸没有变化；3.轴承外环固定不旋转.以上两种方式计算出的数值应靠近各个轴承元件的故障频率区，偏差值应在个位数。滚动轴承故障频率计算还有精确的计算公式，我们认为采用精确的计算公式计算出的频率数值，有时也不一定与频谱图呈现的轴承故障频率值相同，这是因为滚动轴承外形尺寸可能存在变形或游隙大，还有，设备在变频运行，频率不稳定数值随之变化，呈现出的瞬间信号可能是一个不同步的动态值。再谈另一种识别轴承的技术。 4.$ s6 f; F# Q+ w. R4 |; k应用冲击脉冲技术识别滚动轴承故障9 C1 l7 s9 R2 X1 Z! ; p9 i 什么是冲击脉冲：两个物体相互碰撞会产生一定能量的震动，这种震动不是呈连续状态，而是以压力波的形式传递并呈9 z, j9 , Dt9 D脉冲状态，这种由于接触面上的物( x- |2 E9 _* H* g8 3 A( ; S体发生碰撞而产生的震动为冲击脉冲。冲击脉冲法是一种用于提取滚动轴承在运转中所产生的冲击能量的方法。当滚动轴承受到损伤后，如疲劳剥落、裂纹、磨损及表面划伤和混入杂物，在运转过程中就会产生衰减性的冲击振动。这种振动中冲击的强弱反映了滚动轴承在一定转速下的故障大小程度。冲击脉冲法就是基于这个基本原理，提取冲击能量。视域测量仪表的脉冲值(dB)可以确定滚动轴承的好坏状况。看图七： 图七 示冲击脉冲技术提供的数值及颜色确认轴承状态滚动轴承工作状态分类看图八：图八 示、对照两个冲击脉冲值区分轴承运行不同的阶段程度5.是与振动参数快速判断轴承故障在诊断中，只判断滚动轴承好坏，大概能用多长时间，视域振动参数确认故障是常用的做法。我们经验确认，当泵机组运行在15003000r/min，加速度值达到30mm/s2 ，冲击脉冲值达到30dBc，呈现这些数值还听到轴承运行轻度的异声，必是轴承故障；还可视域图谱的有量刚值和无量钢值确认。视域加速度图谱的有量纲值确认轴承故障，如峰值与有效值比值超出5倍后，说明轴承有故障，这两个数值越高劣化越严重；视域加速度谱无量纲值判断，裕度指标数字高于5，常是轴承磨损间隙已大，或泵与电机之间的联轴器间隙过大；新轴承运行峭度指标在3左右，当轴承出现早期的故障时峭度指标上升，但轴承故障上升至较严重时可能会下降，随之故障的上升、峭度指标可能再上升；仪表采集直接的振动加速度信号，仪表显示出加速度高、低值周期性的波动，但电流波动不明显，是轴承保持架松框；在幅值频域图谱中，呈现两倍频以上边频带常是轴承有点蚀故障（无齿轮）。6.连续监测偶发的征兆，捕捉局点有伤残的轴承元件测量仪表呈现的信号都是瞬间值，瞬间值只说明瞬间状态，如果此值呈现的是良好值，不能说明轴承元件无局点伤残，怎样捕捉到有局点伤残的轴承元件，连续多次测量。当听到了轴