滚动轴承故障

1、.,BPdM 北京普迪美科技有限公司,状态监测与预测维修,滚动轴承故障,.,滚动轴承故障,现代工业通用机械都大量地装配了滚动轴承。一般说来，滚动轴承是机器中最精密的部件。通常，它们的公差都保持在机器的其余部件的公差的十分之一。但是，由于各种原因，只有10到20的轴承能达到它们的设计寿命。其原因很多包括润滑不当、使用错误的润滑剂、被灰尘和其它外物颗粒污染、不恰当地储存在出厂包装箱之外、受潮气腐蚀、出厂运输或待用时错误的剥蚀、误用轴承、轴承安装不当等，此外滚动轴承过早发生损坏的主要因素之一是过大的振动和高的动载 。,滚动轴承组成,.,滚动轴承类型,滚动轴承的类型,.,滚动轴承为什么会过早损坏？,滚

2、动轴承过早发生故障的主要因素之一是过大的动载荷即振动。如下为理论计算滚珠轴承寿命所用的设计公式，该公式表明了为什么作用在轴承上的动载减少了轴承的寿命：,这个公式表明，转速愈高，预期的寿命愈短。重要的是理论的轴承寿命随轴承承受的的负载的三次方变化。因此，如果设计者只考虑轴承的静载和如皮带拉伸等其他部件静载。则轴承的理论计算寿命会大打折扣。,.,缩短滚动轴承寿命的因素,举例说明： 今有一根重量为2000磅(908公斤)的转子，转速为6000转/分，在直径为3英尺（半径为18英寸）处的转子上存在一个1盎司(2835克)的不平衡质量。仅由此不平衡质量产生的离心力可以计算如下：,.,其它缩短滚动轴承寿命

3、的因素及解决对策,如果转子不只是承受不平衡，还承受由于不对中、松动、气蚀或其它故障引起的动载荷。 此外，还有一些影响轴承寿命的因素，包括润滑不当、使用错误的润滑剂、被灰尘和其它污染物污染、不恰当的储存、进入潮气、出厂运输或使用时嗑碰、刮伤、错用轴承型号、轴承安装不当等。 最重要的解决对策是能够监测滚动轴承的状态，早期发现轴承故障，监测跟踪其发展趋势，并知道何时需更换轴承； 正确地采集轴承振动特征信号； 分析其振动特征信号完成故障诊断； 还可利用高频包络解调信号处理技术，更有效地监测出轴承故障。 选择合适的监测参数如振动速度、冲击脉冲、解调谱等。,.,轴承故障原因及其解决（一）,过负荷 引起过早

4、疲劳，（包括过紧配合，布氏硬度凹痕和预负荷） 减少负荷或重新设计 过热 征兆是滚道，球和保持架变色，从金色变为蓝色 温度超过400F（204）使滚道和滚动体材料退火 硬度降低导致轴承承重降低和早期失效 严重情况下引起变形，另外温升高会降低和破坏润滑性能,.,轴承故障原因及其解决（二）,布氏硬度凹痕 当负荷超过滚道的弹性极限时产生 滚道上的凹痕增加振动（噪声） 任何静态过负荷和严重冲击产生布氏凹痕 伪布式凹痕 在每个滚珠位置产生的椭圆形磨损凹痕，光滑，有明显边界，周围有磨削 表明严重的外部振动 隔振和使用抗摩添加剂,.,轴承故障原因及其解决（三）,正常疲劳失效 疲劳失效指滚道和滚动体上发生碎裂，

5、并随之产生材料碎片剥落 这种疲劳为逐渐发生，一旦开始则迅速扩展，并伴随明显的振动增加 更换轴承，和设计有更长疲劳寿命的轴承,.,轴承故障原因及其解决（四）,反向载荷 角接触轴承的设计只接受一个方向的轴向载荷 当方向相反时，外圈的椭圆接触区域被削平。 结果是应力增加，温度升高，并产生振动增大和轴承早期失效,.,轴承故障原因及其解决（五）,污染 污染是轴承失效的主要原因之一 污染的征兆是在滚道和滚动体表面有点痕，导致振动加大和磨损 清洁环境，工具，规范操作。新轴承的储运。 润滑油失效 滚道和滚子的变色（蓝、棕）是润滑失效的征兆，随之产生滚道、滚子和保持架磨损，导致过热和严重故障。 滚动轴承的正常运

6、行取决于各部件间存在良好油膜失效常常由润滑不足和过热引起,.,轴承故障原因及其解决（六）,腐蚀 其征兆是在滚道、滚子、保持架或其他位置出现红棕色区域 原因是轴承接触腐蚀性流体和气体 严重情况下，腐蚀引起轴承早期疲劳失效 除掉腐蚀流体，尽可能使用整体密封轴承,.,轴承故障原因及其解决（七）,不对中 不对中的征兆是滚珠在滚道上产生的磨痕与滚道边缘不平行 如果不对中超过0.001in/in，会产生轴承和轴承座异常温升，和保持架球磨损 配合松动 配合松动导致配合部件的相对运动，如果这个相对运动轻微但不间断，则产生磨损 这种磨损产生颗粒，并氧化成特殊的棕色。这导致研磨和松动加大。 如果松动增大到内圈或外

7、圈的显著运动，安装表面（孔径，外径和侧面）将磨损和发热，引起噪声和晃动。,.,Why Do Bearings Fail?,inadequate lubrication- Lubrication- Contamination - Mounting Method Dynamic load - misalignment- imbalance- bent shaft- etc. improper handling or installation age,spall on outer race,.,TIME,典型的轴承寿命周期(To Catastrophic Failure),Detection by

8、Listen and Feel,Detection by Velocity Measurement,Damage Begins,Detection by SKF Enveloped Acceleration,Detection by SEETM or HFD,Bearing Failure,.,轴承故障特征频率,BPFOBall Pass Frequency Outer Race BPFIBall Pass Frequency Inner Race BSFBall Spin Frequency FTFCage Frequency orFundamental Train Frequency,.,

9、轴承故障频率的显示,.,轴承故障发展的四个不同阶段,Stage 1,Stage 2,Stage 3,Stage 4,no apparent change on typical velocity spectrum,defects harmonic frequencies appear,defects fundamental frequencies also appear and may exhibit sidebands,defects harmonic frequencies develop multiple sidebands (haystack), fundamental freqs. g

10、row and also develop sidebands,defects “fund.” frequency range,defects “harmonic” frequency range,.,High frequency envelopingLooks for high energy, high frequency impact events of very short durationDoes not appear in normal FFT due to short duration and low amplitude nature of these impact events,解

11、调谱,.,This BPFO problem would not appear in the normal FFT due to its short duration & low amplitude,Each time a ball passes over the crack, it creates a high energy burst of vibration lasting a very short time,Vibration Level,Time,BPFO = Ball Pass Frequency Outer,BPFO,.,Here is a time waveform showi

12、ng a low frequency component, superimposed with high frequency noise from the impact events,.,Apply a high-pass filter that removes the low frequency components,Leaving the burst of high frequency noise,.,.,Envelop around the burst to identify the impact events as repetitions of the same fault,.,The

13、 envelop signal is passed through the FFT process,.,The frequency spectrum clearly presents the BPFO peaks and harmonics,BPFO,.,.,.,.,滚动轴承故障的振动特征（一）,滚动轴承一旦产生故障，可能会产生四种类型频率的振动。这些频率振动包括： (a)随机的超声频率； (b)轴承零部件的自振频率； (c)轴承故障特征频率； (d)轴承故障的和频及差频。 它们的含义： 随机的超声频率振动 滚动轴承初始故障时产生的振动，从滚动轴承安装在设备上直到它们刚发生故障之前，发生的频率

14、范围从约5000Hz到60000Hz超声频率范围。包括振动尖峰能量(SpikeEneey)，高频加速度(HFD)，冲击脉冲(ShockPules)及其他。通常，它们是以总量值评定轴承的状态。然而，其频谱数据信息更有份量。下图给出了滚动轴承振动尖峰能量(SpikeEnegy)报警值。,.,滚动轴承故障的振动特征（二）,.,滚动轴承故障的振动特征（三）,轴承零部件的自振频率 滚动轴承安装在机器上时的自振频率范围在约为500到2000Hz之间。很重要的一点是，滚动轴承的自振频率与转速无关，无论轴的转速高低它都处在一个相同的频率位置。 轴承故障特征频率 滚动轴承故障特征频率就是滚动轴承故障时产生的振动

15、频率。,BPFO 外圈故障特征频率 BPFI 内圈故障特征频率 BSF 滚动体故障特征频率 FTF 保持架故障特征频率,.,滚动轴承故障的振动特征（四）,轴承故障特征频率有如下特点： 轴承的故障频率与其他故障频率不同 ； 轴承故障频率是转速频率的非整数倍 ； 内外环故障频率的和频=“轴承滚动体通过频率” （滚动体个数RPM） 轴承内环故障频率往往伴有1 X转速频率的边带 ；,.,滚动轴承故障的振动特征（五）,轴承故障特征频率有如下特点： 轴承外环故障频率的幅值高于轴承内环故障频率的幅值； 轴承故障一般在发展到滚动体和保持架出现故障之前首先出现的是内环或外环故障频率； 轴承保持架故障频率通常不是

16、以其基频出现 ； 当滚动体本身出现故障时，往往会产生不仅滚动体故障频率(BSF)，还有保持架故障频率(FTF)； 轴承保持架断裂时，可能出现滚动体旋转故障频率 ； 一个以上滚动体有故障时，将产生等于有故障的滚动体数目滚动体故障特征频率的频率。换言之，如果存在五个滚珠或滚柱上有故障，往往将出现5滚动体故障频率的频率。 轴承故障频率允许的振动幅值，不能给出绝对的答复。它不仅与安装滚动轴承的具体机器、转速有关，还与轴承故障频率传递的通路有很大关系。 寻找指示明显的轴承损坏的最重要的标志就是存在轴承故障频率的谐波频率，尤其是如果这些频率伴有1转速频率或轴承其它故障频率边带的话，则应尽快更换该轴承。,.

17、,滚动轴承故障的振动特征（六）,12. 评定的低速机器的轴承状态: 在评定尤其是低于100转分转速的机器的轴承状态时，极力推荐采集时域波形和 (FFT)频谱两者。往往当转速降到这些值以下时，滚动体滚动通过轴承内外环上缺陷时发生的脉冲没有足够能量产生清楚的，可以检测出来的FFT谱中的频率，但是在时域波形中仍然可能清楚的看出来。,.,滚动轴承故障的振动特征（七）,13.为了有效地检测轴承的故障频率，应该把振动传感器置于尽可能靠近轴承的承载区，尤其是该轴承仅支承径向负载时，这是很重要的。 14.不合适的轴承负载和安装问题 若轴承负载不合适或安装不恰当，例如，安装新轴承时，如果轴承与轴承座过盈配合过紧

18、，使轴承“咔入”轴承座中，导致轴承内部间隙发生变化，使滚动体强制被压向轴承的内外环，出现这种情况，轴承在起动时立即产生轴承外环和内环的故障频率。 由于安装不当，对轴承施加了不适当的负荷或过大负荷。虽然，可能尚未发生实际损坏，但是，如果检测不出这种故障问题并采取措施修正，则该轴承将在其预定寿命之前很早就损坏。 15. 轴承润滑不良产生的频率 润滑不良的轴承产生的振动信号的特征是在900到1600Hz的频率范围内，有3或4个尖峰“。这些尖峰之间的差频在80到130Hz。润滑良好的轴承的某些特征信号可能也包括这些频率分量，然而，它们的幅值非常小，约为1.27毫米/秒或更小。当润滑不良时，该信号的幅值

19、增大到 2.54到5.08毫米秒。,.,典型的轴承故障发展过程（一）,.,典型的轴承故障发展过程（二）,轴承故障发展不是按线性规律恶化过程，而是按指数规律变化,.,典型的轴承故障发展过程（三）,轴承故障发展的阶段 a初始阶段(第一阶段) 1噪声正常 2温度正常 3可以用超声，振动尖峰能量，声发射测量出来，轴外 环有缺陷 4振动总量比较小，无离散的轴承故障频率尖峰 5剩余寿命大于10 b.第二阶段 1噪声略增大 2温度正常 3超声，声发射，振动尖峰能量有大的增加，轴承外环有缺陷， 4振动总量略增大(振动加速度总量和振动速度总量) 5对数刻度频谱上可清楚看到轴承故障频率，在线性刻度频谱上难 得看到

20、，噪声地平明显提高 6.剩余寿命5,.,典型的轴承故障发展过程（四）,c第三阶段 1可听到噪声 2温度略升高 3非常高的超声，声发射，振动尖峰能量，轴承外环有故障 4振动加速度总量和振动速度总量有大的增加 5在线性刻度的频谱上清楚地看出轴承故障频率及其谐波和边带 6振动频谱噪声地平明显提高 7剩余寿命小于1 d第四阶段 1噪声的强度改变 2温度明显升高 3超声，声发射。振动尖峰能量迅速增大，随后逐渐减小，轴承外环处 在损坏之前故障状态 4振动速度总量和振动位移总量明显增大，振动加速度总量减小 5较低的轴承故障频率占优势的振动尖峰，振动频谱中噪声地平非常 高、剩余寿命小于0.2,.,滚动轴承故障

21、发展的四个阶段,Stage 1,Stage 2,Stage 3,Stage 4,no apparent change on typical velocity spectrum,defects harmonic frequencies appear,defects fundamental frequencies also appear and may exhibit sidebands,defects harmonic frequencies develop multiple sidebands (haystack), fundamental freqs. grow and also devel

22、op sidebands,defects “fund.” frequency range,defects “harmonic” frequency range,.,解调频谱作为一个早期指示故障的测量参数 检查正常频谱和解调频谱： 都没有故障频率，状态良好，作为基线继续监测 只在解调频谱存在故障频率，早期故障指示，或需要润滑 在两种频谱中都存在谱峰值，计划下一次维修更换轴承 只在正常频谱中存在峰值，同时在解调频谱中噪声水平升高，立即更换,解调分析原理,.,球/滚动体撞击缺陷产生 “冲击波”. 轴承 “像一个鈡响” (共鸣).,解调频谱,解调频谱的测量,.,轴承外圈有缺陷时，在解调频谱上可见轴承外

23、圈缺陷频率BPFO及其高次谐波，如果外圈转动的轴承，可能出现其转速频率的边频。,轴承外圈故障的解调频谱特点,轴承外圈缺陷,轴承外圈缺陷解调谱,.,轴承内圈有缺陷时，在解调频谱上可见轴承内圈缺陷频率BPFI及其高次谐波，对内圈转动的轴承，可能出现其转速频率的边频。,轴承内圈故障的解调频谱特点,轴承内圈缺陷,轴承内圈缺陷解调谱,.,轴承滚动体有缺陷时，在解调频谱上可见轴承滚动体缺陷频率BSF及其高次谐波，以及出现转速频率的边频；此外，由于滚动体对外圈的碰撞强于对内圈的碰撞，在解调谱上还会存在BSF的半谐波。,轴承滚动体故障的解调频谱特点,轴承滚动体缺陷,轴承滚动体缺陷解调谱,.,轴承保持架有缺陷时

24、，在解调频谱上可见轴承保持架缺陷频率FIF及其高次谐波；此外，由于轴承润滑不良也会引起保持架与滚动体的直接接触而出现保持架缺陷频率。,轴承保持架故障的解调频谱特点,轴承保持架缺陷,轴承保持架缺陷解调谱,.,轴承内圈故障的解调频谱举例,.,解调谱与频谱,振动解调可以在滚动轴承故障发展的初始阶段检测到故障信息，并且可跟踪轴承故障发展，在第二，三和第四阶段中以不同的信息反映轴承不同的故障状态。 同时采用振动速度或振动加速度检测常规振动频谱可以在滚动轴 承故障发展的第三阶段有效地检测到轴承的故障频率(内环故障BPFI，外环故障BPFO，滚动体故障BSF和保持架故障FTF)等。 振动解调和振动速度或振动

25、加速度相结合可以有效地早期检测滚动轴承的故障。,.,用振动解调谱检测出第一阶段轴承故障,.,用振动频谱没有检测出第一阶段轴承故障,.,滚动轴承故障频率计算(1),保持架故障频率： FTF=(1/2)No1+（d/D）Cos +Ni 1-（d/D）Cos 滚动体旋转故障频率： BSF=(1/2)(D/d) |No-Ni| 1-(d/D)Cos 外环故障频率： BPFO=(1/2)n |No-Ni| 1-(d/D)Cos 内环故障频率： BPFI=(1/2)n |Ni- No| 1+(d/D)Cos 上述公式中的符号： d=滚动体直径； D=滚动轴承平均直径(滚动体中心处直径)； =径向方向接触角

26、； n=滚动体数目； No=轴承外环角速度； Ni=轴承内环角速度(=轴转速). 注：1.滚动轴承没有滑动；2.滚动轴承几何尺寸没有变化；3.轴承外环和轴承内环都旋转.,.,滚动轴承故障频率计算(2),滚动轴承保持架故障频率： FTF=(N/2)1-（d/D）Cos 滚动轴承滚动体旋转故障频率： BSF=(N/2)(D/d)1-(d/D)Cos 滚动轴承外环故障频率： BPFO=(N/2)n1-(d/D)Cos 滚动轴承内环故障频率： BPFI=(N/2)n1+(d/D)Cos 以上符号： d=滚动体直径； D=滚动轴承平均直径(滚动体中心处直径)； =径向方向接触角； n=滚动体数目； N=

27、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.,.,滚动轴承故障频率计算(3)-经验公式,外环故障频率： BPFOr0.4Nn 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.,.,滚动轴承故障频率计算(4)-估算公式,外环故障频率： BPFOeN(0.5n-1.2) 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： FTFe

28、N(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.,.,诊断滚动轴承故障的其它注意事项,轴承的工作表现 角接触轴承，应该在整个轴承的两个滚道上有一个均匀的推力载荷，在这种情况下，如果轴承产生问题，将产生一系列球通过频率的谐频，所产生的谐频数量是与两个滚道的负载区长度有关。 对深沟球轴承，在大约三分之一的周长内，承受的是径向负荷，在这种情况下，如果轴承出现了一个缺陷，会在负载区产生单一的球通过频率，如果出现两个缺陷，就会产生2的轴承球通过频率的谐频。如果负荷是来自转子，如动不平衡，疲劳后在轴承的

29、内圈滚道上就会有一个缺陷产生（内圈旋转，外圈固定），这是的负载区总是处在轴承内圈的一个点上。如果负载是来自转子的外部，如拉得过紧的皮带等，那么轴承疲劳后所产生的缺陷会是在轴承的外圈的负载区上，这是因为负载区总是在外圈的固定位置。,当轴承缺陷产生以后，它会逐渐扩大，并且轴承故障频带带宽也会越 来越宽，轴承特征频率也会逐渐被机器的转频所调制，轴承特征频率及其加 减转频也会出现在频谱图上，调制过程一直存在，直到特征频率消失，然后 频谱图变成一系列谱线，其差值为机器的转频，当出现这种现象时，轴承缺 陷已经发展到比较严重的地步。,.,诊断滚动轴承故障的其它注意事项,只有当轴承内圈上缺陷位于轴承的承载区时

30、，轴承内圈的故障特征频率BPFI，才能生产出来。 外圈滚道 频谱图5-6是从到电机的驱动端径向方向测量得到的，轴承型号为NU319，为圆柱滚子轴承，有14个滚子来自不同生厂家的轴承可能会有不同的滚动体个数，所以这要引起注意。电机的转速是29.6Hz，经计算： BPFO170.67Hz,.,诊断滚动轴承故障的其它注意事项,对于图5-6有几点需要注意： 轴承保持架的特征频率12.5Hz，及其二，三次谐频存在，这说明轴承存在松动问题。 图中可见机器的转频，可认为有残余不平衡，过载，和松动问题的存在。 170Hz的谱线就是所测量的BPFO，140Hz的振动成分是BPFO和电机转频之差即170-3014

31、0Hz，这个边频成份说明轴承外圈上的缺陷较大以至转轴与轴承间产生了相对运动。 340Hz的谱线是BPFO的二倍谐频，它是由于缺陷的凹痕碎片引起，与缺陷大小无关。 852.5Hz是5BPFO，同样是由于缺陷的凹痕碎片引起。 具有0.4IPS幅值的BPFO谱线，通常说明是在轴承外圈产生了缺陷所 引起，这是因为： 缺陷是处在负荷区。 从轴承外圈到轴承座，信号传输经过的路径较短。 引起轴承外圈缺陷的原因是外界对转轴存在有做用力，在这个例子中是皮带太紧。,.,诊断滚动轴承故障的其它注意事项,图5-7是产生图5-6频谱图的轴承外圈缺陷照片。,.,诊断滚动轴承故障的其它注意事项,轴承内圈滚道 频谱图5-8是

32、一个具有内圈缺陷的6313轴承上测得的，这个轴承是安装在一 台300HP的电机的非负荷端，电机的转频为19.6Hz，轴承的BPFI计算值 为：96.6Hz，从频谱图5-8可以看出：,低幅值的19.5Hz谱线及其谐频，说明了松动问题的存在。 96Hz的谱线是轴承的BPFI，它没有被轴转频所调制，这说明缺陷点还较小。 193Hz谱线是BPFI的二倍谐频，是由于缺陷的凹痕碎片引起。,.,诊断滚动轴承故障的其它注意事项,轴承内圈滚道 图5-9这个轴承内圈的缺陷的照片，这个轴承已经使用了10多年，寿命到了。请注意这只是一个浅的剥落缺陷。,.,诊断滚动轴承故障的其它注意事项,当在轴承内圈上的缺陷很小时，如

33、内圈上的裂纹或小的剥落，这时的内圈 故障频率不一定能出现，因为产生内圈的故障频率至少得有两个以上滚动体撞 击缺陷。否则在转轴每旋转一周时不仅产生内圈的故障频率，也会产生脉冲做 用，由此会激发起自振频率。经过付氏分析这个脉冲信号会产生一系列的转频 的谐频谱线，这些谱线的频率差就是轴的转频，在这种情况下，内圈的故障频 率可能不会出现。 图5-10是从转速为120rpm的22338轴承上测量得到的时间波形和频谱 图，经计算其BPFI为17.6Hz，这个轴承的内圈上已经产生了裂纹。,由图5-10可见，轴每转一周，就产生一个脉冲，而BPFI在频谱图上确没有出现，这就是说明，在每转中至少有一个以上的滚动体

34、撞击缺陷时，才能产生出BPFI谱线出来。,.,诊断滚动轴承故障的其它注意事项,图5-11是一具有内圈裂纹的轴承时间波形和频谱图，轴承型号是23260CA，具有 18个球的球型滚子轴承。转频是0.62Hz，BPFO是4.795Hz，BPFI是6.365Hz。,首先我们看时间波形，可以看到大约有8秒的时间，在这个时间段中测量得到5组脉冲，在每组脉之间的时间间隔为1.613秒，这个是内圈转动一周的时间，在每组脉冲中，每个脉冲间的时间为157ms，这个就是每个滚动体撞击裂纹的时间周期。从左到右依次观察第一，第四和第五组脉冲，可以看到当裂纹通过负载区时有三个个滚动体撞击裂纹，我们可以从每组脉冲中含有三个

35、脉冲得到证实，当内圈上的裂纹进入负载区后，有多少个滚动体撞击裂纹取决于：,.,诊断滚动轴承故障的其它注意事项,1.当裂纹刚进入负载区时，是否与滚动体相撞，或裂纹是否是在两滚动体之间 进入到负载区。 2.负载区的长度。 3.当滚动体与裂纹相撞后发生了什么，裂纹张开了吗？张开多少？还是裂纹仍 然是闭合的。 经过付氏变换生成频谱图，有如下要点： 不存在BPFI基频成分，这是有脉冲产生时的特性。 有六个BPFI的谐频出现，这些谐频都被轴转频所调制。 这些BPFI谐频的幅值都较低，大约为0.002IPS。 在上面2和3提到的宽带谱线和低幅值是具有良好脉冲阻尼的特点，与缺陷大小无关。 在时间波形图中脉冲信

36、号的幅值大约是0.05IPS，而在频谱图中的通频有效值幅只有0.008IPS，相差6倍多，这是因为在脉冲信号中含有很少的能量。 这个说明在某些场合，严重的问题光测量幅值和做通频幅值趋势是不能识别出来的。 在问题的诊断中要设置报警 在每个问题中如果不使用时间波形，有些严重的问题可能会被忽视。,.,诊断滚动轴承故障的其它注意事项,外圈和内圈滚道缺陷幅值比较 当轴承内外圈上的缺陷一样大时，其振动幅值是大不相同的。原因是： 1、传输路径不同，当轴承的滚动体撞击外圈上的缺陷时，其引起的振动信号必须传输通过轴承的外圈，外圈和轴承座间的界面，轴承座以及轴承座与振动传感器间的界面，然后才能通过传感器将振动信号

37、转变成电信号。而当轴承缺陷是是内圈上时，振动信号必须传输通过的路径为滚动体与轴承内圈间的油膜，滚动体，滚动体与外圈间的油膜，外圈，外圈与轴承座间的界面，轴承座，轴承座与振动传感器间的界面，然后才能转换成电信号。结果是轴承内圈缺陷引起振动的幅值会比轴承外圈缺陷引起的振动的幅值大大削弱。,.,诊断滚动轴承故障的其它注意事项,外圈和内圈滚道缺陷幅值比较 2、承载区不同，当轴承外圈上有一个缺陷时，它总是处在轴承的负载区中，所以BPFO总能被激发出来，所以轴承外圈缺陷的振动幅值相当高，一般超过0.5IPS。当轴承内圈上有个缺陷时，这个缺陷只能是随转轴转过一周时通过一次负载区，当缺陷离开负载区时，BPFI

38、的幅值就会很小，对球型滚子轴承和类似的轴承，当缺陷不在负载区时，几乎没有BPFI产生，所以只有当转轴每转动一周时，轴承内圈的缺陷才能通过一次负载区而产生BPFI，经过付氏变换后产生幅值较低的BPFI及其谐频，并且被转频所调制。,.,诊断滚动轴承故障的其它注意事项,滚动体故障频率 当轴承上有一个滚子产生了缺陷，如果这个滚子或球转动时，其上的缺陷可以分别撞击到轴承的内圈和外圈，那么就可以产生两倍的BSF振动成分，在频谱图上可以看到2BSF谱线，这个振动信号通常要传输通过较多的界面，在某些情况下不能测量得到。在滚动体上的缺陷也会撞击保持架，引起产生保持架的振动频率成分，这个由于球或滚子上的缺陷引起的

39、保持架的振动成分很少是单独存在的，通常它是以调制其它振动成分存在，如调制轴承内外圈的特征频率，机器的转频等。如果有保持架的强烈调制及和宽频带的噪声存在，通常就说明有若干个球或滚子存在了缺陷。图5-12就是一个有三个球存在缺陷的轴承振动频谱图。,.,诊断滚动轴承故障的其它注意事项,在上图中，保持架的特征频率大约为11.4Hz，如果在这个轴承上存在BPFO或BPFI，那么FTF就会调制这些频率成分，在较严重的情形下，如图5-12就是这样，FTF会激发起一个或多个自振频率。当有自振产生时，自振频率会被激振频率所调制，在本例中激振频率就是FTF，在243Hz周围的频带就是被激发起来的自振频率，在频带上

40、的谱线间的频率差等于FTF，,.,诊断滚动轴承故障的其它注意事项,图5-14是一个轴承其中一个球有了缺陷，所产生的振动时间波形图和频谱图。在频谱图中，有几组谱线簇，在每条谱线之间的频率差是2.5Hz，这个是保持架频率FTF，在每个谱线簇之间的频率差是32.5Hz，这是频率是两倍的BSF，在时间波形中对理解这个振动的产生更有帮助。,.,诊断滚动轴承故障的其它注意事项,在时间波形中，有两组脉冲信号，在每组脉冲信号之间的时间差是404.8ms，对应于2.47Hz，这个时间是保持架旋转一周所用的时间，或者为保持架频率（FTF），在每个脉冲之间的时间差为30.4ms或32.5Hz，这个就是二倍的球自转频

41、率（BSF），在每个脉冲中的每个循环之间的时间差大约为5至6个毫秒，是激发起来的195Hz和165Hz的自振频率。 图5-14可以得到如下几个结论，首先，这个轴承可能有一个辊子已经有了缺陷，当这个辊子不在负载区时，这个辊子的缺陷没有撞击内外圈滚道，然而当这个辊子进入负载区后，这个缺陷就会分别与内外圈滚道相撞，当这个有缺陷的辊子离开负载区后，就不会再与内外圈滚道相撞，直到这个辊子再次进入负载区，这个周期就是保持架每一转的时间。,.,诊断滚动轴承故障的其它注意事项,轴承上多个缺陷问题 在有缺陷的滚动轴承中，所产生的谱线频率可以进行相加或相减，这种现象是经常发生的，一些有缺陷的轴承所产生的振动信号，

42、并不总是轴承的基本故障特征频率BPFO,BPFI,BSF 或FTF。见图5-16，图中的谱线是等于轴承缺陷所引起的轴承基本特征频率的和或差值，学会识别频谱图中每个峰值的构成将揭示出轴承中的每个缺陷。,.,轴承上多个缺陷问题,单一的轴承缺陷，可以通过它所产生的频率成分识别出来，当轴承同时有多个缺陷时，其识别还是通过基本的轴承故障特征频率，但在频谱图上多半是以轴承故障特征频率的和或差频存在。 分析复杂的频谱是比较我困难的，首先是识别任何基本的轴承故障特征频率，然后，识别基本轴承故障特征频率的谐频1，2等，最后，对任何遗留的频率峰值，用已经识别出来的轴承故障特征频率的加减组合进行识别。 在图5-16

43、中的频谱图中，轴承型号为6313球轴承，这个轴承呈受轴向载荷，具有至少15的接触角，是安装在一台300HP的电机上，电机的转速为29.6Hz，在正常情况下，会有如下频率成分产生：BPFO=91.43 ,BPFI=145.37, FTF=11.43, 2BSF=123.25，然而由于这个轴承有15的接触角，经计算得到：BPFO=92.35 ,BPFI=144.45, FTF=11.54, 2BSF=123.67。,.,轴承上多个缺陷问题,被转频29.6Hz调制的865Hz谱线，是6144.2Hz，这个轴承有13个滚动体，因为疲劳产生缺陷，它是呈受推力负荷，在内圈滚道上整周分布着缺陷，所以产生了有

44、六个球通过轴承内圈缺陷的频率。所以865Hz说明，轴承是处在推力负荷下，在内圈整周都有缺陷存在。 720Hz的谱线，是5BPFI，具有很大的能量并被转频29.6Hz所调制，说明缺陷是很严重的。 谱线260Hz是2BPFI减去转频（2144.2Hz29.6Hz258.8Hz），谱线115Hz是BPFI减去转频（144.2Hz29.6Hz114.6Hz），最后一条30Hz的谱线就是转频。 这个轴承为什么能够损坏，正常安装的电机轴承，在轴上需要过盈配合，在轴承室需要滑动配合，要有足够的轴向间隙，允许电机转子可自动调整到磁力中心处，同时允许转子热胀冷缩的需要。这台电机没有轴向间隙，转子热彭胀引起作用于

45、轴承内圈上的轴向负荷，导至轴承过早损坏，为了解决这个问题，将安装轴承处的轴肩宿短。,.,如何精确地诊断产生轴承问题的原因,预测维修，精确地诊断出问题，以及失效的原因，然后经工程师和维修车间的工作，将失效的原因去除，使设备恢复到正常的寿命。当在确定问题原因时，下面提示或许是有帮助的：,1、如果轴承早期发生损坏，其缺陷是位于轴承的内圈，那么失效的原因一 般是与内部转动部件有关，比如，偏心的轴，转子不平衡或由转子产生的 轴向推力负荷。 2、如果轴承早期发生损坏，其缺陷是位于轴承的外圈，那么失效的原因一 般是与外部转动部件有关，比如，在轴承室中的碎片异物，轴承室的不良 接触，过紧的皮带，或安装不正的轴

46、承外圈。 3、如果轴承早期发生损坏，其缺陷是位于轴承的内外圈和滚动体上，那么 失效的原因一般是与润滑有关。,.,实际诊断轴承故障的例子,下面所讲述的是一个实际轴承损坏例子，一个新的由润滑脂润滑的5313轴承，安装在以垂直方式安装，高度为8英尺的泵上，直接由一台125HP电机驱动，这个泵的功能是将98%的硫酸泵入冷却盘圈。不平衡，不对中，汽蚀，和其它与泵有关的振动问题都不是损坏的原因。 这个轴承是双列球轴承，每列有12个球，每个球的直径是0.906英寸，节圆直径为3.642英寸，BPFO的计算值为139.3Hz，BPFI为215.9Hz，FTF为11.6Hz，2BSF为113.5Hz，在这里计算

47、使用的接触角为30,.,实际诊断轴承故障的例子,.,实际诊断轴承故障的例子,在频谱图 5-19的底部，显示出30Hz峰值，说明存在在允许范围内的残余不平衡量，150Hz峰值是叶片通过频率，并不严重。在280Hz到1820Hz范围内的低幅值峰值，是由于在轴承外圈上的小缺陷产生的。这是因为，在每个峰值处的频率差为140Hz，这个频率正是轴承外圈的球通过频率，幅值较低说明缺陷较小，其谐频的数量说明了缺陷分布于整个外圈滚道，此时，这个轴承不会马上失效。 在图5-19中的第二幅频谱图，是晚两天采集的，轴承故障频率的幅值，稍微有所增加，叶片通过频率也是稍微有所增加，此时轴承上缺陷稍有恶化，幅值的增加可能是

48、因为增加了负荷所引起。 在图5-19中的第三幅频谱图，是采集于5天以后，轴承的故障频率振动幅值仍然在不断增大，但谱线不再是清晰可辨的了，轴承故障频率被保持架频率所调制，宽带的峰值说明在轴承外圈上的缺陷，由于球的滚动使其恢复到光滑状态。当存在了保持架的调制作用时，这说明球上已经有了缺陷，此时问题仍然还不严重。,.,实际诊断轴承故障的例子,在图5-19最上面的一幅图频谱图，是两天后测量得到的，从这幅图可以看出，轴承的状态已经明显恶化，注意，残余不平衡和叶片通过频率仍然保持原来的幅值大小，然而，轴承的外圈故障频率的幅值变得很大，并且被保持架频率所调制，注意到在280,420,560和700Hz之间的

49、频率差是140Hz，或是BPFO。频率840,1120和1400Hz间的频率差是280Hz，是两倍的BPFO，现在可以清楚地看出，这个轴承要在最近的机会，更换掉。 图5-20最下面的一幅频谱图，是测量于更换轴承两天后，从图可见，仍然存在轴承外圈滚道缺陷和球上的缺陷，但已经是新的频率成份，在375,590和805Hz之间的频率差值为215Hz或是BPFI，这个轴承上在内圈滚道的圆周上和外圈滚道的圆周上都分布有缺陷，并且在球上有严生的缺陷，这个轴承的状态非常不好，维修时间定在了两天之后。,.,实际诊断轴承故障的例子,在图5-20上部的频谱图是更换新轴承后测量得到的，更换新轴承后，振动通频值大约为0

50、.05IPS，从这幅图可以看出这个泵是处在良好状态下。,.,常见轴承问题,酸蚀 当轴承是工作在具有高湿度的含酸环境中，或有酸蒸汽的环境下时，腐蚀或酸蚀常是轴承损坏的原因，这种问题可以从其频谱图上所具有的独特的外形和频率成分得到识别。频谱图的形状，可以是含有许多谱线但幅值较低（小于3.81mm/s），当有幅值超过3.81mm/s时，可以说明有散裂存在。 这时的BPFO，BPFI或2BSF可能没有出现，然而，谐频，和频和差频出现在2000Hz以上。对于球轴承，浅层剥落疲劳缺陷会分布在整个内圈滚道上，产生BPFI及其6以上的谐频。如果缺陷是发生在轴承的外圈，会产生BPFO及其7以上的谐频。 当轴承产

51、生多谐频振动时，并且其幅值较低，可能的原因就可能是腐蚀或酸蚀。,.,常见轴承问题,图5-37和5-38频谱图，是从输送硫酸的泵上测得的，泵的转速为29.6Hz，轴承是6308深沟球轴承，轴承的特征频率为：BPFO=89.5,BPFI=147.3,FTF=11.2而2BSF=113.9Hz。,.,常见轴承问题,由图5-37可见，高幅值的谱线是出现在1435和1580Hz处，这个说明是润滑不良问题，1580-1435=145Hz是BPFI，同时也注意到在470,615,760和910Hz都是BPFI的谐频，这些谐频的幅值都相当的低，所以缺陷也可能相当小。,.,常见轴承问题,电蚀 当有电流通过轴承时

52、，产生的损伤称为电蚀。在设备旁焊接作业时，有时就在轴承处形成电流回路，有电流通过轴承的内圈或外圈，由此在轴承内各别件间产生电弧，此外电蚀也可以因为涡电流充放电而产生，涡电流也会流经轴承而产生电弧。 最常见的电蚀问题发生在直流电动机中，其中的轴承损坏多半是因为电蚀问题，电蚀可以发生在电机的驱动端，非驱动端，轴承的内圈，外圈，或滚动体上都有可能发生。在电机的驱动端轴上安装接地碳刷，对防止产生电蚀有良好的做用。 当有电蚀现象发生时，会产生轴承的BPFI和BPFO，然而直到有剥落时，基本的轴承故障特征频率才会显现出来，有电蚀产生的特征频率是出现高频成分（900到5000Hz），并且被轴承的故障特征频率

53、所调制，准确的频率位置是与转速，滚动体数量和发生在轴承内的电弧密度有关。,.,常见轴承问题,图5-42是从电机非驱动端轴向方向测量得到的频谱图，安装的轴承是6236，轴转速是8.7Hz，BPFO是40.55Hz，BPFI是55.14Hz。谱线360和720Hz是电源频率，在1000和2000Hz间所含的各频率成分的差大约为40Hz。在这个图中可以看到40和41Hz的频率差，这些频率成分说明了电机非驱动端轴承外圈已经产生了电蚀。由于BPFO的基频并没有出现，这说明剥落并没有开始。,.,常见轴承问题,润滑不良 特点： 1、润滑不良时，当转子上的重点每转通过一次轴承的负载区时，轴承的滚 动体所产生的

54、冲击就会激起轴承内圈组件的自振，激振源是轴承的BPFI。 2、在自振频率周围会产生一系列的边频谱线，其值等于BPFI. 3、润滑不良，在大约500到2500Hz之间产生四个谱线，其中最高的一个可 能是轴承内圈的自振频率，而其频率差可能是BPFI。当有润滑剂加入后，这 些谱线消失，或幅值降的很低。,见图5-45和图5-46，是从一台风机上测得的数据，风机的转速为19.6Hz，轴承是6313，BPFI大约为96Hz，注意润滑不良的谱线是在920,1020,1120和1220Hz处，频率差为100Hz，是在测量精度范围内，谱线1020Hz是轴承内圈的自振频率，但这个谱线不是BPFI的谐频。,.,常见轴承问题,.,常见轴承问题,.,