滚动轴承故障new

1、BPdM状态监测与预测维修滚动轴承故障滚动轴承故障 BPdM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 BPdM滚动轴承类型滚动轴承类型 滚动轴承的类型BPdM滚动轴承为什么会过

2、早损坏？滚动轴承为什么会过早损坏？滚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。BPdM缩短滚动轴承寿命的因素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

3、平衡质量产生的离心力可以计算如下： BPdM其它缩短滚动轴承寿命的因素及解决对策其它缩短滚动轴承寿命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

4、参数如振动速度、冲击脉冲、解调谱等。BPdM轴承故障原因及其解决（一）轴承故障原因及其解决（一）过负荷引起过早疲劳，（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BPdM轴承故障原因及其解决（二）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

5、外部振动隔振和使用抗摩添加剂BPdM轴承故障原因及其解决（三）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，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BPdM轴承故障原因及其解决（四）轴承故障原因及其解决（四）BPdM轴承故障原因及其解决（五）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

6、故障。滚动轴承的正常运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BPdM轴承故障原因及其解决（六）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BPdM轴承故障原因及其解决（七）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

7、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。BPdMWhy Do Bearings Fail?inadequate lubrication- Lubrication- Contamination - Mounting MethodDynamic load - misalignment- imbalance- bent shaft- etc.improper handling or installationagespall on outer raceBPdMTIME典型的轴承寿命周期典型的轴承寿命周期(To C

8、atastrophic Failure)Detection by Listen and FeelDetection by Velocity MeasurementDamage BeginsDetection by SKF Enveloped AccelerationDetection by SEETM or HFDPre-Warning TimeBearing FailureBPdM轴承故障特征频率轴承故障特征频率BPFOBall Pass Frequency Outer RaceBPFIBall Pass Frequency Inner RaceBSFBall Spin FrequencyF

9、TFCage Frequency orFundamental Train FrequencyBPdM轴承故障频率的显示轴承故障频率的显示BPdM轴承故障发展的四个不同阶段轴承故障发展的四个不同阶段Stage 1Stage 2Stage 3Stage 4no apparent change on typical velocity spectrumdefects harmonic frequencies appeardefects fundamental frequencies also appearand may exhibit sidebandsdefects harmonic frequen

10、cies develop multiplesidebands (haystack), fundamental freqs. growand also develop sidebandsdefects “fund.”frequency rangedefects “harmonic”frequency rangeBPdMHigh frequency envelopingLooks for high energy, high frequency impact events of very short durationDoes not appear in normal FFT due to short

11、 duration and low amplitude nature of these impact events解调谱解调谱BPdMThis BPFO problem would not appear in the normal FFT due to its short duration & low amplitudeEach time a ball passes over the crack, it creates a high energy burst of vibration lasting a very short timeVibration LevelTimeBPFO = Ball

12、 Pass Frequency OuterBPFOBPdMHere is a time waveform showing a low frequency component, superimposed with high frequency noise from the impact eventsBPFO1 X RPMBPdMApply a high-pass filter that removes the low frequency componentsLeaving the burst of high frequency noiseBPdMBPdMEnvelop around the bu

13、rst to identify the impact events as repetitions of the same faultBPdMThe envelop signal is passed through the FFT processBPdMThe frequency spectrum clearly presents the BPFO peaks and harmonicsBPFOBPdMBPdMBPdMBPdM滚动轴承故障的滚动轴承故障的振动特征（一）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

14、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。BPdM滚动轴承故障的滚动轴承故障的振动特征（二）振动特征（二）BPdM滚动轴承故障的滚动轴承故障的振动特征（三）振动特征（三）轴承零部件的自

15、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BPdM滚动轴承故障的滚动轴承故障的振动特征（四）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）1. 轴承内环故障频率往往伴

16、有1 X转速频率的边带 ；BPdM滚动轴承故障的滚动轴承故障的振动特征（五）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。5.轴承故障频率允

17、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。BPdM滚动轴承故障的滚动轴承故障的振动特征（六）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

18、仍然可能清楚的看出来。BPdM滚动轴承故障的滚动轴承故障的振动特征（七）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，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

19、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，该信号的幅值增大到 2.54到5.08毫米秒。 BPdM典型的轴承故障发展过程（一）典型的轴承故障发展过程（一）Detection by Lubricant AnalysisDetection by Listen and FeelDetection by VibrationDetectio

20、n by Acoustic EmissionsBPdM典型的轴承故障发展过程（二）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 通常约百分之八十至九十的轴承寿命通常约百分之八十至九十的轴承寿命12341X234阶段轴承剩余寿命的百分之十至二十阶段轴承剩余寿命的百分之五至十阶段轴承剩余寿命的百分之一至五阶段一小时至轴承剩余寿命的百分之一灾难性破坏灾难性破坏累积的损伤时间BPdM典型的轴承故障发展过程（三）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

21、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，噪声地平明显提高 6.剩余寿命5 BPdM典型的轴承故障发展过程（四）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

22、剩余寿命小于1d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0.2BPdM滚动轴承故障发展的四个阶段滚动轴承故障发展的四个阶段Stage 1Stage 2Stage 3Stage 4no apparent change on typical velocity spectrumdefects harmonic frequencies appeardefects fundamental

23、 frequencies also appearand may exhibit sidebandsdefects harmonic frequencies develop multiplesidebands (haystack), fundamental freqs. growand also develop sidebandsdefects “fund.”frequency rangedefects “harmonic”frequency rangeBPdM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

24、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解调分析原理BPdM 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解调频谱的测量BPdM 轴承外圈有缺陷时，在解调频谱上可见轴承外圈缺陷频率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故障的解调频谱特点轴承外圈缺陷轴承外圈缺陷解调谱BPdM 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

25、。轴承内圈故障的解调频谱特点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BPdM 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BPdM 轴承保持架有缺陷时，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故障的解调频谱特点轴承保持架缺陷轴承保持

26、架缺陷解调谱BPdM轴承内圈故障的解调频谱举例轴承内圈故障的解调频谱举例BPdM 解调谱与频谱解调谱与频谱 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加速度相结合可以有效地早期检测滚动轴承的故障。BPdM用振动解调谱检测出第一阶段轴承故障用振动解调谱检测出第一阶段轴承故障BPdM用振动频谱没有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 BPdM滚动轴承故障频率计算滚动轴承故障频率计算(1)(1)保持架故障频率： FTF=(1/2)NoFTF=(1/2)No1+1+（d/Dd/D）Cos +Ni Cos +Ni 1-1-（d/Dd/D）Cos Cos 滚动体旋转故障频率： BSF=(1/2)(D/d) |No-Ni| 1-(d/D)Cos 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)CosB