滚动轴承的振动诊断课件整理

机械故障诊断学第4章滚动轴承的振动诊断4.1轴承主要故障形式4.2滚动轴承振动信号特征4.3滚动轴承故障诊断法AnhuiUniversityofTechnology机械故障诊断学14.1轴承主要故障形式概述滚动轴承是机器中最易损坏的零件之一,约占旋转机械故障的30%承服役条件不佳,突出载荷的袭击等,运行一段时间后出现检测这些缺陷的方法很多,如:振动信号检测、声发射、铁谱等技术或直接测定温度振动监测技术最为可靠容易实现因为大部分可归纳为表面劣化而使振动加剧,所以与表面状态有关的振动信号成了检测轴承状态的重要资料◆专用仪器,如:测定波峰因素的BK-2511振动仪、日本NB3轴承监视器、瑞典MEPA-43冲击脉冲仪、SPM及美国IRD820振动脉冲能量和峰值分析仪(用于在线)AnhuiUniversityofTechnology4.1轴承主要故障形式2「41轴承主要故障形式轴承主要故障形式≥磨损:磨料磨损(杂质)和摩擦磨损(润滑恶化)>疲劳剥落:交变应力作用、微小裂纹的发展、生绣等原因引起裂纹:由材料缺陷或交变载荷、应力集中、润滑不良等引起腐蚀:湿气或水侵入润滑油、较大电流引起电腐蚀压痕:过载、撞击或异物进入滚道胶合和点蚀:因为各种原因,当轴承在高温、高速、重载、瞬间载荷等使用条件下,滚道或滚动体表面产生微小烧损点,滚道和滚动体表面温度过高而使局部熔合在一起即胶合。其他故障形式:破损、烧损、电蚀等AnhuiUniversityofTechnology「41轴承主要故障形式32滚动轴承振动信号特征滚动轴承的低频振动(接触频率-缺陷特征频率)滚动轴承元件出现缺陷时,随着轴承的旋转,缺陷每接触一次就会产生一次冲击振动,具有一定的周期性,其振动频率在0~20kHz假设:(1)滚动环和滚动体之间无滑动(2)径向、轴向受载荷时个部分无变形滚珠轴承对应于元件缺陷的频率为(不是滚柱轴承)滚珠通过内圈滚道B滚珠通过外圈滚道/2(+DcosaZf(1-D滚动体缺陷f。=÷f。[l-(÷cosa)2]保持架不平衡f。=÷f0(1-csa)式中:z滚动体个数;d滚动体直径;D滚道节径;f轴承回转频率,为每秒转数n/60a接触角:滚动体受力方向与内外滚道垂直线的夹角。AnhuiUniversityofTechnology2滚动轴承振动信号特征4滚动轴承振动信号特征滚动轴承的固有频率(共振频率)与轴承结构有关(由于外力的激励就会引起振动,不管轴承有无故障均存在,但不能表征轴承的异常,所以要加以区分类型)钢球的固有频率为f=0.212轴承圈在圈平面内的固有频率(内外圈弯曲方向的)为2丌(D/2)式中:E弹性模量;l轴承圈横截面的惯性矩;γ材料密度;A轴承圈横截面积;η振动阶数。G重力加速度;R钢球半径;D轴承圈横截面中性轴直径此为圆环弯曲方向的振动频率,还有内外径半径方向、扭力方向的振动,式中计算为单体共振频率,具结构其计算有变化。般固有频率在数千HZ到数十千HZ,人耳听不见AnhuiUniversityofTechnology滚动轴承振动信号特征5滚动轴承振动信号特征、滚动轴承振动信号特征(特征频率成分)缺陷类型主要缺陷原因对应振动频率轴承承载刚度变化(不同位Zf构造置滚动体数目不同)异常轴弯曲或轴与轴承装配歪斜Z+后滚动体直径不一样大f及n土f轴承不轴承不对中、进入异物、安f/n同轴及装不良工作环内圈面及轴颈圆度误差、轴n后境颈划伤、进入异物润滑不良f/n、nfo其中,n为正整数;Z为钢球数目;f为保持架频率;f为轴承回转频率。AnhuiUniversityofTechnolog滚动轴承振动信号特征64.2滚动轴承振动信号特征加工面内圈波纹度nZf,及nzf;+f误差外圈波纹度滚动体波纹度2nf及2nf土f轴承偏心轴承游隙过大或滚道偏心nf疲劳剥内圈点蚀HZf、mf土f落损伤外圆点蚀滚动体点蚀nzf、mzf+f内图剥落外图剥落滚动体剥落ZZ乙其中,f为钢球在内圆滚道上的通过频率;f振动频率;f为保持架转速;f滚动体相对于保持架的频率AnhuiUniversityofTechnology4.2滚动轴承振动信号特征7.3滚动轴承故障诊断法-、简易诊断法(仅判断有无异常)1、测定部位的选择注意:(1)测定部位不要改变,以保证前提一致,最好是轴承座;(2)测头接触表面光滑牢固;(3)一般在垂直、轴向两方向上测量。速度需三个方向,加速度一个方向即可轴承座露在外面,测定部位:轴承座轴承座在内部,测定部位:轴承座刚性高的部位或基础2、测定参数轴承振动频率范围在几HZ到数千Hz。般小于10HZ,测位移10HZ至1KHz(中频),测速度;大于1KHz(高频),测加速度(常用于大于10KHz)。常用速度和加速度,为去除其它振动信号,用滤波器取所需带宽3、测定周期测定时间间隔取决于经济性,且不漏异常情况,越短越好AnhuiUniversityofTechnology.3滚动轴承故障诊断法83滚动轴承故障诊断法判别标准绝对值判别标准和相对判别标准,兼用适用于所有轴承的绝对标准是不存在的,同一种轴承用于不同的场合其判别标准也是不同的。所以一定要注意使用场合选择合适的判别标准低频部分的绝对值判别标准难以确定,用相对标准或相对判定法,故对于同时存在高、低频的轴承振动要用两个判别标准来判别5、简易诊断①首先检查润滑状态,加油后数小时数天后测量,发现振动明显增大,则要判别是否异常②根据各自情况制定出专门的绝对值标准,测定同条件下的振动初始值,即相对值判别标准③确定判定方案,包括:位置、方向、参数、周期等。④测量振动信号,作出比较判断或进一步作谱分析。AnhuiUniversityofTechnolog3滚动轴承故障诊断法94,3滚动轴承故障诊断法-一低频信号咨断法」二、低频信号诊断法通过直接测量滚动轴承损坏出现的振动,从振动谱图上观察突出的谱线频率来诊断轴承故障。0.b0,20.30.40.5-0.60708091HHzAnhuiUniversityofTechnology4,3滚动轴承故障诊断法-一低频信号咨断法」10滚动轴承的振动诊断课件整理11滚动轴承的振动诊断课件整理12滚动轴承的振动诊断课件整理13滚动轴承的振动诊断课件整理14滚动轴承的振动诊断课件整理15滚动轴承的振动诊断课件整理16滚动轴承的振动诊断课件整理17机械故障诊断学第4章滚动轴承的振动诊断4.1轴承主要故障形式4.2滚动轴承振动信号特征4.3滚动轴承故障诊断法AnhuiUniversityofTechnology机械故障诊断学184.1轴承主要故障形式概述滚动轴承是机器中最易损坏的零件之一,约占旋转机械故障的30%承服役条件不佳,突出载荷的袭击等,运行一段时间后出现检测这些缺陷的方法很多,如:振动信号检测、声发射、铁谱等技术或直接测定温度振动监测技术最为可靠容易实现因为大部分可归纳为表面劣化而使振动加剧,所以与表面状态有关的振动信号成了检测轴承状态的重要资料◆专用仪器,如:测定波峰因素的BK-2511振动仪、日本NB3轴承监视器、瑞典MEPA-43冲击脉冲仪、SPM及美国IRD820振动脉冲能量和峰值分析仪(用于在线)AnhuiUniversityofTechnology4.1轴承主要故障形式19「41轴承主要故障形式轴承主要故障形式≥磨损:磨料磨损(杂质)和摩擦磨损(润滑恶化)>疲劳剥落:交变应力作用、微小裂纹的发展、生绣等原因引起裂纹:由材料缺陷或交变载荷、应力集中、润滑不良等引起腐蚀:湿气或水侵入润滑油、较大电流引起电腐蚀压痕:过载、撞击或异物进入滚道胶合和点蚀:因为各种原因,当轴承在高温、高速、重载、瞬间载荷等使用条件下,滚道或滚动体表面产生微小烧损点,滚道和滚动体表面温度过高而使局部熔合在一起即胶合。其他故障形式:破损、烧损、电蚀等AnhuiUniversityofTechnology「41轴承主要故障形式202滚动轴承振动信号特征滚动轴承的低频振动(接触频率-缺陷特征频率)滚动轴承元件出现缺陷时,随着轴承的旋转,缺陷每接触一次就会产生一次冲击振动,具有一定的周期性,其振动频率在0~20kHz假设:(1)滚动环和滚动体之间无滑动(2)径向、轴向受载荷时个部分无变形滚珠轴承对应于元件缺陷的频率为(不是滚柱轴承)滚珠通过内圈滚道B滚珠通过外圈滚道/2(+DcosaZf(1-D滚动体缺陷f。=÷f。[l-(÷cosa)2]保持架不平衡f。=÷f0(1-csa)式中:z滚动体个数;d滚动体直径;D滚道节径;f轴承回转频率,为每秒转数n/60a接触角:滚动体受力方向与内外滚道垂直线的夹角。AnhuiUniversityofTechnology2滚动轴承振动信号特征21滚动轴承振动信号特征滚动轴承的固有频率(共振频率)与轴承结构有关(由于外力的激励就会引起振动,不管轴承有无故障均存在,但不能表征轴承的异常,所以要加以区分类型)钢球的固有频率为f=0.212轴承圈在圈平面内的固有频率(内外圈弯曲方向的)为2丌(D/2)式中:E弹性模量;l轴承圈横截面的惯性矩;γ材料密度;A轴承圈横截面积;η振动阶数。G重力加速度;R钢球半径;D轴承圈横截面中性轴直径此为圆环弯曲方向的振动频率,还有内外径半径方向、扭力方向的振动,式中计算为单体共振频率,具结构其计算有变化。般固有频率在数千HZ到数十千HZ,人耳听不见AnhuiUniversityofTechnology滚动轴承振动信号特征22滚动轴承振动信号特征、滚动轴承振动信号特征(特征频率成分)缺陷类型主要缺陷原因对应振动频率轴承承载刚度变化(不同位Zf构造置滚动体数目不同)异常轴弯曲或轴与轴承装配歪斜Z+后滚动体直径不一样大f及n土f轴承不轴承不对中、进入异物、安f/n同轴及装不良工作环内圈面及轴颈圆度误差、轴n后境颈划伤、进入异物润滑不良f/n、nfo其中,n为正整数;Z为钢球数目;f为保持架频率;f为轴承回转频率。AnhuiUniversityofTechnolog滚动轴承振动信号特征234.2滚动轴承振动信号特征加工面内圈波纹度nZf,及nzf;+f误差外圈波纹度滚动体波纹度2nf及2nf土f轴承偏心轴承游隙过大或滚道偏心nf疲劳剥内圈点蚀HZf、mf土f落损伤外圆点蚀滚动体点蚀nzf、mzf+f内图剥落外图剥落滚动体剥落ZZ乙其中,f为钢球在内圆滚道上的通过频率;f振动频率;f为保持架转速;f滚动体相对于保持架的频率AnhuiUniversityofTechnology4.2滚动轴承振动信号特征24.3滚动轴承故障诊断法-、简易诊断法(仅判断有无异常)1、测定部位的选择注意:(1)测定部位不要改变,以保证前提一致,最好是轴承座;(2)测头接触表面光滑牢固;(3)一般在垂直、轴向两方向上测量。速度需三个方向,加速度一个方向即可轴承座露在外面,测定部位:轴承座轴承座在内部,测定部位:轴承座刚性高的部位或基础2、测定参数轴承振动频率范围在几HZ到数千Hz。般小于10HZ,测位移10HZ至1KHz(中频),测速度;大于1KHz(高频),测加速度(常用于大于10KHz)。常用速度和加速度,为去除其它振动信号,用滤波器取所需带宽3、测定周期测定时间间隔取决于经济性,且不漏异常情况,越短越好AnhuiUniversityofTechnology.3滚动轴承故障诊断法253滚动轴承故障诊断法判别标准绝对值判别标准和相对判别标准,兼用适用于所有轴承的绝对标准是不存在的,同一种轴承用于不同的场合其判别标准也是不同的。所以一定要注意使用场合选择合适的判别标准低频部分的绝对值判别标准难以确定,用相对标准或相对判定法,故对于同时存在高、低频的轴承振动要用两个判别标准来判别5、简易诊断①首先检查润滑状态,加油后数小时数天后测量,发现振动明显增大,则要判别是否异常②根据各自情况制定出专门的绝对值标准,测定同条件下的振动初始值,即相对值判别标准③确定判定方案,包括:位置、方向、参数、周期等。④测量振动信号,作出比较判断或进一步作谱分析。AnhuiUniversityofTechnolog3滚动轴承故障诊断法2