滚动轴承故障诊疗专家讲座

第二节滚动轴承故障诊疗滚动轴承故障诊疗专家讲座第1页一、滚动轴承故障识别1、滚动轴承振动原因滚动轴承振动原因主要有以下几点：1）、制造误差以及当有疲劳剥落、磨损、塑性变形、锈蚀、断裂及胶合等故障出现时，内外圈滚道表面凹凸不平度加大，滚动体在内外座圈之间滚动，产生激励力，引发振动。激励力有各种频率成份，所以，由轴承内外圈及轴承座组成振动系统，其振动是由各种频率成份组成随机振动。2）、滚动体在经过负荷区时，有时为一个滚动体经过负荷区，有时却为两个滚动体同时经过负荷区，旋转轴中心伴随滚动体位置而上下移动产生振动。3）、轴承因为安装润滑等原因产生随机振动。4）、轴承外部传来振动。CompanyLogo滚动轴承故障诊疗专家讲座第2页2、滚动轴承振动信号频率结构滚动轴承振动频率非常丰富，每一个元件都有自己故障特征频率。1）、经过频率当滚动轴承某元件出现局部损伤时，机器在运行中就会产生对应振动频率，称为故障特征频率，又叫轴承经过频率。内圈经过频率fi：即单位时间内内圈上某一损伤点与滚动体接触次数。CompanyLogo滚动轴承故障诊疗专家讲座第3页外圈经过频率fo：即单位时间内外圈上某一损伤点与滚动体接触次数。

滚动体经过频率fb

：即单位时间内滚动体上某一损伤点与内圈或外圈接触次数。保持架经过频率fc：即单位时间内滚动体上某一损伤点与内圈或外圈接触次数。CompanyLogo滚动轴承故障诊疗专家讲座第4页式中fr―滚动轴承内圈回转频率，Hz；n为内圈转速，r/min;

α――压力角;d――滚动体直径，mm；

D――轴承平均直径，mm；

Z――滚动体个数.CompanyLogo滚动轴承故障诊疗专家讲座第5页2)固有频率计算滚动轴承在运行过程中，因为滚动体与内圈或外圈冲击而产生振动，这时振动频率为轴承各部分固有频率。

轴承圈在自由状态下径向弯曲振动固有频率为：CompanyLogo滚动轴承故障诊疗专家讲座第6页式中n—振动阶数（变形波数），n＝2，3，…；

E—弹性模量，钢材为210GPa;

I—套圈横截面惯性矩，mm4；

γ—密度，钢材为7.86X10-6kg/mm3；

A—套圈横截面积，A≈bh，mm2；

D—套圈横截面中性轴直径，mm；

g—重力加速度，g＝9800mm/S2。CompanyLogo滚动轴承故障诊疗专家讲座第7页对钢材，将各常数代入式得CompanyLogo滚动轴承故障诊疗专家讲座第8页有时钢球也会产生振动，钢球振动固有频率为：式中R—钢球半径；

E—弹性模量，钢材为210GPa;

γ—密度，钢材为7.86X10-6kg/mm3；

g—重力加速度，g＝9800mm/S2。CompanyLogo滚动轴承故障诊疗专家讲座第9页二、滚动轴承振动测量注意事项因为滚动轴承故障信号含有冲击振动特点，频率极高，衰减较快，所以利用振动信号对其进行监测诊疗时，应依据其振动特点，有针对性地采取一些办法和方法。

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1、测点选择

滚动轴承因故障引发冲击振动由冲击点以半球面波方式向外传输，经过轴承零件、轴承座传到箱体或机架。因为冲击振动所含频率很高，每经过零件界面传递一次，其能量损失约80％。所以，测量点应尽可能靠近被测轴承承载区，应尽可能降低中间传递步骤，探测点离轴承外圈距离越近越直接越好。CompanyLogo滚动轴承故障诊疗专家讲座第11页因为滚动轴承振动在不一样方向上反应出不一样特征，所以应尽可能考虑在水平（x）、垂直（y）和轴向（z）三个方向上进行振动检测.假如考虑设备结构、安装条件限制，或出于经济方面考虑，不可能在每个方向上都进行检测，这时可选择其中两个方向进行检测。CompanyLogo滚动轴承故障诊疗专家讲座第12页

2、传感器选择与固定方式

依据滚动轴承结构特点，使用条件不一样，它所引发振动可能是频率约为1kHz以下低频脉动（经过振动），也可能是频率在1kHz以上，数千赫乃至数十千赫高频振动（固有振动），通常情况下是同时包含了上述两种振动成份。所以，检测滚动轴承振动速度和加速度信号时应同时覆盖或分别覆盖上述两个频带，必要时能够采取滤波器取出需要频率成份。考虑到滚动轴承多用于中小型机械，其结构通常比较轻薄，所以，传感器尺寸和重量都应尽可能地小，以免对被测对象造成影响，改变其振动频率和振幅大小。

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滚动轴承振动属于高频振动，对于高频振动测量，传感器固定采取钢制螺栓固定，这么不但谐振频率高，能够满足要求，而且定点性也好，对于衰减较大高频振动，能够防止每次测量偏差，使数据含有可比性。CompanyLogo滚动轴承故障诊疗专家讲座第14页

3、分析谱带选择

1）、低频段

在滚动轴承故障诊疗中，低频率段指1kHz以下频率范围。

普通能够采取低通滤波器（比如截止频率fb≤1kHz）滤去高频成份后再作频谱分析。因为轴承故障特征频率（经过频率）通常都在1kHz以下，此法可直接观察频谱图上对应特征谱线，做出判断。CompanyLogo滚动轴承故障诊疗专家讲座第15页

2）、中频段

在滚动轴承故障诊疗中，中频段指1～20kHz频率范围。

(a)高通滤波器

使用截止频率为1kHz高通滤波器滤去1kHz以下低频成份，以消除机械干扰

(b)带通滤波器

使用带通滤波器提取轴承零件或结构零件共振频率成份，用通带内信号总功率作为监测参数，滤波器通带截止频率依据轴承类型及尺寸选择，比如对309球轴承，通带中心频率为2.2kHz左右，带宽可选为1～2kHz。CompanyLogo滚动轴承故障诊疗专家讲座第16页3)高频段

在滚动轴承故障诊疗中，高频率段指20～80kHz频率范围。因为轴承故障引发冲击有很大部分冲击能量分布在高频段，假如采取适当加速度传感器和固定方式确保传感器较高谐振频率，利用传感器谐振或电路谐振增强所得到衰减振动信号，对故障诊疗非常有效。/html/001003/07100756507242.htmlCompanyLogo滚动轴承故障诊疗专家讲座第17页三、滚动轴承精密诊疗方法

滚动轴承精密诊疗与旋转机械、往复机械等精密诊疗一样，主要采取频谱分析法。因为滚动轴承振动频率成份十分丰富，既含有低频成份，又含有高频成份，而且每一个特定故障都对应特定频率成份。进行频谱分析之前需要经过适当信号处理方法将特定频率成份分离出来，然后对其进行绝对值处理，最终进行频率分析，以找出信号特征频率，确定故障部位和类别。CompanyLogo滚动轴承故障诊疗专家讲座第18页

1、轴承内滚道损伤

轴承内滚道产生损伤时，如：剥落、裂纹、点蚀等，若滚动轴无径向间隙时，会产生频率为nZfi（n＝1，2,…）冲击振动。CompanyLogo滚动轴承故障诊疗专家讲座第19页通常滚动轴承都有径向间隙，且为单边载荷，依据点蚀部分与滚动体发生冲击接触位置不一样，振动振幅大小会发生周期性改变，即发生振幅调制。若以轴旋转频率fr进行振幅调制，这时振动频率为nZfi士fr（n＝1，2…）；若以滚动体公转频率（即保持架旋转频率）fc进行振幅调制，这时振动频率为nZfi±fc（n＝1，2，…）。CompanyLogo滚动轴承故障诊疗专家讲座第20页2、轴承外滚道损伤

当轴承外滚道产生损伤时，如剥落、裂纹、点蚀等，在滚动体经过时也会产生冲击振动。因为点蚀位置与载荷方向相对位置关系是一定，所以，这时不存在振幅调制情况，振动频率为nZfo(n＝1，2,…）CompanyLogo滚动轴承故障诊疗专家讲座第21页

3、滚动体损伤

当轴承滚动体产生损伤时，如剥落、裂纹、点蚀等，缺点部位经过内圈或外圈滚道表面时会产生冲击振动。

在滚动轴承无径向间隙时，会产生频率为nZfb（n＝1，2,…）冲击振动。

通常滚动轴承都有径向间隙，所以，同内圈存在点蚀时情况一样，依据点蚀部位与内圈或外圈发生冲击接触位置不一样，也会发生振幅调制情况，不过此时是以滚动体公转频率fc进行振幅调制。这时振动频率为nzfb士fcCompanyLogo滚动轴承故障诊疗专家讲座第