振动频谱分析在滚动轴承故障诊断中的应用讲解.doc

振动频谱分析在滚动轴承故障诊断中的应用 摘 要：本文对轴承滚动轴承的常见故障形式进行了解析，并通过振动频谱分析的技术对滚动轴承产生故障的部位特征频率、不同阶段的频率特征进行了阐述。并将通过频谱分析技术较好应用到了实际的滚动轴承故障诊断过程，提高了现场故障诊断水平，满足了生产维护检修的需要。 关键词： 滚动轴承 故障形式 特征频率 一、前 言 滚动轴承是转动设备中应用最为广泛的机械零件，是轴及其他旋转构件的重要支承，是最早采用专业化大批量生产的机械基础件之一，在日常的使用与维修中发现，轴承同时也是最容易产生故障的零件。根不完全据统计，在使用滚动轴承的转动设备中，大约有30%的机械故障都是由于滚动轴承而引起的；而在镇海炼化的所有转动设备故障维修统计当中，滚动轴承的故障率甚至在这个数字之上。 二、滚动轴承的常见故障点蚀疲劳点蚀是滚动轴承正常的、不可避免的失效形式滚动轴承工作时，滚动体和滚道之间为点接触或线接触，在交变载荷的作用下，表面间存在着极大的循环接触应力，容易在表面处形成疲劳源，由疲劳源生成微裂纹，微裂纹因材质硬度高、脆性大，难以向纵深发展，便成小颗粒状剥落，表面出现细小的麻点，这就是疲劳点蚀。严重时，表面成片状剥落，形成凹坑；若轴承继续运转，将形成大面积的剥落。 润滑不良，外界尘粒等异物侵入，转配不当等原因，都会加剧滚动轴承表面之间的磨损。磨损的程度严重时，轴承游隙增大，表面粗糙度增加，不仅降低了轴承的运转精度，而且也会设备的振动和噪声随之增大。胶合胶合是一个表面上的金属粘附到另一个表面上去的现象。其产生的主要原因是缺油、缺脂下的润滑不足，以及重载、高速、高温，滚动体与滚道在接触处发生了局部高温下的金属熔焊现象。通常，轻度的胶合又称为划痕，重度的胶合又称为烧轴承。胶合为严重故障，发生后立即会导致振动和噪声急剧增大，多数情况下设备难以继续运转。断裂轴承零件的裂纹和断裂是最危险的一种故障形式，这主要是由于轴承材料有缺陷和热处理不当以及严重超负荷运行所引起的；此外，装配过盈量太大、轴承组合设计不当，以及缺油、断油下的润滑丧失也都会引起裂纹和断裂。锈蚀锈蚀是由于外界的水分带入轴承中；或者设备停用时，轴承温度在露点以下，空气中的水分凝结成水滴吸附在轴承表面上；以及设备在腐蚀性介质中工作，轴承密封不严，从而引起化学腐蚀。锈蚀产生的锈斑使轴承表面产生早期剥落，同时也加剧了磨损。6、电蚀电蚀主要是转子带电，电流击穿油膜而形成电火化放电，使表面局部熔焊，在轴承工作表面形成密集的电流凹坑或波纹状的凹凸不平。7.、塑性变形（凹坑及压痕）对于转速极低（n＜1 r/min）的轴承，或间歇摆动的轴承，其故障形式主要是永久性塑性变形，即在滚道上受力最大处形成凹坑。发生塑性变形，主要与过大的挤压应力有关，例如，工作载荷过重，冲击载荷过大，热变形影响等。轴承出现凹坑后，会产生很大的振动和噪声。此外，当硬颗粒从外界进入滚动体与滚道之间时，会在滚道表面形成压痕。8、保持架损坏润滑不良会使保持架与滚动体或座圈发生磨损、碰撞。装配不当所造成的保持架变形，会使保持架与滚动体或座圈之间产生卡涩，从而加速了保持架的磨损。保持架磨损后，间隙变大，与滚动体之间的撞击力增大，以致使保持架断裂。滚动轴承状态监测和故障诊断方法有多种，例如振动分析法、油液分析法（磁性法、铁谱法、光谱法）、声发射分析法、光纤诊断法等各种方法都有自己的特点，其中振动分析法实用和相对简单方便，应用最为广泛 轴承失效的滚动轴承失效四个阶段各阶段内主要特征频率成分第一阶段（超声频率）轴承最早期出现的问题表现在超声频率的异常，其频率范围开始为250~350kHz。此后随故障发展，频率范围下移到20~60kHz，阶段频谱图“干净” ，即除了工频、二倍频等常规振动频率外，轴承故障的各特征频率均无显现。第二阶段（轴承固有频率）轴承产生轻微缺陷，缺陷产生的冲击激起了轴承元件固有频率的振动或轴承支承部件的共振，其频率范围一般为500Hz~20kHz。到第二阶段末期，在固有频率的周围开始出现边频带频谱图仅显现出轴承的固有频率成分，边频带。 第三阶段（轴承缺陷间隔频率及其倍频）初期，轴承缺陷间隔频率开始显现；随着故障缺陷的发展，更多的缺陷间隔频率的倍频出现，围绕这些间隔频率及其倍频以及固有频率的边频带的数量也逐步增多，式中，D～滚动体中心圆（节圆）直径，[mm]； d～滚动体直径，[mm]； α～接触角，[角度或弧度]； z～滚动体的个数； n～轴的转速，[r/min]。 除转速n外，D、d、α、z均可根据轴承型号由轴承样本查出缺陷间隔频率周围的许多清晰可见边频带已肉眼可见，此更换第四阶段（随机宽带振动）轴承失效接近尾声，工频也受影响而明显增大，并产