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滚动轴承振动诊断
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
机械故障诊断学
Anhui University of Technology
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Anhui University of Technology
4.1轴承主要故障形式
一、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%
产生各种各样轴承缺陷原因:由于设计、加工、安装不好,或轴承服役条件不佳,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NB-3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)
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研究目标
Anhui University of Technology
4.1轴承主要故障形式
二、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
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研究目标
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4.2滚动轴承振动信号特征
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。
一、 滚动轴承的低频振动(接触频率---缺陷特征频率)
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
滚珠通过外圈滚道
滚动体缺陷
保持架不平衡
式中:z滚动体个数;d滚动体直径;D滚道节径;f0轴承回转频率,为每秒转数n/60。
接触角:滚动体受力方向与内外滚道垂直线的夹角。
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研究目标
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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 )
4.2滚动轴承振动信号特征
二、 滚动轴承的固有频率(共振频率)
钢球的固有频率为
轴承圈在圈平面内的固有频率(内外圈弯曲方向的)为
式中:E弹性模量;I轴承圈横截面的惯性矩;γ材料密度;A轴承圈横截面积;n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。
一般固有频率在数千HZ到数十千HZ,人耳听不见
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Anhui University of Technology
4.2滚动轴承振动信号特征
三、滚动轴承振动信号特征(特征频率成分)
其中,n为正整数;Z为钢球数目;fc为保持架频率;f0为轴承回转频率。
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研究目标
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4.2滚动轴承振动信号特征
其中,fbi为钢球在内圆滚道上的通过频率;f0振动频率;fc为保持架转速;fb滚动体相对于保持架的频率。
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研究目标
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4.3滚动轴承故障诊断法
一、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;
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