《Chapter05_滚动轴承故障诊断》-课件设计（公开）.ppt

第5章 滚动轴承故障诊断 某航空滚动轴承的振动频谱 第Ⅰ频段为0～20KHz，转子和轴承的故障特征频率就在这个频段内，例如轴的不平衡、不对中和轴承安装质量不高所反映的低阶转速频率，轴承工作表面离散性缺陷所反映的间隔频率及其倍频成分。谱峰A为轴承外圈一阶径向固有频率，谱峰B与传感器的一阶固有振动有关。 5.3.1 频率窗口的选择 5.3.1 频率窗口的选择 第Ⅱ频段为20～60KHz，轴承元件的固有频率大多数在这个频段内，如图中的谱峰C就是轴承某元件的固有振动。 第Ⅲ频段为大于60KHz频率，这样高的频率已属于声发射范围，例如轴承在运行中由于润滑不良或工作表面胶合时会产生连续的、大量的声发射信号，而剥落和裂纹等缺陷形成时会发射爆发型的声发射信号，如图中的D为缺陷产生的声发射。 某航空滚动轴承的振动频谱 5.3.1 频率窗口的选择 滚动轴承的振动信号在频域上具有如下两个特点： 1、频谱具有宽频带特征，并且随着缺陷的种类、形状、轴承尺寸和转速而变化。 2、由于轴承故障引起的冲击有很大一部分能量集中在高频段（20KHz），因此特别要注意高频成分的变化。 利用冲击脉冲法诊断轴承故障时，滤波器带通频率窗口的选择一般要求远远超过轴的转速频率，以避开轴转速的主要谐波频率和滚动体的通过频率。 对于直接用低频信号接收法诊断时，则要求频率窗口设置得足够低，用以捕捉轴承缺陷间隔频率的前几次谐波信号。 5.3.2 传感器安装位置的选择 传感器安装位置对检测灵敏度的影响 5.3.2 传感器安装位置的选择 信号经过不同传递路径后的变化 （敲击轴承外圈，在轴承座外壳检测信号） (a)轴承座之间只有一个中间界面 (b)经过多个中间界面 (c)传感器的检测位置较远，信号在机壳经过多次反射后叠加而成 5.3.3 故障波形的时域评定指标 1、有效值（均方根值） 制造精度越低，或轴承磨损程度越大，有效值越高。例如，对于正常轴承以及表面发生点蚀的轴承，有效值是很稳定的，不受偶然因素干扰。 对于表现剥落或局部损伤产生的冲击脉冲振动波形，脉冲幅值的大小有效值反映不出来。因为冲击波峰的振幅大而持续时间短。 滚动轴承振动信号的有效值反映了振动的能量大小，当轴承产生异常后，其振动必然增大，因而可以用有效值作为轴承异常的判断指标。 5.3.3 故障波形的评定指标 2、峰值 峰值是指波形中的最大值，峰值大小可用来反映轴承某一局部故障点的冲击力大小。 冲击力越大，峰值越高。因此在检测由裂纹、剥落等原因所造成的冲击性振动，峰值比有效值更能明显地反映出故障状态。 轴承发生剥落时的峰值与有效值比较 5.3.3 故障波形的评定指标 3、峰值系数 峰值系数为峰值对有效值之比。 正常轴承的振动峰值系数约为4～5。 因剥落等局部缺陷引起的振动峰值系数往往超过10。缺陷越大，峰值系数值越高。 峰值系数相对较小时，则反映了轴承润滑不良和磨损等异常情况。 不同故障引起的振动波形 5.3.3 故障波形的评定指标 4、峭度指标 峭度指标对信号中的冲击特征很敏感，正常情况下其值应该在3左右，如果值接近4或超过4，则说明机械的运动状况中存在冲击性振动。 当轴承出现早期故障时，有效值变化不大，但峭度指标值会明显增加，能提供早期的故障预报。 当轴承故障进入晚期，由于剥落斑点充满整个滚道，峭度指标反而下降，对晚期故障不适用。 脉冲波形的峭度 5.3.4 轴承故障的检测技术和诊断方法 5.3.4.1 低频信号接收法 低频信号接收法是将轴承上由传感器检测到的宽带信号直接进行频谱分析，或者信号经过低通滤波，去除高频成分后再作频谱分析，从频谱上观察主要谱峰。如果某一谱峰对应的频率与理论计算轴承元件的间隔频率一致，则表示该元件上存在某种故障。 这种方法对于低频成分能量较大、外来干扰较小的信号，理论上说应该是可行的，但是实际运行中的轴承，因为故障冲击的能量很小，而轴承、齿轮的工艺误差诱发的振动能量比它要大得多，因此，直接利用低频信号接收法得到的谱图往往谱线密集，模糊不清，很难鉴别出故障信号。 5.3.4.1 低频信号接收法 （a）故障轴承 （b）正常轴承 故障轴承与正常轴承的频谱图对比 5.3.4.2 倒频谱分析法 倒频谱分析的有效性示意图 内圈有疲劳损伤（26.35Hz） 滚子有凹坑缺陷（106.35Hz） 5.3.4.3 冲击脉冲法（SPM） 滚动轴承在运转中，如果滚动体接触点进入表面的缺陷区（剥落、裂纹、凹坑或高低不平的粗糙区），就将发生低频冲击，并且以不连续的冲击脉冲波形式传递到轴承座上。 这种冲击脉