滾動(dòng)軸承故障

1、.,BPdM 北京普迪美科技有限公司,狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)維修,滾動(dòng)軸承故障,.,滾動(dòng)軸承故障,現(xiàn)代工業(yè)通用機(jī)械都大量地裝配了滾動(dòng)軸承。一般說(shuō)來(lái)，滾動(dòng)軸承是機(jī)器中最精密的部件。通常，它們的公差都保持在機(jī)器的其余部件的公差的十分之一。但是，由于各種原因，只有10到20的軸承能達(dá)到它們的設(shè)計(jì)壽命。其原因很多包括潤(rùn)滑不當(dāng)、使用錯(cuò)誤的潤(rùn)滑劑、被灰塵和其它外物顆粒污染、不恰當(dāng)?shù)貎?chǔ)存在出廠包裝箱之外、受潮氣腐蝕、出廠運(yùn)輸或待用時(shí)錯(cuò)誤的剝蝕、誤用軸承、軸承安裝不當(dāng)?shù)?，此外滾動(dòng)軸承過(guò)早發(fā)生損壞的主要因素之一是過(guò)大的振動(dòng)和高的動(dòng)載 。,滾動(dòng)軸承組成,.,滾動(dòng)軸承類型,滾動(dòng)軸承的類型,.,滾動(dòng)軸承為什么會(huì)過(guò)早損壞？,滾

2、動(dòng)軸承過(guò)早發(fā)生故障的主要因素之一是過(guò)大的動(dòng)載荷即振動(dòng)。如下為理論計(jì)算滾珠軸承壽命所用的設(shè)計(jì)公式，該公式表明了為什么作用在軸承上的動(dòng)載減少了軸承的壽命：,這個(gè)公式表明，轉(zhuǎn)速愈高，預(yù)期的壽命愈短。重要的是理論的軸承壽命隨軸承承受的的負(fù)載的三次方變化。因此，如果設(shè)計(jì)者只考慮軸承的靜載和如皮帶拉伸等其他部件靜載。則軸承的理論計(jì)算壽命會(huì)大打折扣。,.,縮短滾動(dòng)軸承壽命的因素,舉例說(shuō)明： 今有一根重量為2000磅(908公斤)的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn)/分，在直徑為3英尺（半徑為18英寸）處的轉(zhuǎn)子上存在一個(gè)1盎司(2835克)的不平衡質(zhì)量。僅由此不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心力可以計(jì)算如下：,.,其它縮短滾動(dòng)軸承壽命

3、的因素及解決對(duì)策,如果轉(zhuǎn)子不只是承受不平衡，還承受由于不對(duì)中、松動(dòng)、氣蝕或其它故障引起的動(dòng)載荷。 此外，還有一些影響軸承壽命的因素，包括潤(rùn)滑不當(dāng)、使用錯(cuò)誤的潤(rùn)滑劑、被灰塵和其它污染物污染、不恰當(dāng)?shù)膬?chǔ)存、進(jìn)入潮氣、出廠運(yùn)輸或使用時(shí)嗑碰、刮傷、錯(cuò)用軸承型號(hào)、軸承安裝不當(dāng)?shù)取?最重要的解決對(duì)策是能夠監(jiān)測(cè)滾動(dòng)軸承的狀態(tài)，早期發(fā)現(xiàn)軸承故障，監(jiān)測(cè)跟蹤其發(fā)展趨勢(shì)，并知道何時(shí)需更換軸承； 正確地采集軸承振動(dòng)特征信號(hào)； 分析其振動(dòng)特征信號(hào)完成故障診斷； 還可利用高頻包絡(luò)解調(diào)信號(hào)處理技術(shù)，更有效地監(jiān)測(cè)出軸承故障。 選擇合適的監(jiān)測(cè)參數(shù)如振動(dòng)速度、沖擊脈沖、解調(diào)譜等。,.,軸承故障原因及其解決（一）,過(guò)負(fù)荷 引起過(guò)早

4、疲勞，（包括過(guò)緊配合，布氏硬度凹痕和預(yù)負(fù)荷） 減少負(fù)荷或重新設(shè)計(jì) 過(guò)熱 征兆是滾道，球和保持架變色，從金色變?yōu)樗{(lán)色 溫度超過(guò)400F（204）使?jié)L道和滾動(dòng)體材料退火 硬度降低導(dǎo)致軸承承重降低和早期失效 嚴(yán)重情況下引起變形，另外溫升高會(huì)降低和破壞潤(rùn)滑性能,.,軸承故障原因及其解決（二）,布氏硬度凹痕 當(dāng)負(fù)荷超過(guò)滾道的彈性極限時(shí)產(chǎn)生 滾道上的凹痕增加振動(dòng)（噪聲） 任何靜態(tài)過(guò)負(fù)荷和嚴(yán)重沖擊產(chǎn)生布氏凹痕 偽布式凹痕 在每個(gè)滾珠位置產(chǎn)生的橢圓形磨損凹痕，光滑，有明顯邊界，周圍有磨削 表明嚴(yán)重的外部振動(dòng) 隔振和使用抗摩添加劑,.,軸承故障原因及其解決（三）,正常疲勞失效 疲勞失效指滾道和滾動(dòng)體上發(fā)生碎裂，

5、并隨之產(chǎn)生材料碎片剝落 這種疲勞為逐漸發(fā)生，一旦開(kāi)始則迅速擴(kuò)展，并伴隨明顯的振動(dòng)增加 更換軸承，和設(shè)計(jì)有更長(zhǎng)疲勞壽命的軸承,.,軸承故障原因及其解決（四）,反向載荷 角接觸軸承的設(shè)計(jì)只接受一個(gè)方向的軸向載荷 當(dāng)方向相反時(shí)，外圈的橢圓接觸區(qū)域被削平。 結(jié)果是應(yīng)力增加，溫度升高，并產(chǎn)生振動(dòng)增大和軸承早期失效,.,軸承故障原因及其解決（五）,污染 污染是軸承失效的主要原因之一 污染的征兆是在滾道和滾動(dòng)體表面有點(diǎn)痕，導(dǎo)致振動(dòng)加大和磨損 清潔環(huán)境，工具，規(guī)范操作。新軸承的儲(chǔ)運(yùn)。 潤(rùn)滑油失效 滾道和滾子的變色（藍(lán)、棕）是潤(rùn)滑失效的征兆，隨之產(chǎn)生滾道、滾子和保持架磨損，導(dǎo)致過(guò)熱和嚴(yán)重故障。 滾動(dòng)軸承的正常運(yùn)

6、行取決于各部件間存在良好油膜失效常常由潤(rùn)滑不足和過(guò)熱引起,.,軸承故障原因及其解決（六）,腐蝕 其征兆是在滾道、滾子、保持架或其他位置出現(xiàn)紅棕色區(qū)域 原因是軸承接觸腐蝕性流體和氣體 嚴(yán)重情況下，腐蝕引起軸承早期疲勞失效 除掉腐蝕流體，盡可能使用整體密封軸承,.,軸承故障原因及其解決（七）,不對(duì)中 不對(duì)中的征兆是滾珠在滾道上產(chǎn)生的磨痕與滾道邊緣不平行 如果不對(duì)中超過(guò)0.001in/in，會(huì)產(chǎn)生軸承和軸承座異常溫升，和保持架球磨損 配合松動(dòng) 配合松動(dòng)導(dǎo)致配合部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如果這個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)輕微但不間斷，則產(chǎn)生磨損 這種磨損產(chǎn)生顆粒，并氧化成特殊的棕色。這導(dǎo)致研磨和松動(dòng)加大。 如果松動(dòng)增大到內(nèi)圈或外

7、圈的顯著運(yùn)動(dòng)，安裝表面（孔徑，外徑和側(cè)面）將磨損和發(fā)熱，引起噪聲和晃動(dòng)。,.,Why Do Bearings Fail?,inadequate lubrication- Lubrication- Contamination - Mounting Method Dynamic load - misalignment- imbalance- bent shaft- etc. improper handling or installation age,spall on outer race,.,TIME,典型的軸承壽命周期(To Catastrophic Failure),Detection by

8、Listen and Feel,Detection by Velocity Measurement,Damage Begins,Detection by SKF Enveloped Acceleration,Detection by SEETM or HFD,Bearing Failure,.,軸承故障特征頻率,BPFOBall Pass Frequency Outer Race BPFIBall Pass Frequency Inner Race BSFBall Spin Frequency FTFCage Frequency orFundamental Train Frequency,.,

9、軸承故障頻率的顯示,.,軸承故障發(fā)展的四個(gè)不同階段,Stage 1,Stage 2,Stage 3,Stage 4,no apparent change on typical velocity spectrum,defects harmonic frequencies appear,defects fundamental frequencies also appear and may exhibit sidebands,defects harmonic frequencies develop multiple sidebands (haystack), fundamental freqs. g

10、row and also develop sidebands,defects “fund.” frequency range,defects “harmonic” frequency range,.,High frequency envelopingLooks for high energy, high frequency impact events of very short durationDoes not appear in normal FFT due to short duration and low amplitude nature of these impact events,解

11、調(diào)譜,.,This BPFO problem would not appear in the normal FFT due to its short duration & low amplitude,Each time a ball passes over the crack, it creates a high energy burst of vibration lasting a very short time,Vibration Level,Time,BPFO = Ball Pass Frequency Outer,BPFO,.,Here is a time waveform showi

12、ng a low frequency component, superimposed with high frequency noise from the impact events,.,Apply a high-pass filter that removes the low frequency components,Leaving the burst of high frequency noise,.,.,Envelop around the burst to identify the impact events as repetitions of the same fault,.,The

13、 envelop signal is passed through the FFT process,.,The frequency spectrum clearly presents the BPFO peaks and harmonics,BPFO,.,.,.,.,滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)特征（一）,滾動(dòng)軸承一旦產(chǎn)生故障，可能會(huì)產(chǎn)生四種類型頻率的振動(dòng)。這些頻率振動(dòng)包括： (a)隨機(jī)的超聲頻率； (b)軸承零部件的自振頻率； (c)軸承故障特征頻率； (d)軸承故障的和頻及差頻。 它們的含義： 隨機(jī)的超聲頻率振動(dòng) 滾動(dòng)軸承初始故障時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，從滾動(dòng)軸承安裝在設(shè)備上直到它們剛發(fā)生故障之前，發(fā)生的頻率

14、范圍從約5000Hz到60000Hz超聲頻率范圍。包括振動(dòng)尖峰能量(SpikeEneey)，高頻加速度(HFD)，沖擊脈沖(ShockPules)及其他。通常，它們是以總量值評(píng)定軸承的狀態(tài)。然而，其頻譜數(shù)據(jù)信息更有份量。下圖給出了滾動(dòng)軸承振動(dòng)尖峰能量(SpikeEnegy)報(bào)警值。,.,滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)特征（二）,.,滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)特征（三）,軸承零部件的自振頻率 滾動(dòng)軸承安裝在機(jī)器上時(shí)的自振頻率范圍在約為500到2000Hz之間。很重要的一點(diǎn)是，滾動(dòng)軸承的自振頻率與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，無(wú)論軸的轉(zhuǎn)速高低它都處在一個(gè)相同的頻率位置。 軸承故障特征頻率 滾動(dòng)軸承故障特征頻率就是滾動(dòng)軸承故障時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)

15、頻率。,BPFO 外圈故障特征頻率 BPFI 內(nèi)圈故障特征頻率 BSF 滾動(dòng)體故障特征頻率 FTF 保持架故障特征頻率,.,滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)特征（四）,軸承故障特征頻率有如下特點(diǎn)： 軸承的故障頻率與其他故障頻率不同 ； 軸承故障頻率是轉(zhuǎn)速頻率的非整數(shù)倍 ； 內(nèi)外環(huán)故障頻率的和頻=“軸承滾動(dòng)體通過(guò)頻率” （滾動(dòng)體個(gè)數(shù)RPM） 軸承內(nèi)環(huán)故障頻率往往伴有1 X轉(zhuǎn)速頻率的邊帶 ；,.,滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)特征（五）,軸承故障特征頻率有如下特點(diǎn)： 軸承外環(huán)故障頻率的幅值高于軸承內(nèi)環(huán)故障頻率的幅值； 軸承故障一般在發(fā)展到滾動(dòng)體和保持架出現(xiàn)故障之前首先出現(xiàn)的是內(nèi)環(huán)或外環(huán)故障頻率； 軸承保持架故障頻率通常不是

16、以其基頻出現(xiàn) ； 當(dāng)滾動(dòng)體本身出現(xiàn)故障時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生不僅滾動(dòng)體故障頻率(BSF)，還有保持架故障頻率(FTF)； 軸承保持架斷裂時(shí)，可能出現(xiàn)滾動(dòng)體旋轉(zhuǎn)故障頻率 ； 一個(gè)以上滾動(dòng)體有故障時(shí)，將產(chǎn)生等于有故障的滾動(dòng)體數(shù)目滾動(dòng)體故障特征頻率的頻率。換言之，如果存在五個(gè)滾珠或滾柱上有故障，往往將出現(xiàn)5滾動(dòng)體故障頻率的頻率。 軸承故障頻率允許的振動(dòng)幅值，不能給出絕對(duì)的答復(fù)。它不僅與安裝滾動(dòng)軸承的具體機(jī)器、轉(zhuǎn)速有關(guān)，還與軸承故障頻率傳遞的通路有很大關(guān)系。 尋找指示明顯的軸承損壞的最重要的標(biāo)志就是存在軸承故障頻率的諧波頻率，尤其是如果這些頻率伴有1轉(zhuǎn)速頻率或軸承其它故障頻率邊帶的話，則應(yīng)盡快更換該軸承。,.

17、,滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)特征（六）,12. 評(píng)定的低速機(jī)器的軸承狀態(tài): 在評(píng)定尤其是低于100轉(zhuǎn)分轉(zhuǎn)速的機(jī)器的軸承狀態(tài)時(shí)，極力推薦采集時(shí)域波形和 (FFT)頻譜兩者。往往當(dāng)轉(zhuǎn)速降到這些值以下時(shí)，滾動(dòng)體滾動(dòng)通過(guò)軸承內(nèi)外環(huán)上缺陷時(shí)發(fā)生的脈沖沒(méi)有足夠能量產(chǎn)生清楚的，可以檢測(cè)出來(lái)的FFT譜中的頻率，但是在時(shí)域波形中仍然可能清楚的看出來(lái)。,.,滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)特征（七）,13.為了有效地檢測(cè)軸承的故障頻率，應(yīng)該把振動(dòng)傳感器置于盡可能靠近軸承的承載區(qū)，尤其是該軸承僅支承徑向負(fù)載時(shí)，這是很重要的。 14.不合適的軸承負(fù)載和安裝問(wèn)題 若軸承負(fù)載不合適或安裝不恰當(dāng)，例如，安裝新軸承時(shí)，如果軸承與軸承座過(guò)盈配合過(guò)緊

18、，使軸承“咔入”軸承座中，導(dǎo)致軸承內(nèi)部間隙發(fā)生變化，使?jié)L動(dòng)體強(qiáng)制被壓向軸承的內(nèi)外環(huán)，出現(xiàn)這種情況，軸承在起動(dòng)時(shí)立即產(chǎn)生軸承外環(huán)和內(nèi)環(huán)的故障頻率。 由于安裝不當(dāng)，對(duì)軸承施加了不適當(dāng)?shù)呢?fù)荷或過(guò)大負(fù)荷。雖然，可能尚未發(fā)生實(shí)際損壞，但是，如果檢測(cè)不出這種故障問(wèn)題并采取措施修正，則該軸承將在其預(yù)定壽命之前很早就損壞。 15. 軸承潤(rùn)滑不良產(chǎn)生的頻率 潤(rùn)滑不良的軸承產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)的特征是在900到1600Hz的頻率范圍內(nèi)，有3或4個(gè)尖峰“。這些尖峰之間的差頻在80到130Hz。潤(rùn)滑良好的軸承的某些特征信號(hào)可能也包括這些頻率分量，然而，它們的幅值非常小，約為1.27毫米/秒或更小。當(dāng)潤(rùn)滑不良時(shí)，該信號(hào)的幅值

19、增大到 2.54到5.08毫米秒。,.,典型的軸承故障發(fā)展過(guò)程（一）,.,典型的軸承故障發(fā)展過(guò)程（二）,軸承故障發(fā)展不是按線性規(guī)律惡化過(guò)程，而是按指數(shù)規(guī)律變化,.,典型的軸承故障發(fā)展過(guò)程（三）,軸承故障發(fā)展的階段 a初始階段(第一階段) 1噪聲正常 2溫度正常 3可以用超聲，振動(dòng)尖峰能量，聲發(fā)射測(cè)量出來(lái)，軸外 環(huán)有缺陷 4振動(dòng)總量比較小，無(wú)離散的軸承故障頻率尖峰 5剩余壽命大于10 b.第二階段 1噪聲略增大 2溫度正常 3超聲，聲發(fā)射，振動(dòng)尖峰能量有大的增加，軸承外環(huán)有缺陷， 4振動(dòng)總量略增大(振動(dòng)加速度總量和振動(dòng)速度總量) 5對(duì)數(shù)刻度頻譜上可清楚看到軸承故障頻率，在線性刻度頻譜上難 得看到

20、，噪聲地平明顯提高 6.剩余壽命5,.,典型的軸承故障發(fā)展過(guò)程（四）,c第三階段 1可聽(tīng)到噪聲 2溫度略升高 3非常高的超聲，聲發(fā)射，振動(dòng)尖峰能量，軸承外環(huán)有故障 4振動(dòng)加速度總量和振動(dòng)速度總量有大的增加 5在線性刻度的頻譜上清楚地看出軸承故障頻率及其諧波和邊帶 6振動(dòng)頻譜噪聲地平明顯提高 7剩余壽命小于1 d第四階段 1噪聲的強(qiáng)度改變 2溫度明顯升高 3超聲，聲發(fā)射。振動(dòng)尖峰能量迅速增大，隨后逐漸減小，軸承外環(huán)處 在損壞之前故障狀態(tài) 4振動(dòng)速度總量和振動(dòng)位移總量明顯增大，振動(dòng)加速度總量減小 5較低的軸承故障頻率占優(yōu)勢(shì)的振動(dòng)尖峰，振動(dòng)頻譜中噪聲地平非常 高、剩余壽命小于0.2,.,滾動(dòng)軸承故障

21、發(fā)展的四個(gè)階段,Stage 1,Stage 2,Stage 3,Stage 4,no apparent change on typical velocity spectrum,defects harmonic frequencies appear,defects fundamental frequencies also appear and may exhibit sidebands,defects harmonic frequencies develop multiple sidebands (haystack), fundamental freqs. grow and also devel

22、op sidebands,defects “fund.” frequency range,defects “harmonic” frequency range,.,解調(diào)頻譜作為一個(gè)早期指示故障的測(cè)量參數(shù) 檢查正常頻譜和解調(diào)頻譜： 都沒(méi)有故障頻率，狀態(tài)良好，作為基線繼續(xù)監(jiān)測(cè) 只在解調(diào)頻譜存在故障頻率，早期故障指示，或需要潤(rùn)滑 在兩種頻譜中都存在譜峰值，計(jì)劃下一次維修更換軸承 只在正常頻譜中存在峰值，同時(shí)在解調(diào)頻譜中噪聲水平升高，立即更換,解調(diào)分析原理,.,球/滾動(dòng)體撞擊缺陷產(chǎn)生 “沖擊波”. 軸承 “像一個(gè)鈡響” (共鳴).,解調(diào)頻譜,解調(diào)頻譜的測(cè)量,.,軸承外圈有缺陷時(shí)，在解調(diào)頻譜上可見(jiàn)軸承外

23、圈缺陷頻率BPFO及其高次諧波，如果外圈轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承，可能出現(xiàn)其轉(zhuǎn)速頻率的邊頻。,軸承外圈故障的解調(diào)頻譜特點(diǎn),軸承外圈缺陷,軸承外圈缺陷解調(diào)譜,.,軸承內(nèi)圈有缺陷時(shí)，在解調(diào)頻譜上可見(jiàn)軸承內(nèi)圈缺陷頻率BPFI及其高次諧波，對(duì)內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承，可能出現(xiàn)其轉(zhuǎn)速頻率的邊頻。,軸承內(nèi)圈故障的解調(diào)頻譜特點(diǎn),軸承內(nèi)圈缺陷,軸承內(nèi)圈缺陷解調(diào)譜,.,軸承滾動(dòng)體有缺陷時(shí)，在解調(diào)頻譜上可見(jiàn)軸承滾動(dòng)體缺陷頻率BSF及其高次諧波，以及出現(xiàn)轉(zhuǎn)速頻率的邊頻；此外，由于滾動(dòng)體對(duì)外圈的碰撞強(qiáng)于對(duì)內(nèi)圈的碰撞，在解調(diào)譜上還會(huì)存在BSF的半諧波。,軸承滾動(dòng)體故障的解調(diào)頻譜特點(diǎn),軸承滾動(dòng)體缺陷,軸承滾動(dòng)體缺陷解調(diào)譜,.,軸承保持架有缺陷時(shí)

24、，在解調(diào)頻譜上可見(jiàn)軸承保持架缺陷頻率FIF及其高次諧波；此外，由于軸承潤(rùn)滑不良也會(huì)引起保持架與滾動(dòng)體的直接接觸而出現(xiàn)保持架缺陷頻率。,軸承保持架故障的解調(diào)頻譜特點(diǎn),軸承保持架缺陷,軸承保持架缺陷解調(diào)譜,.,軸承內(nèi)圈故障的解調(diào)頻譜舉例,.,解調(diào)譜與頻譜,振動(dòng)解調(diào)可以在滾動(dòng)軸承故障發(fā)展的初始階段檢測(cè)到故障信息，并且可跟蹤軸承故障發(fā)展，在第二，三和第四階段中以不同的信息反映軸承不同的故障狀態(tài)。 同時(shí)采用振動(dòng)速度或振動(dòng)加速度檢測(cè)常規(guī)振動(dòng)頻譜可以在滾動(dòng)軸 承故障發(fā)展的第三階段有效地檢測(cè)到軸承的故障頻率(內(nèi)環(huán)故障BPFI，外環(huán)故障BPFO，滾動(dòng)體故障BSF和保持架故障FTF)等。 振動(dòng)解調(diào)和振動(dòng)速度或振動(dòng)

25、加速度相結(jié)合可以有效地早期檢測(cè)滾動(dòng)軸承的故障。,.,用振動(dòng)解調(diào)譜檢測(cè)出第一階段軸承故障,.,用振動(dòng)頻譜沒(méi)有檢測(cè)出第一階段軸承故障,.,滾動(dòng)軸承故障頻率計(jì)算(1),保持架故障頻率： FTF=(1/2)No1+（d/D）Cos +Ni 1-（d/D）Cos 滾動(dòng)體旋轉(zhuǎn)故障頻率： BSF=(1/2)(D/d) |No-Ni| 1-(d/D)Cos 外環(huán)故障頻率： BPFO=(1/2)n |No-Ni| 1-(d/D)Cos 內(nèi)環(huán)故障頻率： BPFI=(1/2)n |Ni- No| 1+(d/D)Cos 上述公式中的符號(hào)： d=滾動(dòng)體直徑； D=滾動(dòng)軸承平均直徑(滾動(dòng)體中心處直徑)； =徑向方向接觸角

26、； n=滾動(dòng)體數(shù)目； No=軸承外環(huán)角速度； Ni=軸承內(nèi)環(huán)角速度(=軸轉(zhuǎn)速). 注：1.滾動(dòng)軸承沒(méi)有滑動(dòng)；2.滾動(dòng)軸承幾何尺寸沒(méi)有變化；3.軸承外環(huán)和軸承內(nèi)環(huán)都旋轉(zhuǎn).,.,滾動(dòng)軸承故障頻率計(jì)算(2),滾動(dòng)軸承保持架故障頻率： FTF=(N/2)1-（d/D）Cos 滾動(dòng)軸承滾動(dòng)體旋轉(zhuǎn)故障頻率： BSF=(N/2)(D/d)1-(d/D)Cos 滾動(dòng)軸承外環(huán)故障頻率： BPFO=(N/2)n1-(d/D)Cos 滾動(dòng)軸承內(nèi)環(huán)故障頻率： BPFI=(N/2)n1+(d/D)Cos 以上符號(hào)： d=滾動(dòng)體直徑； D=滾動(dòng)軸承平均直徑(滾動(dòng)體中心處直徑)； =徑向方向接觸角； n=滾動(dòng)體數(shù)目； N=

27、軸的轉(zhuǎn)速。 注：1.滾動(dòng)軸承沒(méi)有滑動(dòng)；2.滾動(dòng)軸承幾何尺寸沒(méi)有變化；3.軸承外環(huán)固定不旋轉(zhuǎn).,.,滾動(dòng)軸承故障頻率計(jì)算(3)-經(jīng)驗(yàn)公式,外環(huán)故障頻率： BPFOr0.4Nn 內(nèi)環(huán)故障頻率： BPFIr0.6Nn 保持架故障頻率： FTFr0.4N 以上符號(hào)： n=滾動(dòng)體數(shù)目； N=軸的轉(zhuǎn)速。 注：1.滾動(dòng)軸承沒(méi)有滑動(dòng)；2.滾動(dòng)軸承幾何尺寸沒(méi)有變化； 3.軸承外環(huán)固定不旋轉(zhuǎn).,.,滾動(dòng)軸承故障頻率計(jì)算(4)-估算公式,外環(huán)故障頻率： BPFOeN(0.5n-1.2) 內(nèi)環(huán)故障頻率： BPFIeN(0.5n+1.2) 滾動(dòng)體故障頻率： BSFeN(0.2n-1.2/n) 保持架故障頻率： FTFe

28、N(0.5-1.2/n) 以上符號(hào)： n=滾動(dòng)體數(shù)目； N=軸的轉(zhuǎn)速。 注：1.滾動(dòng)軸承沒(méi)有滑動(dòng)；2.滾動(dòng)軸承幾何尺寸沒(méi)有變化；3.軸承外環(huán)固定不旋轉(zhuǎn).,.,診斷滾動(dòng)軸承故障的其它注意事項(xiàng),軸承的工作表現(xiàn) 角接觸軸承，應(yīng)該在整個(gè)軸承的兩個(gè)滾道上有一個(gè)均勻的推力載荷，在這種情況下，如果軸承產(chǎn)生問(wèn)題，將產(chǎn)生一系列球通過(guò)頻率的諧頻，所產(chǎn)生的諧頻數(shù)量是與兩個(gè)滾道的負(fù)載區(qū)長(zhǎng)度有關(guān)。 對(duì)深溝球軸承，在大約三分之一的周長(zhǎng)內(nèi)，承受的是徑向負(fù)荷，在這種情況下，如果軸承出現(xiàn)了一個(gè)缺陷，會(huì)在負(fù)載區(qū)產(chǎn)生單一的球通過(guò)頻率，如果出現(xiàn)兩個(gè)缺陷，就會(huì)產(chǎn)生2的軸承球通過(guò)頻率的諧頻。如果負(fù)荷是來(lái)自轉(zhuǎn)子，如動(dòng)不平衡，疲勞后在軸承的

29、內(nèi)圈滾道上就會(huì)有一個(gè)缺陷產(chǎn)生（內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，外圈固定），這是的負(fù)載區(qū)總是處在軸承內(nèi)圈的一個(gè)點(diǎn)上。如果負(fù)載是來(lái)自轉(zhuǎn)子的外部，如拉得過(guò)緊的皮帶等，那么軸承疲勞后所產(chǎn)生的缺陷會(huì)是在軸承的外圈的負(fù)載區(qū)上，這是因?yàn)樨?fù)載區(qū)總是在外圈的固定位置。,當(dāng)軸承缺陷產(chǎn)生以后，它會(huì)逐漸擴(kuò)大，并且軸承故障頻帶帶寬也會(huì)越 來(lái)越寬，軸承特征頻率也會(huì)逐漸被機(jī)器的轉(zhuǎn)頻所調(diào)制，軸承特征頻率及其加 減轉(zhuǎn)頻也會(huì)出現(xiàn)在頻譜圖上，調(diào)制過(guò)程一直存在，直到特征頻率消失，然后 頻譜圖變成一系列譜線，其差值為機(jī)器的轉(zhuǎn)頻，當(dāng)出現(xiàn)這種現(xiàn)象時(shí)，軸承缺 陷已經(jīng)發(fā)展到比較嚴(yán)重的地步。,.,診斷滾動(dòng)軸承故障的其它注意事項(xiàng),只有當(dāng)軸承內(nèi)圈上缺陷位于軸承的承載區(qū)時(shí)

30、，軸承內(nèi)圈的故障特征頻率BPFI，才能生產(chǎn)出來(lái)。 外圈滾道 頻譜圖5-6是從到電機(jī)的驅(qū)動(dòng)端徑向方向測(cè)量得到的，軸承型號(hào)為NU319，為圓柱滾子軸承，有14個(gè)滾子來(lái)自不同生廠家的軸承可能會(huì)有不同的滾動(dòng)體個(gè)數(shù)，所以這要引起注意。電機(jī)的轉(zhuǎn)速是29.6Hz，經(jīng)計(jì)算： BPFO170.67Hz,.,診斷滾動(dòng)軸承故障的其它注意事項(xiàng),對(duì)于圖5-6有幾點(diǎn)需要注意： 軸承保持架的特征頻率12.5Hz，及其二，三次諧頻存在，這說(shuō)明軸承存在松動(dòng)問(wèn)題。 圖中可見(jiàn)機(jī)器的轉(zhuǎn)頻，可認(rèn)為有殘余不平衡，過(guò)載，和松動(dòng)問(wèn)題的存在。 170Hz的譜線就是所測(cè)量的BPFO，140Hz的振動(dòng)成分是BPFO和電機(jī)轉(zhuǎn)頻之差即170-3014

31、0Hz，這個(gè)邊頻成份說(shuō)明軸承外圈上的缺陷較大以至轉(zhuǎn)軸與軸承間產(chǎn)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 340Hz的譜線是BPFO的二倍諧頻，它是由于缺陷的凹痕碎片引起，與缺陷大小無(wú)關(guān)。 852.5Hz是5BPFO，同樣是由于缺陷的凹痕碎片引起。 具有0.4IPS幅值的BPFO譜線，通常說(shuō)明是在軸承外圈產(chǎn)生了缺陷所 引起，這是因?yàn)椋?缺陷是處在負(fù)荷區(qū)。 從軸承外圈到軸承座，信號(hào)傳輸經(jīng)過(guò)的路徑較短。 引起軸承外圈缺陷的原因是外界對(duì)轉(zhuǎn)軸存在有做用力，在這個(gè)例子中是皮帶太緊。,.,診斷滾動(dòng)軸承故障的其它注意事項(xiàng),圖5-7是產(chǎn)生圖5-6頻譜圖的軸承外圈缺陷照片。,.,診斷滾動(dòng)軸承故障的其它注意事項(xiàng),軸承內(nèi)圈滾道 頻譜圖5-8是

32、一個(gè)具有內(nèi)圈缺陷的6313軸承上測(cè)得的，這個(gè)軸承是安裝在一 臺(tái)300HP的電機(jī)的非負(fù)荷端，電機(jī)的轉(zhuǎn)頻為19.6Hz，軸承的BPFI計(jì)算值 為：96.6Hz，從頻譜圖5-8可以看出：,低幅值的19.5Hz譜線及其諧頻，說(shuō)明了松動(dòng)問(wèn)題的存在。 96Hz的譜線是軸承的BPFI，它沒(méi)有被軸轉(zhuǎn)頻所調(diào)制，這說(shuō)明缺陷點(diǎn)還較小。 193Hz譜線是BPFI的二倍諧頻，是由于缺陷的凹痕碎片引起。,.,診斷滾動(dòng)軸承故障的其它注意事項(xiàng),軸承內(nèi)圈滾道 圖5-9這個(gè)軸承內(nèi)圈的缺陷的照片，這個(gè)軸承已經(jīng)使用了10多年，壽命到了。請(qǐng)注意這只是一個(gè)淺的剝落缺陷。,.,診斷滾動(dòng)軸承故障的其它注意事項(xiàng),當(dāng)在軸承內(nèi)圈上的缺陷很小時(shí)，如

33、內(nèi)圈上的裂紋或小的剝落，這時(shí)的內(nèi)圈 故障頻率不一定能出現(xiàn)，因?yàn)楫a(chǎn)生內(nèi)圈的故障頻率至少得有兩個(gè)以上滾動(dòng)體撞 擊缺陷。否則在轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周時(shí)不僅產(chǎn)生內(nèi)圈的故障頻率，也會(huì)產(chǎn)生脈沖做 用，由此會(huì)激發(fā)起自振頻率。經(jīng)過(guò)付氏分析這個(gè)脈沖信號(hào)會(huì)產(chǎn)生一系列的轉(zhuǎn)頻 的諧頻譜線，這些譜線的頻率差就是軸的轉(zhuǎn)頻，在這種情況下，內(nèi)圈的故障頻 率可能不會(huì)出現(xiàn)。 圖5-10是從轉(zhuǎn)速為120rpm的22338軸承上測(cè)量得到的時(shí)間波形和頻譜 圖，經(jīng)計(jì)算其BPFI為17.6Hz，這個(gè)軸承的內(nèi)圈上已經(jīng)產(chǎn)生了裂紋。,由圖5-10可見(jiàn)，軸每轉(zhuǎn)一周，就產(chǎn)生一個(gè)脈沖，而B(niǎo)PFI在頻譜圖上確沒(méi)有出現(xiàn)，這就是說(shuō)明，在每轉(zhuǎn)中至少有一個(gè)以上的滾動(dòng)體

34、撞擊缺陷時(shí)，才能產(chǎn)生出BPFI譜線出來(lái)。,.,診斷滾動(dòng)軸承故障的其它注意事項(xiàng),圖5-11是一具有內(nèi)圈裂紋的軸承時(shí)間波形和頻譜圖，軸承型號(hào)是23260CA，具有 18個(gè)球的球型滾子軸承。轉(zhuǎn)頻是0.62Hz，BPFO是4.795Hz，BPFI是6.365Hz。,首先我們看時(shí)間波形，可以看到大約有8秒的時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間段中測(cè)量得到5組脈沖，在每組脈之間的時(shí)間間隔為1.613秒，這個(gè)是內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周的時(shí)間，在每組脈沖中，每個(gè)脈沖間的時(shí)間為157ms，這個(gè)就是每個(gè)滾動(dòng)體撞擊裂紋的時(shí)間周期。從左到右依次觀察第一，第四和第五組脈沖，可以看到當(dāng)裂紋通過(guò)負(fù)載區(qū)時(shí)有三個(gè)個(gè)滾動(dòng)體撞擊裂紋，我們可以從每組脈沖中含有三個(gè)

35、脈沖得到證實(shí)，當(dāng)內(nèi)圈上的裂紋進(jìn)入負(fù)載區(qū)后，有多少個(gè)滾動(dòng)體撞擊裂紋取決于：,.,診斷滾動(dòng)軸承故障的其它注意事項(xiàng),1.當(dāng)裂紋剛進(jìn)入負(fù)載區(qū)時(shí)，是否與滾動(dòng)體相撞，或裂紋是否是在兩滾動(dòng)體之間 進(jìn)入到負(fù)載區(qū)。 2.負(fù)載區(qū)的長(zhǎng)度。 3.當(dāng)滾動(dòng)體與裂紋相撞后發(fā)生了什么，裂紋張開(kāi)了嗎？張開(kāi)多少？還是裂紋仍 然是閉合的。 經(jīng)過(guò)付氏變換生成頻譜圖，有如下要點(diǎn)： 不存在BPFI基頻成分，這是有脈沖產(chǎn)生時(shí)的特性。 有六個(gè)BPFI的諧頻出現(xiàn)，這些諧頻都被軸轉(zhuǎn)頻所調(diào)制。 這些BPFI諧頻的幅值都較低，大約為0.002IPS。 在上面2和3提到的寬帶譜線和低幅值是具有良好脈沖阻尼的特點(diǎn)，與缺陷大小無(wú)關(guān)。 在時(shí)間波形圖中脈沖信

36、號(hào)的幅值大約是0.05IPS，而在頻譜圖中的通頻有效值幅只有0.008IPS，相差6倍多，這是因?yàn)樵诿}沖信號(hào)中含有很少的能量。 這個(gè)說(shuō)明在某些場(chǎng)合，嚴(yán)重的問(wèn)題光測(cè)量幅值和做通頻幅值趨勢(shì)是不能識(shí)別出來(lái)的。 在問(wèn)題的診斷中要設(shè)置報(bào)警 在每個(gè)問(wèn)題中如果不使用時(shí)間波形，有些嚴(yán)重的問(wèn)題可能會(huì)被忽視。,.,診斷滾動(dòng)軸承故障的其它注意事項(xiàng),外圈和內(nèi)圈滾道缺陷幅值比較 當(dāng)軸承內(nèi)外圈上的缺陷一樣大時(shí)，其振動(dòng)幅值是大不相同的。原因是： 1、傳輸路徑不同，當(dāng)軸承的滾動(dòng)體撞擊外圈上的缺陷時(shí)，其引起的振動(dòng)信號(hào)必須傳輸通過(guò)軸承的外圈，外圈和軸承座間的界面，軸承座以及軸承座與振動(dòng)傳感器間的界面，然后才能通過(guò)傳感器將振動(dòng)信號(hào)

37、轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。而當(dāng)軸承缺陷是是內(nèi)圈上時(shí)，振動(dòng)信號(hào)必須傳輸通過(guò)的路徑為滾動(dòng)體與軸承內(nèi)圈間的油膜，滾動(dòng)體，滾動(dòng)體與外圈間的油膜，外圈，外圈與軸承座間的界面，軸承座，軸承座與振動(dòng)傳感器間的界面，然后才能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。結(jié)果是軸承內(nèi)圈缺陷引起振動(dòng)的幅值會(huì)比軸承外圈缺陷引起的振動(dòng)的幅值大大削弱。,.,診斷滾動(dòng)軸承故障的其它注意事項(xiàng),外圈和內(nèi)圈滾道缺陷幅值比較 2、承載區(qū)不同，當(dāng)軸承外圈上有一個(gè)缺陷時(shí)，它總是處在軸承的負(fù)載區(qū)中，所以BPFO總能被激發(fā)出來(lái)，所以軸承外圈缺陷的振動(dòng)幅值相當(dāng)高，一般超過(guò)0.5IPS。當(dāng)軸承內(nèi)圈上有個(gè)缺陷時(shí)，這個(gè)缺陷只能是隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)一周時(shí)通過(guò)一次負(fù)載區(qū)，當(dāng)缺陷離開(kāi)負(fù)載區(qū)時(shí)，BPFI

38、的幅值就會(huì)很小，對(duì)球型滾子軸承和類似的軸承，當(dāng)缺陷不在負(fù)載區(qū)時(shí)，幾乎沒(méi)有BPFI產(chǎn)生，所以只有當(dāng)轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，軸承內(nèi)圈的缺陷才能通過(guò)一次負(fù)載區(qū)而產(chǎn)生BPFI，經(jīng)過(guò)付氏變換后產(chǎn)生幅值較低的BPFI及其諧頻，并且被轉(zhuǎn)頻所調(diào)制。,.,診斷滾動(dòng)軸承故障的其它注意事項(xiàng),滾動(dòng)體故障頻率 當(dāng)軸承上有一個(gè)滾子產(chǎn)生了缺陷，如果這個(gè)滾子或球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其上的缺陷可以分別撞擊到軸承的內(nèi)圈和外圈，那么就可以產(chǎn)生兩倍的BSF振動(dòng)成分，在頻譜圖上可以看到2BSF譜線，這個(gè)振動(dòng)信號(hào)通常要傳輸通過(guò)較多的界面，在某些情況下不能測(cè)量得到。在滾動(dòng)體上的缺陷也會(huì)撞擊保持架，引起產(chǎn)生保持架的振動(dòng)頻率成分，這個(gè)由于球或滾子上的缺陷引起的

39、保持架的振動(dòng)成分很少是單獨(dú)存在的，通常它是以調(diào)制其它振動(dòng)成分存在，如調(diào)制軸承內(nèi)外圈的特征頻率，機(jī)器的轉(zhuǎn)頻等。如果有保持架的強(qiáng)烈調(diào)制及和寬頻帶的噪聲存在，通常就說(shuō)明有若干個(gè)球或滾子存在了缺陷。圖5-12就是一個(gè)有三個(gè)球存在缺陷的軸承振動(dòng)頻譜圖。,.,診斷滾動(dòng)軸承故障的其它注意事項(xiàng),在上圖中，保持架的特征頻率大約為11.4Hz，如果在這個(gè)軸承上存在BPFO或BPFI，那么FTF就會(huì)調(diào)制這些頻率成分，在較嚴(yán)重的情形下，如圖5-12就是這樣，F(xiàn)TF會(huì)激發(fā)起一個(gè)或多個(gè)自振頻率。當(dāng)有自振產(chǎn)生時(shí)，自振頻率會(huì)被激振頻率所調(diào)制，在本例中激振頻率就是FTF，在243Hz周圍的頻帶就是被激發(fā)起來(lái)的自振頻率，在頻帶上

40、的譜線間的頻率差等于FTF，,.,診斷滾動(dòng)軸承故障的其它注意事項(xiàng),圖5-14是一個(gè)軸承其中一個(gè)球有了缺陷，所產(chǎn)生的振動(dòng)時(shí)間波形圖和頻譜圖。在頻譜圖中，有幾組譜線簇，在每條譜線之間的頻率差是2.5Hz，這個(gè)是保持架頻率FTF，在每個(gè)譜線簇之間的頻率差是32.5Hz，這是頻率是兩倍的BSF，在時(shí)間波形中對(duì)理解這個(gè)振動(dòng)的產(chǎn)生更有幫助。,.,診斷滾動(dòng)軸承故障的其它注意事項(xiàng),在時(shí)間波形中，有兩組脈沖信號(hào)，在每組脈沖信號(hào)之間的時(shí)間差是404.8ms，對(duì)應(yīng)于2.47Hz，這個(gè)時(shí)間是保持架旋轉(zhuǎn)一周所用的時(shí)間，或者為保持架頻率（FTF），在每個(gè)脈沖之間的時(shí)間差為30.4ms或32.5Hz，這個(gè)就是二倍的球自轉(zhuǎn)頻

41、率（BSF），在每個(gè)脈沖中的每個(gè)循環(huán)之間的時(shí)間差大約為5至6個(gè)毫秒，是激發(fā)起來(lái)的195Hz和165Hz的自振頻率。 圖5-14可以得到如下幾個(gè)結(jié)論，首先，這個(gè)軸承可能有一個(gè)輥?zhàn)右呀?jīng)有了缺陷，當(dāng)這個(gè)輥?zhàn)硬辉谪?fù)載區(qū)時(shí)，這個(gè)輥?zhàn)拥娜毕輿](méi)有撞擊內(nèi)外圈滾道，然而當(dāng)這個(gè)輥?zhàn)舆M(jìn)入負(fù)載區(qū)后，這個(gè)缺陷就會(huì)分別與內(nèi)外圈滾道相撞，當(dāng)這個(gè)有缺陷的輥?zhàn)与x開(kāi)負(fù)載區(qū)后，就不會(huì)再與內(nèi)外圈滾道相撞，直到這個(gè)輥?zhàn)釉俅芜M(jìn)入負(fù)載區(qū)，這個(gè)周期就是保持架每一轉(zhuǎn)的時(shí)間。,.,診斷滾動(dòng)軸承故障的其它注意事項(xiàng),軸承上多個(gè)缺陷問(wèn)題 在有缺陷的滾動(dòng)軸承中，所產(chǎn)生的譜線頻率可以進(jìn)行相加或相減，這種現(xiàn)象是經(jīng)常發(fā)生的，一些有缺陷的軸承所產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)，

42、并不總是軸承的基本故障特征頻率BPFO,BPFI,BSF 或FTF。見(jiàn)圖5-16，圖中的譜線是等于軸承缺陷所引起的軸承基本特征頻率的和或差值，學(xué)會(huì)識(shí)別頻譜圖中每個(gè)峰值的構(gòu)成將揭示出軸承中的每個(gè)缺陷。,.,軸承上多個(gè)缺陷問(wèn)題,單一的軸承缺陷，可以通過(guò)它所產(chǎn)生的頻率成分識(shí)別出來(lái)，當(dāng)軸承同時(shí)有多個(gè)缺陷時(shí)，其識(shí)別還是通過(guò)基本的軸承故障特征頻率，但在頻譜圖上多半是以軸承故障特征頻率的和或差頻存在。 分析復(fù)雜的頻譜是比較我困難的，首先是識(shí)別任何基本的軸承故障特征頻率，然后，識(shí)別基本軸承故障特征頻率的諧頻1，2等，最后，對(duì)任何遺留的頻率峰值，用已經(jīng)識(shí)別出來(lái)的軸承故障特征頻率的加減組合進(jìn)行識(shí)別。 在圖5-16

43、中的頻譜圖中，軸承型號(hào)為6313球軸承，這個(gè)軸承呈受軸向載荷，具有至少15的接觸角，是安裝在一臺(tái)300HP的電機(jī)上，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為29.6Hz，在正常情況下，會(huì)有如下頻率成分產(chǎn)生：BPFO=91.43 ,BPFI=145.37, FTF=11.43, 2BSF=123.25，然而由于這個(gè)軸承有15的接觸角，經(jīng)計(jì)算得到：BPFO=92.35 ,BPFI=144.45, FTF=11.54, 2BSF=123.67。,.,軸承上多個(gè)缺陷問(wèn)題,被轉(zhuǎn)頻29.6Hz調(diào)制的865Hz譜線，是6144.2Hz，這個(gè)軸承有13個(gè)滾動(dòng)體，因?yàn)槠诋a(chǎn)生缺陷，它是呈受推力負(fù)荷，在內(nèi)圈滾道上整周分布著缺陷，所以產(chǎn)生了有

44、六個(gè)球通過(guò)軸承內(nèi)圈缺陷的頻率。所以865Hz說(shuō)明，軸承是處在推力負(fù)荷下，在內(nèi)圈整周都有缺陷存在。 720Hz的譜線，是5BPFI，具有很大的能量并被轉(zhuǎn)頻29.6Hz所調(diào)制，說(shuō)明缺陷是很嚴(yán)重的。 譜線260Hz是2BPFI減去轉(zhuǎn)頻（2144.2Hz29.6Hz258.8Hz），譜線115Hz是BPFI減去轉(zhuǎn)頻（144.2Hz29.6Hz114.6Hz），最后一條30Hz的譜線就是轉(zhuǎn)頻。 這個(gè)軸承為什么能夠損壞，正常安裝的電機(jī)軸承，在軸上需要過(guò)盈配合，在軸承室需要滑動(dòng)配合，要有足夠的軸向間隙，允許電機(jī)轉(zhuǎn)子可自動(dòng)調(diào)整到磁力中心處，同時(shí)允許轉(zhuǎn)子熱脹冷縮的需要。這臺(tái)電機(jī)沒(méi)有軸向間隙，轉(zhuǎn)子熱彭脹引起作用于

45、軸承內(nèi)圈上的軸向負(fù)荷，導(dǎo)至軸承過(guò)早損壞，為了解決這個(gè)問(wèn)題，將安裝軸承處的軸肩宿短。,.,如何精確地診斷產(chǎn)生軸承問(wèn)題的原因,預(yù)測(cè)維修，精確地診斷出問(wèn)題，以及失效的原因，然后經(jīng)工程師和維修車間的工作，將失效的原因去除，使設(shè)備恢復(fù)到正常的壽命。當(dāng)在確定問(wèn)題原因時(shí)，下面提示或許是有幫助的：,1、如果軸承早期發(fā)生損壞，其缺陷是位于軸承的內(nèi)圈，那么失效的原因一 般是與內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)部件有關(guān)，比如，偏心的軸，轉(zhuǎn)子不平衡或由轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的 軸向推力負(fù)荷。 2、如果軸承早期發(fā)生損壞，其缺陷是位于軸承的外圈，那么失效的原因一 般是與外部轉(zhuǎn)動(dòng)部件有關(guān)，比如，在軸承室中的碎片異物，軸承室的不良 接觸，過(guò)緊的皮帶，或安裝不正的軸

46、承外圈。 3、如果軸承早期發(fā)生損壞，其缺陷是位于軸承的內(nèi)外圈和滾動(dòng)體上，那么 失效的原因一般是與潤(rùn)滑有關(guān)。,.,實(shí)際診斷軸承故障的例子,下面所講述的是一個(gè)實(shí)際軸承損壞例子，一個(gè)新的由潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑的5313軸承，安裝在以垂直方式安裝，高度為8英尺的泵上，直接由一臺(tái)125HP電機(jī)驅(qū)動(dòng)，這個(gè)泵的功能是將98%的硫酸泵入冷卻盤(pán)圈。不平衡，不對(duì)中，汽蝕，和其它與泵有關(guān)的振動(dòng)問(wèn)題都不是損壞的原因。 這個(gè)軸承是雙列球軸承，每列有12個(gè)球，每個(gè)球的直徑是0.906英寸，節(jié)圓直徑為3.642英寸，BPFO的計(jì)算值為139.3Hz，BPFI為215.9Hz，F(xiàn)TF為11.6Hz，2BSF為113.5Hz，在這里計(jì)算

47、使用的接觸角為30,.,實(shí)際診斷軸承故障的例子,.,實(shí)際診斷軸承故障的例子,在頻譜圖 5-19的底部，顯示出30Hz峰值，說(shuō)明存在在允許范圍內(nèi)的殘余不平衡量，150Hz峰值是葉片通過(guò)頻率，并不嚴(yán)重。在280Hz到1820Hz范圍內(nèi)的低幅值峰值，是由于在軸承外圈上的小缺陷產(chǎn)生的。這是因?yàn)?，在每個(gè)峰值處的頻率差為140Hz，這個(gè)頻率正是軸承外圈的球通過(guò)頻率，幅值較低說(shuō)明缺陷較小，其諧頻的數(shù)量說(shuō)明了缺陷分布于整個(gè)外圈滾道，此時(shí)，這個(gè)軸承不會(huì)馬上失效。 在圖5-19中的第二幅頻譜圖，是晚兩天采集的，軸承故障頻率的幅值，稍微有所增加，葉片通過(guò)頻率也是稍微有所增加，此時(shí)軸承上缺陷稍有惡化，幅值的增加可能是

48、因?yàn)樵黾恿素?fù)荷所引起。 在圖5-19中的第三幅頻譜圖，是采集于5天以后，軸承的故障頻率振動(dòng)幅值仍然在不斷增大，但譜線不再是清晰可辨的了，軸承故障頻率被保持架頻率所調(diào)制，寬帶的峰值說(shuō)明在軸承外圈上的缺陷，由于球的滾動(dòng)使其恢復(fù)到光滑狀態(tài)。當(dāng)存在了保持架的調(diào)制作用時(shí)，這說(shuō)明球上已經(jīng)有了缺陷，此時(shí)問(wèn)題仍然還不嚴(yán)重。,.,實(shí)際診斷軸承故障的例子,在圖5-19最上面的一幅圖頻譜圖，是兩天后測(cè)量得到的，從這幅圖可以看出，軸承的狀態(tài)已經(jīng)明顯惡化，注意，殘余不平衡和葉片通過(guò)頻率仍然保持原來(lái)的幅值大小，然而，軸承的外圈故障頻率的幅值變得很大，并且被保持架頻率所調(diào)制，注意到在280,420,560和700Hz之間的

49、頻率差是140Hz，或是BPFO。頻率840,1120和1400Hz間的頻率差是280Hz，是兩倍的BPFO，現(xiàn)在可以清楚地看出，這個(gè)軸承要在最近的機(jī)會(huì)，更換掉。 圖5-20最下面的一幅頻譜圖，是測(cè)量于更換軸承兩天后，從圖可見(jiàn)，仍然存在軸承外圈滾道缺陷和球上的缺陷，但已經(jīng)是新的頻率成份，在375,590和805Hz之間的頻率差值為215Hz或是BPFI，這個(gè)軸承上在內(nèi)圈滾道的圓周上和外圈滾道的圓周上都分布有缺陷，并且在球上有嚴(yán)生的缺陷，這個(gè)軸承的狀態(tài)非常不好，維修時(shí)間定在了兩天之后。,.,實(shí)際診斷軸承故障的例子,在圖5-20上部的頻譜圖是更換新軸承后測(cè)量得到的，更換新軸承后，振動(dòng)通頻值大約為0

50、.05IPS，從這幅圖可以看出這個(gè)泵是處在良好狀態(tài)下。,.,常見(jiàn)軸承問(wèn)題,酸蝕 當(dāng)軸承是工作在具有高濕度的含酸環(huán)境中，或有酸蒸汽的環(huán)境下時(shí)，腐蝕或酸蝕常是軸承損壞的原因，這種問(wèn)題可以從其頻譜圖上所具有的獨(dú)特的外形和頻率成分得到識(shí)別。頻譜圖的形狀，可以是含有許多譜線但幅值較低（小于3.81mm/s），當(dāng)有幅值超過(guò)3.81mm/s時(shí)，可以說(shuō)明有散裂存在。 這時(shí)的BPFO，BPFI或2BSF可能沒(méi)有出現(xiàn)，然而，諧頻，和頻和差頻出現(xiàn)在2000Hz以上。對(duì)于球軸承，淺層剝落疲勞缺陷會(huì)分布在整個(gè)內(nèi)圈滾道上，產(chǎn)生BPFI及其6以上的諧頻。如果缺陷是發(fā)生在軸承的外圈，會(huì)產(chǎn)生BPFO及其7以上的諧頻。 當(dāng)軸承產(chǎn)

51、生多諧頻振動(dòng)時(shí)，并且其幅值較低，可能的原因就可能是腐蝕或酸蝕。,.,常見(jiàn)軸承問(wèn)題,圖5-37和5-38頻譜圖，是從輸送硫酸的泵上測(cè)得的，泵的轉(zhuǎn)速為29.6Hz，軸承是6308深溝球軸承，軸承的特征頻率為：BPFO=89.5,BPFI=147.3,FTF=11.2而2BSF=113.9Hz。,.,常見(jiàn)軸承問(wèn)題,由圖5-37可見(jiàn)，高幅值的譜線是出現(xiàn)在1435和1580Hz處，這個(gè)說(shuō)明是潤(rùn)滑不良問(wèn)題，1580-1435=145Hz是BPFI，同時(shí)也注意到在470,615,760和910Hz都是BPFI的諧頻，這些諧頻的幅值都相當(dāng)?shù)牡停匀毕菀部赡芟喈?dāng)小。,.,常見(jiàn)軸承問(wèn)題,電蝕 當(dāng)有電流通過(guò)軸承時(shí)

52、，產(chǎn)生的損傷稱為電蝕。在設(shè)備旁焊接作業(yè)時(shí)，有時(shí)就在軸承處形成電流回路，有電流通過(guò)軸承的內(nèi)圈或外圈，由此在軸承內(nèi)各別件間產(chǎn)生電弧，此外電蝕也可以因?yàn)闇u電流充放電而產(chǎn)生，渦電流也會(huì)流經(jīng)軸承而產(chǎn)生電弧。 最常見(jiàn)的電蝕問(wèn)題發(fā)生在直流電動(dòng)機(jī)中，其中的軸承損壞多半是因?yàn)殡娢g問(wèn)題，電蝕可以發(fā)生在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)端，非驅(qū)動(dòng)端，軸承的內(nèi)圈，外圈，或滾動(dòng)體上都有可能發(fā)生。在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)端軸上安裝接地碳刷，對(duì)防止產(chǎn)生電蝕有良好的做用。 當(dāng)有電蝕現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，會(huì)產(chǎn)生軸承的BPFI和BPFO，然而直到有剝落時(shí)，基本的軸承故障特征頻率才會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)，有電蝕產(chǎn)生的特征頻率是出現(xiàn)高頻成分（900到5000Hz），并且被軸承的故障特征頻率

53、所調(diào)制，準(zhǔn)確的頻率位置是與轉(zhuǎn)速，滾動(dòng)體數(shù)量和發(fā)生在軸承內(nèi)的電弧密度有關(guān)。,.,常見(jiàn)軸承問(wèn)題,圖5-42是從電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸向方向測(cè)量得到的頻譜圖，安裝的軸承是6236，軸轉(zhuǎn)速是8.7Hz，BPFO是40.55Hz，BPFI是55.14Hz。譜線360和720Hz是電源頻率，在1000和2000Hz間所含的各頻率成分的差大約為40Hz。在這個(gè)圖中可以看到40和41Hz的頻率差，這些頻率成分說(shuō)明了電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承外圈已經(jīng)產(chǎn)生了電蝕。由于BPFO的基頻并沒(méi)有出現(xiàn)，這說(shuō)明剝落并沒(méi)有開(kāi)始。,.,常見(jiàn)軸承問(wèn)題,潤(rùn)滑不良 特點(diǎn)： 1、潤(rùn)滑不良時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)子上的重點(diǎn)每轉(zhuǎn)通過(guò)一次軸承的負(fù)載區(qū)時(shí)，軸承的滾 動(dòng)體所產(chǎn)生的

54、沖擊就會(huì)激起軸承內(nèi)圈組件的自振，激振源是軸承的BPFI。 2、在自振頻率周圍會(huì)產(chǎn)生一系列的邊頻譜線，其值等于BPFI. 3、潤(rùn)滑不良，在大約500到2500Hz之間產(chǎn)生四個(gè)譜線，其中最高的一個(gè)可 能是軸承內(nèi)圈的自振頻率，而其頻率差可能是BPFI。當(dāng)有潤(rùn)滑劑加入后，這 些譜線消失，或幅值降的很低。,見(jiàn)圖5-45和圖5-46，是從一臺(tái)風(fēng)機(jī)上測(cè)得的數(shù)據(jù)，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為19.6Hz，軸承是6313，BPFI大約為96Hz，注意潤(rùn)滑不良的譜線是在920,1020,1120和1220Hz處，頻率差為100Hz，是在測(cè)量精度范圍內(nèi)，譜線1020Hz是軸承內(nèi)圈的自振頻率，但這個(gè)譜線不是BPFI的諧頻。,.,常見(jiàn)軸承問(wèn)題,.,常見(jiàn)軸承問(wèn)題,.,