機(jī)械故障診斷技術(shù)7滾動(dòng)軸承故障診斷課件

第七章滾動(dòng)軸承故障診斷7.1滾動(dòng)軸承的失效形式7.2滾動(dòng)軸承的振動(dòng)機(jī)理與信號特征7.3滾動(dòng)軸承信號分析方法7.4滾動(dòng)軸承故障診斷案例實(shí)例1宣化鋼鐵公司高速線材軋機(jī)26架實(shí)例2宣化鋼鐵公司高速線材軋機(jī)20架實(shí)例3唐山鋼鐵公司高速線材軋機(jī)的增速箱實(shí)例4安陽鋼鐵公司高速線材軋制線上吐絲機(jī)7.1滾動(dòng)軸承的失效形式7.1.1滾動(dòng)軸承的磨損失效磨損是滾動(dòng)軸承最常見的一種失效形式。在滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中,滾動(dòng)體和套圈之間均存在滑動(dòng),這些滑動(dòng)會(huì)引起零件接觸面的磨損。尤其在軸承中侵入金屬粉末、氧化物以及其他硬質(zhì)顆粒時(shí)則形成嚴(yán)重的磨料磨損,使之更為加劇。另外,由于振動(dòng)和磨料的共同作用,對于處在非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的滾動(dòng)軸承,會(huì)在套圈上形成與鋼球節(jié)距相同的凹坑,即為摩擦腐蝕現(xiàn)象。如果軸承與座孔或軸頸配合太松,在運(yùn)行中引起的相對運(yùn)動(dòng),又會(huì)造成軸承座孔或軸徑的磨損。當(dāng)磨損量較大時(shí),軸承便產(chǎn)生游隙噪聲,振動(dòng)增大。7.1.2滾動(dòng)軸承的疲勞失效在滾動(dòng)軸承中,滾動(dòng)體或套圈滾動(dòng)表面由于接觸負(fù)荷的反復(fù)作用,表層因反復(fù)的彈性變形而致冷作硬化,下層的材料應(yīng)力與表層出現(xiàn)斷層狀分布,導(dǎo)致從表面下形成細(xì)小裂紋,隨著以后的持續(xù)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),裂紋逐步發(fā)展到表面,致使材料表面的裂紋相互貫通,直至金屬表層產(chǎn)生片狀或點(diǎn)坑狀剝落。軸承的這種失效形式稱為疲勞失效。隨著滾動(dòng)軸承的繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),損壞逐步增大。因?yàn)槊撀涞乃槠粷L壓在其余部分滾道上,并給那里造成局部超負(fù)荷而進(jìn)一步使?jié)L道損壞。軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),一旦發(fā)生疲勞剝落,其振動(dòng)和噪聲將急劇惡化。7.1.3滾動(dòng)軸承的腐蝕失效軸承零件表面的腐蝕分三種類型。一是化學(xué)腐蝕,當(dāng)水、酸等進(jìn)入軸承或者使用含酸的潤滑劑,都會(huì)產(chǎn)生這種腐蝕。二是電腐蝕,由于軸承表面間有較大電流通過使表面產(chǎn)生點(diǎn)蝕。三是微振腐蝕,為軸承套圈在機(jī)座座孔中或軸頸上的微小相對運(yùn)動(dòng)所至。結(jié)果使套圈表面產(chǎn)生紅色或黑色的銹斑。軸承的腐蝕斑則是以后損壞的起點(diǎn)。7.1.4滾動(dòng)軸承的塑變失效壓痕主要是由于滾動(dòng)軸承受負(fù)荷后,在滾動(dòng)體和滾道接觸處產(chǎn)生塑性變形。負(fù)荷過量時(shí)會(huì)在滾道表面形成塑性變形凹坑。另外,若裝配不當(dāng),也會(huì)由于過載或撞擊造成表面局部凹陷?；蛘哂捎谘b配敲擊,而在滾道上造成壓痕。7.1.5滾動(dòng)軸承的斷裂失效造成軸承零件的破斷和裂紋的重要原因是由于運(yùn)行時(shí)載荷過大、轉(zhuǎn)速過高、潤滑不良或裝配不善而產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力,也有的是由于磨削或熱處理不當(dāng)而導(dǎo)致的7.1.6滾動(dòng)軸承的膠合失效滑動(dòng)接觸的兩個(gè)表面,當(dāng)一個(gè)表面上的金屬粘附到另一個(gè)表面上的現(xiàn)象稱為膠合。對于滾動(dòng)軸承,當(dāng)滾動(dòng)體在保持架內(nèi)被卡住或者潤滑不足速度過高造成摩擦熱過大,使保持架的材料粘附到滾子上而形成膠合。其膠合狀為螺旋形污斑狀。還有的是由于安裝的初間隙過小,熱膨脹引起滾動(dòng)體與內(nèi)外圈擠壓,致使在軸承的滾道中生膠合和剝落7.2滾動(dòng)軸承的振動(dòng)機(jī)理與信號特征引起滾動(dòng)軸承振動(dòng)的因素很多。有與部件有關(guān)的振動(dòng),也有與制造質(zhì)量有關(guān)的振動(dòng),還有與軸承裝配以及工作狀態(tài)有關(guān)的振動(dòng)。如圖7一1所示,我們通過對軸承振動(dòng)的剖析,找出激勵(lì)特點(diǎn),并通過不同的檢測分析方法的研究,從振動(dòng)信號中,獲取振源的可靠信息,用以進(jìn)行滾動(dòng)軸承的故障診斷。M圖7-1滾動(dòng)軸承振動(dòng)的時(shí)域信號(a)新軸承的振動(dòng)波形(b)表面劣化后的軸承振動(dòng)波形7.2.1軸承剛度變化引起的振動(dòng)當(dāng)滾動(dòng)軸承在恒定載荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)如圖7—2),由于其軸承和結(jié)構(gòu)所決定,使系統(tǒng)內(nèi)的載荷分布狀況呈現(xiàn)周期性變化。如滾動(dòng)體與外圈的接觸點(diǎn)的變化,使系統(tǒng)的剛度參數(shù)形成周期的變化,而且是一種對稱周期變化,從而使其恢復(fù)力呈現(xiàn)非線性的特征。由此便產(chǎn)生了分?jǐn)?shù)諧波振動(dòng)圖7—2滾動(dòng)軸承剛度的變化此外,當(dāng)滾動(dòng)體處于載荷下非對稱位置時(shí),轉(zhuǎn)軸的中心不僅有垂直方向的,而且還有水平方向的移動(dòng)。這類參數(shù)的變化與運(yùn)動(dòng)都將引起軸承的振動(dòng),也就是隨著軸的轉(zhuǎn)動(dòng),滾動(dòng)體通過徑向載荷處即產(chǎn)生激振力。這樣在滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),由于剛度參數(shù)形成的周期變化和滾動(dòng)體產(chǎn)生的激振力及系統(tǒng)存在非線性,便產(chǎn)生多次諧波振動(dòng)并含有分諧波成分,不管滾動(dòng)軸承正常與否,這種振動(dòng)都要發(fā)生。然而,振幅則不同。7.2.2由滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)副引起的振動(dòng)當(dāng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),滾動(dòng)體便在內(nèi)外圈之間滾動(dòng)。軸承的滾動(dòng)表面雖加工得非常平滑,但從微觀來看,仍高低不平,特別是材料表面產(chǎn)生疲勞斑剝時(shí),高低不平的情況更為嚴(yán)重滾動(dòng)體在這些凹凸面上轉(zhuǎn)動(dòng),則產(chǎn)生交變的激振力。所產(chǎn)生的振動(dòng),既是隨機(jī)的,又含有滾動(dòng)體的傳輸振動(dòng),其主要頻率成分為滾動(dòng)軸承的特征