旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷(一)課件

旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷(一)6

、氛景澈。相將還舊居。我若浮煙。，字元亮，（又一說名潛，字淵明）號(hào)五柳先生，私謚“靖節(jié)”，東晉末期南朝宋初期詩人、文學(xué)家、辭賦家、散文

陽柴

今江西九江）。曾做過幾年小官，后辭官回家，從此隱居，田園生活是陶淵明詩的主要題材，相關(guān)作品有《飲酒》、居》、《桃花源記》、《五柳先生傳》、《歸去來兮辭》等。1

0、倚南窗以寄傲，審容之易安。1第四章 旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷234561）廣泛性7任何機(jī)械設(shè)備在動(dòng)態(tài)下都會(huì)或多或少地產(chǎn)生一定的振動(dòng)，人們將這種在動(dòng)態(tài)下表現(xiàn)出的振動(dòng)稱為振動(dòng)存在的廣泛性。如：發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)所產(chǎn)生的周期振動(dòng)；機(jī)床在工作時(shí)所產(chǎn)生的各種隨機(jī)振動(dòng)等。2）有效性當(dāng)設(shè)備發(fā)生異常或故障時(shí)，振動(dòng)將會(huì)發(fā)生變化，一般表現(xiàn)為振幅加大。這一特點(diǎn)使從振動(dòng)信號(hào)中獲取診斷信息變?yōu)榭赡?，因此稱為振動(dòng)監(jiān)測(cè)的有效性。83）可識(shí)別性9隨著信號(hào)分析技術(shù)的發(fā)展，人們還看到有不同類型、性質(zhì)、原因和部位產(chǎn)生的故障所激發(fā)的振動(dòng)將具有不同的特征。這些特征可表示為頻率成分、幅值大小、相位差別、波形形狀、能量分布狀況等。這一特點(diǎn)是人們從振動(dòng)信號(hào)中識(shí)別故障成為可能。因此稱為振動(dòng)的可識(shí)別性。4）復(fù)雜性10進(jìn)一步研究表明，振動(dòng)信號(hào)性質(zhì)，特征不僅與故障有關(guān)，而且還與系統(tǒng)的固有特性有關(guān)。具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：同一故障對(duì)不同的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，由于系統(tǒng)固有頻率特性不同，其振動(dòng)的幅值和相位可能相差很大。同一故障發(fā)生在不同的部位，其振動(dòng)的特征相同，但因故障激勵(lì)傳遞通道的不同（即傳遞函數(shù)不同），將會(huì)對(duì)振動(dòng)有較大影響。同一故障在不同部位布置測(cè)點(diǎn)，由于傳遞通道的不同，其振動(dòng)宜會(huì)有較大的差別。這三點(diǎn)表明振動(dòng)特征不僅取決于故障而且還受到系統(tǒng)特性的影響，這一特點(diǎn)稱為振動(dòng)識(shí)別的復(fù)雜性。故障（輸入）11振動(dòng)信號(hào)（輸出）轉(zhuǎn)子系統(tǒng)（傳遞函數(shù)）圖4-1轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子故障和轉(zhuǎn)子故障間的關(guān)系根據(jù)振動(dòng)的以上幾個(gè)特點(diǎn)，從工程控制論的觀點(diǎn)，我們可以把轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子振動(dòng)和轉(zhuǎn)子故障間的關(guān)系用一下框圖來描述（圖4-1）。其中故障相當(dāng)于系統(tǒng)地輸入或激勵(lì)，振動(dòng)則相當(dāng)于系統(tǒng)的輸出或相應(yīng)，而系統(tǒng)的特性則可以通過系統(tǒng)地輸入和輸出來求出。設(shè)系統(tǒng)為定常線性系統(tǒng)，其輸入為x(t)，輸出為y(t)。它們的拉氏變換分別為：X(s)和Y(s)，即：(4-1)其中為復(fù)變量。則可定義：為系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，用以描述系統(tǒng)的特性。12由此可得：由于傅氏變換只是拉氏變換的一種特殊情況()。這時(shí) 成為系統(tǒng)的頻響函數(shù)。由于FFT運(yùn)算很方便，因此實(shí)際上傳遞函數(shù)

常用頻響函數(shù) 來代替。這時(shí)系統(tǒng)特性可以表示為：（4-3）（4-4）上式為圖4-1的具體數(shù)學(xué)表達(dá)式。它表明設(shè)備的振動(dòng)的振動(dòng)現(xiàn)象是由故障激勵(lì)和系統(tǒng)特性所共同決定的。134.1.2

轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子振動(dòng)和轉(zhuǎn)子故障的分類轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是一種多自由度振動(dòng)系統(tǒng)，它

具有多個(gè)自振頻率。當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達(dá)到橫向

振動(dòng)的一階自振頻率時(shí)，將會(huì)發(fā)生一階共振。此時(shí)的轉(zhuǎn)速稱為（一階）臨界轉(zhuǎn)速。接近臨

界轉(zhuǎn)速時(shí)將會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)現(xiàn)象即共振。越過臨界轉(zhuǎn)速后，運(yùn)行在兩個(gè)臨界轉(zhuǎn)速之間

時(shí)，機(jī)械會(huì)運(yùn)行的更平穩(wěn)些，特別是對(duì)于細(xì)

長軸的轉(zhuǎn)子效果更好。14以臨界轉(zhuǎn)速為界，當(dāng)前人們把轉(zhuǎn)子系統(tǒng)分為兩種：⑴剛性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)⑵柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)15⑴剛性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)16剛性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是指工作轉(zhuǎn)速在(一階)臨界轉(zhuǎn)速以下的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)！目前大多數(shù)低速(工作頻率<100Hz)機(jī)械均屬于剛性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。剛性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)一般采用滾動(dòng)軸承，其故障激勵(lì)大多與轉(zhuǎn)速同步(即激振頻率等于工作頻率)。因此產(chǎn)生的振動(dòng)稱為同步振動(dòng)。⑵

柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)17柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是指工作轉(zhuǎn)速在(一階)臨界

轉(zhuǎn)速以上的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。一些大型高速(工作頻率>100Hz)旋轉(zhuǎn)機(jī)械。柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主要應(yīng)用于大型高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，因此多采用流體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承。其故障激起的振動(dòng)一般屬于自激振動(dòng)。自激振動(dòng)是一種在振動(dòng)過程中由于系統(tǒng)內(nèi)部不斷有能量輸入而產(chǎn)生的共振現(xiàn)象。其振動(dòng)頻率一般低于工作頻率并與系統(tǒng)的一階橫向自振頻率有關(guān)，故自激振動(dòng)在設(shè)備診斷中又稱為亞同

步振動(dòng)。例題mkv圖4-3為由于摩擦引起的自激振動(dòng)的簡單例子。振幅為：A滑動(dòng)摩擦系數(shù)：

、顯然：18圖4-3

干摩擦引起的自激振動(dòng)因此振子將產(chǎn)生自激振動(dòng)，振幅將會(huì)不斷增大，自激振動(dòng)的頻率為振子的自振頻率。圖4-2表示為一最簡單的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。按其在坐標(biāo)平面發(fā)生的振動(dòng)形式，轉(zhuǎn)子的振動(dòng)可分為以下三種：⑴橫向振動(dòng)振動(dòng)發(fā)生在包括轉(zhuǎn)軸的橫向平面內(nèi)（例如x、y平面）。⑵軸向振動(dòng)振動(dòng)發(fā)生在轉(zhuǎn)軸的軸向方向上（x軸）。⑶扭轉(zhuǎn)振動(dòng)沿轉(zhuǎn)軸軸線發(fā)生的扭振19旋轉(zhuǎn)機(jī)械大多數(shù)故障所激發(fā)的振動(dòng)為橫向振動(dòng)，是我們研究的主要對(duì)象，某些故障如不對(duì)中將會(huì)激發(fā)軸向振動(dòng)，而多盤轉(zhuǎn)子的柔性軸將會(huì)產(chǎn)生扭振等。20按轉(zhuǎn)子類型及其振動(dòng)性質(zhì)的不同，可將旋轉(zhuǎn)機(jī)械的主要故障做以下分類：旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障剛性轉(zhuǎn)子柔性轉(zhuǎn)子(強(qiáng)迫振動(dòng))同步振動(dòng)(自激振動(dòng))亞同步振動(dòng)不對(duì)中不平衡軸彎曲裝配件或基礎(chǔ)松動(dòng)轉(zhuǎn)子與定子摩擦轉(zhuǎn)子橫向裂紋油膜渦動(dòng)油膜震蕩旋轉(zhuǎn)失速喘振頂隙激振圖4-4旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障分類21從振動(dòng)信號(hào)中全面地提取診斷信息并以直觀和清晰的形式表達(dá)出來是信號(hào)處理的基本任務(wù)和最終目標(biāo)。本節(jié)則著重對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中有關(guān)信息的一些特定的表達(dá)形式和分析方法以及某些新發(fā)展做扼要的論述。224.2

旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的診斷信息的表達(dá)和分析4.2.1

波形分析法振動(dòng)波形是振動(dòng)位移、速度或加速度隨時(shí)間變化的曲線，與同步振動(dòng)有關(guān)的各種故障所激發(fā)的振動(dòng)都是屬于周期函數(shù)，其基本成分以基頻（工作頻率）成分為主以及若干高次諧波函數(shù)再附加以隨即噪聲所組成。圖4-5為含有周期成分的振動(dòng)波形。圖4-523含有周期成分的振動(dòng)波形圖4-6

經(jīng)平滑處理后的振動(dòng)波形波形分析方法主要

是通過觀察振動(dòng)波形的

特征來獲取診斷信息的，例如將圖4-5用時(shí)間域平均法進(jìn)行平滑處理后可得曲線如圖4-6所示。其為一典型的周期為T的正弦曲線。若其頻率()與轉(zhuǎn)子的工作頻率相等時(shí)，則可初步判定振動(dòng)與不平衡有關(guān)。244.2.2

頻譜分析（FFT分析）法25頻譜分析的類型頻譜分析目前是在計(jì)算機(jī)上用快速傅氏變換

(FFT)來實(shí)現(xiàn)的，因此又稱為FFT分析法。頻譜圖是用頻譜分析法提取診斷信息的一種表達(dá)方式。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械診斷中，常用的頻譜圖有以下幾種：幅值圖及相位圖階比幅值譜自功率譜圖A

幅值譜及相位譜設(shè) 為振動(dòng)信號(hào)的傅氏變換，即：一般情況下為一復(fù)數(shù)函數(shù)，令則：26其中：稱為幅值譜或FFT譜，它表示信號(hào)中個(gè)頻率成分的幅值大小沿頻率軸的分布情況。稱為相位譜，它表示信號(hào)中各頻率成分的相位沿頻率軸的變化狀況。27圖4-7為一臺(tái)透平壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)的幅值譜。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速

(工作頻率

)圖

4-7

幅值譜28幅值譜可以提供以下的診斷信息：振動(dòng)信號(hào)中主要有哪些頻率成分及諧波分量所組成，圖中除包括工作頻率的基頻外還有 等高次諧波分量及的低頻分?jǐn)?shù)諧波分量。組成的諧波分量中哪些成分的幅值最為突出，這提示著和故障的某種聯(lián)系。如圖中

及 分量比較突出且存在著

，由以后可知，這一診斷信息提示著轉(zhuǎn)子可能存在著不平衡、不對(duì)中及半速渦動(dòng)。29B

階比幅值譜在同步振動(dòng)中其基頻成分與轉(zhuǎn)子的工作頻率即旋轉(zhuǎn)頻率 相等，為了便于識(shí)別各頻率成分（包括基頻、倍頻、及分?jǐn)?shù)頻等）與故障的聯(lián)系，常將頻譜圖的頻率軸（橫坐標(biāo)）該用工作頻率的倍數(shù)來表示，而縱坐標(biāo)仍表示幅值，這種譜圖成為階比幅值譜。30圖4-8

階比幅值譜圖4-8為圖4-7的階比幅值譜,兩圖形狀相似，僅在橫軸方向比例有所改變，因此兩者提供的診斷信息量相同。31C

自功率譜圖信號(hào)的自功率譜密度 簡稱為自功率譜。它表示信號(hào)樣本中所含能量沿頻率軸的分布狀況，多用于以隨機(jī)信號(hào)為主的信號(hào)分析中。例如，有摩擦故障或由軸承、齒輪激起的全頻帶振動(dòng)的分析中。功率譜提供的診斷信息與幅值譜基本相同，但具有更多的優(yōu)點(diǎn)：它可以把能量集中的譜峰更加突出表現(xiàn)出來。它還可以研究某一段帶范圍內(nèi)能量分布的水平。它比幅值譜有更加廣泛的用途；如隨機(jī)振動(dòng)中輸入、輸出譜，人機(jī)工程中的環(huán)境譜，醫(yī)療中的心電圖、腦電圖、肌電圖的譜分析等。32圖4-9為滾動(dòng)軸承的功率譜圖，其中

0~6Hz及68~72Hz有三個(gè)能量集中的敏感地帶，這將為軸承振動(dòng)檢測(cè)方法的研究、傳感器的設(shè)計(jì)等提供依據(jù)。圖4-9

滾動(dòng)軸承的功率譜圖334.2.3軸心軌跡分析法34軸心軌跡是指轉(zhuǎn)子軸心點(diǎn)相對(duì)于軸承座運(yùn)動(dòng)而形成的軌跡。柔性轉(zhuǎn)子均采用流體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承，其軸與軸承之間的間隙為軸心軌跡的形成構(gòu)成了條件。實(shí)驗(yàn)證明，軸心軌跡攜帶著豐富的診斷信息，特別是與亞同步振動(dòng)有關(guān)的一些故障的診斷信息。軸心軌跡攜帶的診斷信息表現(xiàn)為其形狀、旋轉(zhuǎn)方向和穩(wěn)定性等方面。35軸心軌跡的形狀軸心軌跡的旋轉(zhuǎn)方向軸心軌跡的穩(wěn)定性A

軸心軌跡的形狀36軸心軌跡的形狀與機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)及發(fā)生故障的類型有密切關(guān)系。根據(jù)實(shí)驗(yàn)及研究的結(jié)果．以下列出幾種典型故障的軸心軌跡圖。a：不平衡b：不對(duì)中c：亞同步振動(dòng)d：轉(zhuǎn)子與靜止部件的碰撞和摩擦a

不平衡由不平衡引起的軸心軌跡理論上應(yīng)為圓形,但由于軸承油膜剛度在x、y方向上的差別．以及其他一些因素的影響，實(shí)際上是一個(gè)橢圓。圖4-10為汽輪發(fā)電機(jī)啟動(dòng)過程中基頻分量的仿真軸心軌跡圖。橢圓長軸傾角的變化主要是受到啟動(dòng)過程中溫度升高所致。bacdefgj圖4-10h

i發(fā)電機(jī)啟動(dòng)過程基頻軸心軌跡37不對(duì)中軸心軌跡主要由二倍頻、四倍頻諧波分量由計(jì)算機(jī)仿真合成。圖4-11為存在不同程度不對(duì)中缺陷時(shí)的軸心軌跡。隨著不對(duì)中的增大．軌跡由橢圓形變?yōu)橄憬缎?，最后成為?”字形。圈4—11存在不同程度的不對(duì)中缺陷時(shí)的軸心軌跡b

不對(duì)中38C

亞同步振動(dòng)圈4一12的內(nèi)

“8”字形為典型的半速渦動(dòng)的軸心軌

由于渦動(dòng)頻率并非恰為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率的一半，所以渦動(dòng)軌跡并不完全重復(fù)．大多數(shù)亞同步自激振動(dòng)的軸心軌跡都具有上述的特跡。征。圖4-12

油膜渦動(dòng)時(shí)的仿真軸心軌跡39圖4-13為由內(nèi)摩擦失穩(wěn)而引起的亞同步振動(dòng)的軸心軌跡。圖4-13內(nèi)摩擦失穩(wěn)時(shí)的軸心軌跡40d：轉(zhuǎn)子與靜止部件的碰撞和摩擦圖4-14a、b，c、d為轉(zhuǎn)子與靜止部件產(chǎn)生不同程度的碰撞和摩擦?xí)r的軸心軌跡.圖

4-14

碰撞彈回的摩擦軌跡(a)41(b)(c)(d)B：軸心軌跡的旋轉(zhuǎn)方向42若軸的旋轉(zhuǎn)方向與軸心軌跡旋轉(zhuǎn)方向一致，稱為正向進(jìn)動(dòng)。反之，稱為逆向進(jìn)動(dòng)。絕大多數(shù)情況下為正向進(jìn)動(dòng)。飼如，當(dāng)轉(zhuǎn)子具有不平街，不對(duì)中故障時(shí)，或當(dāng)轉(zhuǎn)子在軸承或密封裝置流體動(dòng)力激振下(油膜激振、氣膿激振、蒸汽激振等)由于油膜失穩(wěn)產(chǎn)生的亞同步渦動(dòng)均為正向進(jìn)動(dòng)。此外·由于轉(zhuǎn)子內(nèi)封存有殘余液體廈由f軸彎曲時(shí)的內(nèi)摩擦所激發(fā)的涓動(dòng)亦為正向進(jìn)動(dòng)。在少數(shù)情況下，例如轉(zhuǎn)予和定子之間的干摩擦和某些具有螺旋漿的旋轉(zhuǎn)機(jī)械由于葉片的動(dòng)力作用，剛會(huì)產(chǎn)生逆向進(jìn)動(dòng)。上述產(chǎn)生正反向進(jìn)動(dòng)的機(jī)理將在本章后半部分或在有關(guān)專門文獻(xiàn)中進(jìn)行分析。C：軸心軌跡的穩(wěn)定性43一般情況下,軸心軌跡保持穩(wěn)定。一但發(fā)生形狀大小的變化或軌跡紊亂，則揭示機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)已發(fā)生變化或進(jìn)入異常。4.2.4轉(zhuǎn)速跟蹤分析方法44上述分析方法都是在機(jī)器的轉(zhuǎn)速不變的條件下進(jìn)行的，因此均屬于穩(wěn)態(tài)分

析方法。但是很多情況下，只有當(dāng)工況

改變時(shí)．特別是啟停車時(shí)轉(zhuǎn)速變化的過

程中，某些重要的診斷信息才能充分顯

示來．這種方法稱為轉(zhuǎn)速跟蹤分析方法，是屬于瞬態(tài)分析方法的．轉(zhuǎn)速跟蹤分析方法是在一些穩(wěn)態(tài)分析法的基礎(chǔ)上考慮到轉(zhuǎn)速變化的影響而構(gòu)成的。它主要由以下幾種圖形來表示。奈奎斯持(Nyquist)圖和波德(Bode)圖瀑布圖和敢貝爾(Campbell)圖454.2.5統(tǒng)計(jì)分析方法46統(tǒng)計(jì)分析方法是對(duì)振動(dòng)信號(hào)中各頻率分量的綜合影響用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行量化處理的一種方法，量化指標(biāo)稱為診斷指標(biāo)，它可以直接從振動(dòng)參數(shù)中獲得．也可以從波形曲線或頻譜圖中獲取。診斷指標(biāo)可以單獨(dú)使用．例如在簡易診斷中用于狀態(tài)監(jiān)測(cè)。也可以組合成特征向量進(jìn)行模式識(shí)別，用于精密診斷中。常用的診斷指標(biāo)有以下幾種：1)：振動(dòng)的峰-峰值(p-p值)。常用的峰-峰值為振動(dòng)位移和加速度的峰-峰值和。圖4-17為峰-峰值的測(cè)量方法，它可以直接從一般的測(cè)振儀中讀出。一般壓縮機(jī)、氣輪機(jī)出廠及大修驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)常采用這種指標(biāo)．顯然這種指標(biāo)攜帶的診斷信息有限．只用于初步狀態(tài)評(píng)判．47t48x(t)A

P-P圖

4-17

峰-峰值的測(cè)量方法2)：振動(dòng)烈度（振動(dòng)速度的均方值）

，它是根據(jù)振動(dòng)速度曲線的均方根值而求出的。為n其中T為 曲線的樣本長度。設(shè)個(gè)諧波分量組成：其中()為各組成分量的幅值，由此可導(dǎo)出：49這時(shí)的均方根值又稱為速度的有效值。由此可見，一是表示振動(dòng)信號(hào)中各頻率分量的能量的綜合影響，表征著振動(dòng)的威力或破壞能力，故稱為振動(dòng)烈度。它是一種比較敏感的診斷指標(biāo)，廣泛地用于各種測(cè)振標(biāo)準(zhǔn)中。特殊情況下，當(dāng)中只含有一個(gè)單一的頻率成分時(shí)：50第五節(jié)、滾動(dòng)軸承的振動(dòng)診斷方法51滾動(dòng)軸承的失效與振動(dòng)測(cè)定滾動(dòng)軸承的失效形式滾動(dòng)軸承在運(yùn)行過程中，由于裝配不當(dāng)、潤滑不良、水分和異物侵入、腐蝕和過載等都可能使軸承過早損壞。即使不出現(xiàn)上述情況，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，軸承也會(huì)出現(xiàn)疲勞剝落和磨損而不能正常工作?？傊瑵L動(dòng)軸承的損傷形式是十分復(fù)雜的。表5-1為滾動(dòng)軸承的主要損傷形式及產(chǎn)生原因。損傷形式損傷原因損傷特征損傷結(jié)果①軸向載荷過大①向心軸承的滾道僅一側(cè)表面剝落②雙列軸承的表面僅一側(cè)表面剝落③滾動(dòng)體及滾道接觸邊緣剝落④滾動(dòng)體的圓周方向在對(duì)稱位置上有剝落⑤滾子軸承的疾馳道和滾動(dòng)體靠近端部外表面產(chǎn)生剝落⑥受力表面較大面積壓光和微觀剝落使?jié)L動(dòng)體或滾道表面②軸向載荷過大，對(duì)中不良，潤滑不良③保持架的圓度誤差太大產(chǎn)生剝落坑，并向大片剝落發(fā)展，導(dǎo)致軸承失效疲勞④裝配不當(dāng)，對(duì)中不良，軸彎曲⑤軸、保持架精度不高⑥安裝時(shí)沖擊載荷過大，圓柱滾子軸承的裝配過盈量太大膠合①潤滑不良，潤滑脂過硬，啟動(dòng)時(shí)加速度太大②滾道面不平行，轉(zhuǎn)速過高③潤滑不良,裝配不當(dāng),軸向載荷過大①滾道面和滾動(dòng)體表面出現(xiàn)膠合②深溝球軸承的滾道面出現(xiàn)螺旋狀膠合③滾子端面和擋邊外出現(xiàn)膠合導(dǎo)致表面燒傷，并使金屬從一個(gè)表面粘附到另一表面52表5-1滾動(dòng)軸承的主要損傷形式及產(chǎn)生原因磨損①運(yùn)輸中軸承受到振幅很小的搖擺運(yùn)動(dòng)作用②配合面間有微小間隙造成的滑動(dòng)磨損③異物落入，潤滑不良，對(duì)中不良，裝配不當(dāng)①類似靜壓痕②在配合面上出現(xiàn)紅褐色磨損粉末的局部磨損③滾道面、滾動(dòng)體面、凸緣面、保護(hù)架等磨損④圓錐滾子軸承擋邊磨損過大損傷軸承，降低軸承運(yùn)轉(zhuǎn)精度腐蝕①軸承內(nèi)部配合面等銹蝕②滾動(dòng)面上出現(xiàn)模板狀凸凹③表面紅色或黑色的銹斑①空氣中水分的凝結(jié)，腐蝕性介質(zhì)侵入②電流通過產(chǎn)生電火花熔化③微振，裝配不當(dāng)表面由于電流、化學(xué)和機(jī)械作用產(chǎn)生損傷，喪失精度而不能繼續(xù)工作破損①?zèng)_擊載荷過大，裝配不當(dāng)，膠合發(fā)展②沖擊載荷，熱處理不當(dāng)，裝配不當(dāng)，膠合發(fā)展①外環(huán)或內(nèi)環(huán)產(chǎn)生裂紋②滾動(dòng)體產(chǎn)生裂紋③保持架斷裂導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋，斷裂，使軸承失效③對(duì)中不良，裝配不當(dāng)，潤滑不良，異常載荷，轉(zhuǎn)速過快，異物進(jìn)入535.1.2滾動(dòng)軸承的振動(dòng)測(cè)定1.測(cè)定部位測(cè)定部位選擇的基本思路是選擇在離軸承最近、最能反映軸承振動(dòng)的位置上。一般講，若軸承座是外露的，測(cè)點(diǎn)位置可直接選在軸承座上；若軸承座是非外露的，測(cè)點(diǎn)應(yīng)選擇在軸承座剛性較好的部分或基礎(chǔ)上。同時(shí)，應(yīng)在測(cè)點(diǎn)處做好標(biāo)記，以保證不會(huì)由于測(cè)點(diǎn)部位的不同而導(dǎo)致測(cè)量值的差異。由于滾動(dòng)軸承的振動(dòng)在不同方向上反映出不同的特性，因此一般情況下都應(yīng)按圖5-1所示那樣在水平（x）、垂直（y）和軸向（z）三個(gè)方向上進(jìn)行檢測(cè)。54552.測(cè)定參數(shù)根據(jù)滾動(dòng)軸承的固有特性、制造條件、使用情況的不同，它所引起的振動(dòng)可能是頻率為1kHz以下的低頻脈動(dòng)，也可能是頻率為1kHz以上，數(shù)千赫乃至數(shù)十千赫的高頻振動(dòng)，更多的情況是同時(shí)包含了上述兩種振動(dòng)成分。因此，通常檢測(cè)的振動(dòng)速度和加速度分別覆蓋了上述的兩個(gè)頻帶，必要時(shí)可用濾波器取出需要的頻率成分。如果是在較寬的頻帶上檢測(cè)振動(dòng)級(jí)，則對(duì)于要求低頻振動(dòng)小的軸承檢測(cè)振動(dòng)速度，而對(duì)于要求高頻振動(dòng)小的軸承檢測(cè)振動(dòng)加速度。563.測(cè)定周期滾動(dòng)軸承的振動(dòng)檢測(cè)可分為：A定期檢測(cè)對(duì)于定期檢測(cè)，為了早期發(fā)現(xiàn)軸承故障，以免故障迅速發(fā)展到嚴(yán)重的程度，檢測(cè)的周期應(yīng)盡可能短一些。但如果檢測(cè)周期定得過短，則在經(jīng)濟(jì)上可能是不合理的。因此，應(yīng)綜合考慮技術(shù)上的需要和經(jīng)濟(jì)上的合理性來確定合理的檢測(cè)周期。57B

連續(xù)在線監(jiān)測(cè)連續(xù)在線監(jiān)測(cè)主要適用于重要場(chǎng)合或由于工況惡劣不易靠近滾動(dòng)軸承的場(chǎng)合，以及滾動(dòng)軸承加速劣化的階段，相應(yīng)的監(jiān)測(cè)儀器較定期檢測(cè)的儀器要復(fù)雜，成本也要高些。58滾動(dòng)軸承的振動(dòng)機(jī)理滾動(dòng)軸承振動(dòng)的基本參數(shù)1.滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)滾動(dòng)軸承是由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架四部分組成。圖5-2為滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)簡圖。592.滾動(dòng)軸承的固有振動(dòng)頻率滾動(dòng)軸承在運(yùn)行過程中，由于滾動(dòng)體與內(nèi)圈或外圈沖擊而產(chǎn)生振動(dòng)，這時(shí)的振動(dòng)頻率為軸承各部分的固有頻率。固有振動(dòng)中，外圈的振動(dòng)表現(xiàn)最明顯，計(jì)算內(nèi)圈及外圈的固有振動(dòng)頻率時(shí)，將它們看作為矩形截面的圓環(huán)，故可用如下近似公式：—材料密度E—材料的彈性模量

A—圓環(huán)的截面積I—圓環(huán)中性軸截面二次矩

D圓環(huán)中性軸直徑n—變形波的節(jié)線數(shù)605.2.2

滾動(dòng)軸承的振動(dòng)特征1.滾動(dòng)軸承的振動(dòng)形式 引起滾動(dòng)軸承振動(dòng)的原因很多，除了其本身的固有振動(dòng)以外還包括以下振動(dòng)：（1）軸承構(gòu)造引起的振動(dòng)圖5-3所示的軸承，隨滾動(dòng)體位置不同，其承載狀態(tài)也不斷變化，這將導(dǎo)致內(nèi)、外圈和滾動(dòng)體產(chǎn)生彈性變形而引起振動(dòng)。61（2）滾動(dòng)體的非線性伴生振動(dòng)滾動(dòng)軸承靠滾道與滾動(dòng)體的彈性接觸來承受載荷，具有一定的彈性，其剛性很高；當(dāng)軸承潤滑不良時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)非線性的特性，如圖5-4所示，從而產(chǎn)生非線性振動(dòng)。62（3）由于精加工波紋引起的振動(dòng)若加工制造時(shí)，在滾道或滾動(dòng)體上留有如圖5-5所示的加工波紋，那么當(dāng)凸起數(shù)目達(dá)到一定量值時(shí)，會(huì)產(chǎn)生特有的振動(dòng)。63(4)滾動(dòng)軸承的損傷引起的振動(dòng)當(dāng)軸承損傷時(shí)，如圖5-6所示內(nèi)圈點(diǎn)蝕，就會(huì)引起相應(yīng)的沖擊振動(dòng)。64(三)滾動(dòng)軸承的故障診斷方法滾動(dòng)軸承的65故障診斷方法振動(dòng)信號(hào)分析診斷聲發(fā)射診斷

油液分析診斷光纖監(jiān)測(cè)診斷其中，振動(dòng)信號(hào)分析診斷方法最為常用。5.3.1振動(dòng)信號(hào)分析診斷66滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)分析故障診斷方法可分為：簡易診斷法簡易診斷的目的是初步判斷被列為診斷對(duì)象的滾動(dòng)軸承是否出現(xiàn)了故障。精密診斷法精密診斷的目的是要判斷在簡易診斷中被認(rèn)為是出現(xiàn)了故障的軸承的類別及故障原因。用于滾動(dòng)軸承簡易診斷的判定標(biāo)準(zhǔn)可大致分為三種：⑴絕對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)是用于判斷實(shí)測(cè)振值是否超限的絕對(duì)量值。⑵相對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)軸承的同一部位定期進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，并按時(shí)間先后進(jìn)行比較，以軸承無故障情況下的振值為基準(zhǔn)，根據(jù)實(shí)測(cè)振值與該基準(zhǔn)振值之比來進(jìn)行判斷的標(biāo)準(zhǔn)。67⑶類比判定標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)若干同一型號(hào)的軸承在相同的條件下在同一部位進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，并將振值相互比較進(jìn)行判斷的標(biāo)準(zhǔn)。68注：絕對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)是在規(guī)定的檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上制定的標(biāo)準(zhǔn)，因此必須注意其適用頻率范圍，并且必須按規(guī)定的方法進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)。適用于所有軸承的絕對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)是不存在的，因此一般都是兼用絕對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)、相對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)和類比判定標(biāo)準(zhǔn)。這樣才能獲得準(zhǔn)確、可靠的診斷結(jié)果。（一）振動(dòng)信號(hào)簡易診斷法有以下幾種：A

振幅值診斷法這里所說的振幅值指峰值 均值（對(duì)于簡諧振動(dòng)為半個(gè)周期內(nèi)的平均值，對(duì)于軸承沖擊振動(dòng)為經(jīng)絕對(duì)值處理后的平均值）以及均方根值(有效值)。69診斷的。峰值反映的是某時(shí)刻振幅的最大值，因而

它適用于象表面點(diǎn)蝕損傷之類的具有瞬時(shí)沖擊的故

障診斷。另外，對(duì)于轉(zhuǎn)速較低的情況，也常采用峰

值進(jìn)行診斷。均值用于診斷的效果與峰值基本一樣，其優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)值較峰值穩(wěn)定，但一般用于轉(zhuǎn)速較高

的情況。均方根值是對(duì)時(shí)間平均的，因而它適用于

像磨損之類的振幅值隨時(shí)間緩緩變化的故障診斷。70B波形因數(shù)診斷法波型因數(shù)定義為峰值與均值之比。該值也是用于滾動(dòng)軸承簡易診斷的有效指標(biāo)之一。如圖5-7所示，當(dāng) 值過大時(shí)，表明滾動(dòng)軸承可能有點(diǎn)蝕，而 值過小時(shí)，則有可能發(fā)生了磨損。71概率密度診斷法無故障滾動(dòng)軸承的振幅的概率密度曲線是典型的正態(tài)分布曲線；而一旦出現(xiàn)故障，則概率密度曲線可能出現(xiàn)偏斜或分散的現(xiàn)象。峭度系數(shù)診斷法峭度 定義 為歸一化的4階中心矩，即式中72—振幅均值；—標(biāo)準(zhǔn)差。x—瞬時(shí)振幅P(x)—概率密度；7374峭度系數(shù)診斷法的優(yōu)點(diǎn)：在于與軸承的轉(zhuǎn)速、尺寸和載荷無關(guān)，主要適用于點(diǎn)蝕類故障的診斷。E

沖擊脈沖法（SPM法）沖擊脈沖法（Shock

Pulse

Method）的原理是，滾動(dòng)軸承運(yùn)行中有缺陷（如疲勞剝落、