軸承的故障診斷.ppt

1、軸承的故障診斷,緒言,軸承的故障診斷與狀態(tài)監(jiān)測是機械設備故障診斷技術(shù)的重要內(nèi)容。 旋轉(zhuǎn)機械的故障中軸承的損壞故障約占30%。 軸承的運行質(zhì)量除軸承元件本身的加工質(zhì)量外，軸承的安裝及裝配質(zhì)量影響很大。,滾動軸承的失效形式,疲勞點蝕 : 因受滾動壓應力 磨損: 因受壓力又有與內(nèi)外座圈的相對滑動 腐蝕: 潤滑油中的水分幾其它化學物質(zhì)產(chǎn)生銹蝕 裂紋: 由于磨削或淬火時作用而產(chǎn)生 磨粒磨損: 由于磨屑作用而磨損,滾動軸承的振動,一 、隨機振動 由于滾動元件的不圓度及表面的粗糙度引起； 又由于軸承工作，使不圓度及 表面粗糙度增大。,二 滾動軸承各元件的諧振 受機器的各種振動的激勵而引起,1. 鋼球的諧振頻

2、率FBR fbr=0.848/2r*(E/2)1/2 E彈性模量 N/m2 P滾動元件材料密度 kg/m3 R滾動元件半徑 m,2. 軸承座圈諧振頻率FRR Frr=K* (K2 1)*a-2 ( EIM) -2 a回轉(zhuǎn)軸線到中性軸半徑 m K共振階數(shù) I座圈繞中性軸的慣性矩 m4 M座圈的單位長度的質(zhì)量 kg/m,三 滾動體具有缺陷后的振動,1. 內(nèi)圈有剝落fi=fo/2(1+dcos/D) Z 2. 外圈有剝落 fo= fo/2(1+dcos/D) Z 3. 滾動體剝落 fb= Dfo/d1-(d/D)cos 4. 保持架有故障 fc=fo/2(1- dcos)m,Fo軸承轉(zhuǎn)頻率 Z滾珠個

3、數(shù) d滾珠直徑（參閱左圖） D軸承滾道節(jié)徑 接觸角 m斷裂數(shù) *注：不論元件上剝落坑有多少，頻率不變。,四. 裂紋的擴展,裂紋的產(chǎn)生及在受載工作中繼續(xù)擴展，不但會引起振動，而且能量不會以聲發(fā)射形式釋放出來。,五 軸承各種振動在頻譜中的位置, 各種故障頻率范圍 共振頻率范圍 聲發(fā)射范圍,軸承監(jiān)測與故障診斷方法,1. 振動測試 2. 噪聲測試 3. 溫度測定 4. 油液分析（磨屑分析） 5. 軸承間隙測定 6. 油膜電阻測定,振動（噪聲）頻譜分析法,經(jīng)時域多段平均處理后,50HZ軸頻 36.1HZ保持架通過頻率 200.91HZ外圈通過頻率 380HZ滾動體通過頻率,倒頻譜分析法正常滾動軸承的倒頻

4、譜分析圖,有故障滾動軸承頻譜圖,有故障滾動軸承的倒頻譜分析圖特征值,q19.470MS（105.60HZ）滾珠故障頻率 q237.90MS（26.39HZ）內(nèi)圈故障頻率,三、SPM（SHOCK PULSE METHOD）和IFD（INCIPIENT FAILURE DETECTION）法,原理：對故障所引起的低頻（通常是數(shù)KHZ以內(nèi)）的沖擊脈沖激起了高頻（數(shù)十倍于沖擊頻率）共振波形進行包絡、檢波、低通濾波（即解調(diào)）獲得一個對應于低頻沖擊的而又放大并展寬的共振解調(diào)波形。,共振解調(diào)波的優(yōu)點：,1）剔除了低頻振動干擾 2）含有未知的故障信息（即S/N） 對于共振解調(diào)波后續(xù)處理方法不同，可分為SPM及

5、IFD法,2. SPM法,它是應用共振解調(diào)波的幅值來進行診斷。共振解調(diào)波通過峰值檢波、平均、保持、測得沖擊量值SV。 再用一經(jīng)驗公式獲得均一化沖擊量值 DBN=20log2000SVnD.6,0dB 正常狀態(tài) 顯示在綠框 20dB 不好狀態(tài) 顯示在黃框 35dB 壞的狀態(tài) 顯示在紅框,3. IFD法,該法既應用共振解調(diào)波的幅值又利用它的頻率信息，即對共振解調(diào)波進行FFT后做頻譜分析，尋找上節(jié)中提到的軸承各元件故障對應的頻率。,四、振動的簡易診斷法,可用簡易的測振儀來獲得軸承工況的信息。 可用多種參數(shù)，如波峰因素、峭度、歪度等。,五、接觸電阻法,實例1） 某變速箱輸出軸后軸承（型號50309）滾

6、動體外圈上有點蝕 測試時頻域信號,實例：,1、某變速箱輸出軸后軸承（型號為50309）滾動體外圈有點蝕， 測試時發(fā)現(xiàn)： 時域信號出現(xiàn)調(diào)制峰群,輸入軸轉(zhuǎn)速為1484rpm時：,2258.3Hz為外圈共振頻率 調(diào)制頻率： 34.47Hz外圈故障 23.06Hz滾珠故障,2 同一減速機另一次測振時結(jié)果中間軸軸承（型號50308）,1）、2258.3Hz為外圈共振頻率 2）、34.32Hz為外圈故障通過頻率 3）、53.1Hz為內(nèi)圈故障通過頻率,滑動軸承故障及其診斷,一.滑動軸承的故障,1. 潤滑不良 2. 間隙不當（間隙過大，間隙過小） 3. 軸瓦碰摩,二.潤滑不良引起的振動,1. 半速渦動 j=/

7、 2 軸角頻率 j軸徑中心O 繞軸承中心旋轉(zhuǎn)角頻率，方向同。 一般j / 2 2. 油膜振蕩 當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高到第一臨界轉(zhuǎn)速兩倍時，而 j= /2= r，此時會產(chǎn)生激 烈振動，振幅突然升高。 r 諧振角頻率 3.油液不結(jié)會引起運轉(zhuǎn)不穩(wěn) 指軸與軸瓦間不能形成穩(wěn)定油膜來支撐轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)。,三. 滑動軸承軸瓦間隙不當引起的振動。,1. 間隙過小不能形成穩(wěn)定的油膜層，有小的高頻的振動，間有低頻振動。 * 可以通過瓦溫與回油溫度即可判別。 2. 間隙過大主振頻率為軸頻Fo（與不平衡及平行不對中故障類似）徑向振動大。 3. * 不同處：A）單一方向定向振動（松動是上下的） B）振動隨負荷增大而增大 C）降低油溫

8、回有好轉(zhuǎn) D）頻譜圖上會出現(xiàn)高信頻率成分,四. 滑動軸承軸瓦碰摩引起振動,1. 產(chǎn)生高頻和分頻成分，但不是線性，幅值不穩(wěn)定 2. 與純間隙不當?shù)恼駝?，頻譜更豐富（包括高、低頻） 3. 碰摩愈重，1/2分頻越突出,五. 實例,1. 空壓機 額定轉(zhuǎn)速7560r/min，額定功率4170kW，五塊可傾徑向軸承。 問題：從7000r/min提升7050r/min，壓縮機兩端產(chǎn)生振動，主頻在1/3Fo，即使再降低轉(zhuǎn)速每明顯好轉(zhuǎn)。,空壓機結(jié)構(gòu)及測點布置,處理：把油溫降低50C 反應：振動值下降從160m降至150m，主頻轉(zhuǎn)為Fo 判定：由于油膜不潔而不穩(wěn)定，引起軸瓦和軸徑干摩擦，潤滑不良 維修：把油過濾除

9、去油中雜質(zhì)及水分 效果：一切正常,2. 空壓機,額定功率2500kW，額定轉(zhuǎn)速8290r/min，五塊可傾徑向軸承,圖：振動故障頻譜圖,問題：開車后發(fā)生間隔2小時的間歇振動，且振動循環(huán)周期越來越短，603ch達滿量程，主導頻率為軸頻F0，體現(xiàn)定向振動最后只得降負荷降轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。 判定：軸瓦間隙不當（過大）,3. 富氧壓縮機,額定轉(zhuǎn)速12552r/min 問題：汽輪機靠聯(lián)軸節(jié)端9號瓦振動偏高,空氣壓縮機組結(jié)構(gòu)圖,機組故障頻譜圖（9瓦垂直）,分析及處理：在譜圖上除F0處有來窗的2.3高倍頻成分隨負荷增大，振動值明顯增大 判定：軸瓦間隙過大 解體觀察：9號軸瓦軸承座下面固定螺栓松脫，造成軸瓦松動，使間

10、隙偏大,4. 循環(huán)機壓縮機,額定功率1860KW，額定轉(zhuǎn)速72094R/MIN，五塊可傾瓦徑向軸承,循環(huán)氣壓縮機組結(jié)構(gòu)圖,振動故障頻譜圖,問題：,壓縮機曾進水并造成機組功率突然提高，排水后重新開車，振動惡化。 在800ch，振值由4m增到10m 在801ch，振值達滿量程 但機組軸瓦溫度及潤滑油溫度沒變化,測定：,二頻F0振值明顯增大，在1/2 F0 處出現(xiàn)低值寬帶，但振值不穩(wěn)定，機組負荷由80%提高到85%時，全頻道振值增大，在1/2處振幅增大更明顯。,判定：,由于進水后，機組功率增大，造成轉(zhuǎn)子與末端軸瓦摩碰，使支撐油膜破壞引起激烈振動，隨負荷增加情況惡化。 開機檢查：五塊瓦均有不同程度研磨

11、,六.實驗分析,用短時付氏變換 S(t.f）=-+x(t)h(t-)e2jfd,分析實驗結(jié)果：,1. 非接觸摩擦（有潤滑油）：大多分布在3KHz以下,非接觸摩擦階段的振動信號,非接觸摩擦階段的短時付立葉變換譜陣,2. 輕度摩擦,（停油，留有一定油量，軸承間油膜時有破裂，軸與軸承短暫接觸）無論頻率還是幅值波動較大，主頻大致在6KHZ到10KHZ,輕度摩擦階段的振動信號,輕度摩擦階段的短時付立葉變換譜陣,3. 嚴重摩擦,（油膜完全破裂，軸與軸承持續(xù)接觸） 由于軸與軸承連續(xù)接觸，接觸面較大，摩擦力的沖擊則較小且穩(wěn)定，所以振值反而比輕度摩擦微笑且平穩(wěn)，其主頻大致在6KHZ左右。,嚴重摩擦階段的振動信號

12、,嚴重摩擦階段的短時付立葉變換譜陣,七. 小經(jīng)驗介紹：,1. 某廠在長年監(jiān)測基礎上得出了一條非常有效而實用的經(jīng)驗：在軸承座的鉛垂方向和水平方向同時監(jiān)測其振動值時，由于軸承座的水平方向剛性小，因此一般來講水平方向振動值大于鉛垂方向。 一旦鉛垂方向的振值水平方向的振值時，則軸瓦振裂。 由于軸瓦振裂，間隙增大，剛性減小會出現(xiàn)各種振動頻率成分，并使整個振動振幅增大。,2. 軸承運轉(zhuǎn)聲音的診斷,設備開動，各部軸承都在飛速運轉(zhuǎn)，必然產(chǎn)生各種聲響。這些聲響中，有的屬于正常的聲響，有的則屬于異常聲響。異常的聲響表現(xiàn)為滾動軸承或滑動軸承的故障先兆或是故障正在形成，或已經(jīng)發(fā)生。因此，我們就要通過各種聲響，采取不同

13、的辦法加以排除，以保證設備正常運行。,滾動軸承或滑動軸承在運轉(zhuǎn)中，其正常的工作狀態(tài)是：運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、輕快、無停滯現(xiàn)象，發(fā)出的聲音和諧，而無任何雜音。如為“嘩嘩”聲音，均勻連續(xù)而無間斷，則為正常的聲響，亦說明潤滑良好。若有下列聲響者，就是潤滑不良的聲音或其他故障聲響：如“咝咝”的聲音：是軸承內(nèi)加脂量不夠，缺少油脂所致，正確的是油的粘度應高些，填充空隙在1/21/3之間，潤滑油面的高度一般不超過最低的一個鋼球的中心線。,“咝咝、沙沙”的聲音，是設備停機時間過長或是軸承徑向間隙過小，形成不了良好的潤滑油膜，應清洗調(diào)整。 “嘩嘩”的聲音中有周期性的“嗬羅！嗬羅”聲音，則表明內(nèi)外圈滾道出現(xiàn)傷痕、溝槽、銹蝕斑點等現(xiàn)象。,“哽哽”聲音，且不連續(xù)，則說明滾動軸承保持架或內(nèi)外圈有裂紋，經(jīng)過運轉(zhuǎn)沖擊裂紋加深加大，是潤滑不良所致。 “嚓嚓！”的聲音，且極規(guī)則，不均勻，則說明裝配時或保養(yǎng)中掉入雜物，即鐵屑、砂粒或潤滑油不干凈，加油時帶入的雜質(zhì)。,“沙沙！”的連續(xù)且不規(guī)則的聲音，有可能是內(nèi)圈有軸配合過松，或外圈與軸承孔配合過松所致。 “刺耳的嘯叫”聲音，且設備振動也較大，則是潤滑不良，干摩擦，或滾動件局部接觸過緊，內(nèi)外滾道偏