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1、 机械设备故障诊断技术机械设备故障诊断技术 -滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断北京科技大学机械工程学院黎敏阳建宏2022/10/272滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断l概述概述l滚动轴承故障形式与原因滚动轴承故障形式与原因l滚动轴承的振动机理滚动轴承的振动机理l滚动轴承的故障诊断技术滚动轴承的故障诊断技术3概述概述l滚动轴承是旋转机械中的重要零件滚动轴承是旋转机械中的重要零件l滚动轴承的优点滚动轴承的优点n摩擦系数小，运动精度高n对润滑剂的黏度不敏感，多数滚动轴承可使用润滑脂n低速下也能承受载荷n产品已经国际标准化，易于大批量生产，成本低廉，互换性好l滚动轴承的缺点滚动轴承的缺点n承受冲击的能
2、力差n滚动体上的载荷分布不均匀4概述概述l滚动轴承的组成滚动轴承的组成n外圈n内圈n滚动体n保持架l按承载方向分类按承载方向分类n向心轴承n推力轴承n向心推力轴承5概述概述l滚动轴承的安装滚动轴承的安装n冷压法和热套法n压力机、手锤和套筒、润滑剂、加热器等l滚动轴承的拆卸滚动轴承的拆卸n使用专门的拆卸工具6滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断l概述概述l滚动轴承故障形式与原因滚动轴承故障形式与原因l滚动轴承的振动机理滚动轴承的振动机理l滚动轴承的故障诊断技术滚动轴承的故障诊断技术 疲劳剥落疲劳剥落 磨损磨损 锈蚀锈蚀 塑性变形塑性变形 断裂断裂 胶合胶合 保持架损坏保持架损坏7常见故障形式常见故障
3、形式l疲劳剥落疲劳剥落n原因内外滚道和滚动体表面既承承受受载载荷荷又又相相对对滚滚动动，交变载荷的作用，在表面下一定深度处形成裂纹，裂纹扩展到接触表面使表层发生剥落坑n后果造成运转时的冲击载荷、振动和噪声加剧滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断常见故障形式及原因常见故障形式及原因内圈疲劳失效外圈疲劳失效8常见故障形式常见故障形式l疲劳剥落疲劳剥落n是轴承失效的主要形式n一般所说的轴承寿命就是指轴承的疲劳寿命疲劳寿命n滚动轴承的额定寿命在滚道或滚动体上出现面积为2的疲劳剥落坑就认为轴承寿命终结同一批轴承中，最高寿命与最低寿命可以相差几十倍甚至上百倍，因此正确诊断轴承故障可以合理利用轴承的寿命滚动轴承
4、故障诊断滚动轴承故障诊断常见故障形式及原因常见故障形式及原因9常见故障形式常见故障形式l磨损磨损n原因尘埃、异物的侵入润滑不良n后果轴承游隙增大，表面粗糙度增加轴承运转精度降低，振动和噪声增大滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断常见故障形式及原因常见故障形式及原因10常见故障形式常见故障形式l锈蚀锈蚀n原因水分或酸、碱性物质的侵入轴承停止工作后，轴承温度下降，空气中的水分凝结电流通过，引起电火花而产生电蚀n后果高精度轴承由于表面锈蚀导致精度丧失而不能正常工作滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断常见故障形式及原因常见故障形式及原因11常见故障形式常见故障形式滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断常见故障形式及
5、原因常见故障形式及原因l塑性变形塑性变形n原因：原因：轴承受到过大的冲击载荷或静载荷轴承受到过大的冲击载荷或静载荷硬度很高的异物侵入硬度很高的异物侵入n后果：后果：运转过程中产生剧烈的振动和噪声运转过程中产生剧烈的振动和噪声压痕引起的冲击载荷会进一步引起附近表面的剥落压痕引起的冲击载荷会进一步引起附近表面的剥落l胶合胶合n原因原因:在润滑不良、高速重载情况下工作时，由于摩擦发热，轴承零在润滑不良、高速重载情况下工作时，由于摩擦发热，轴承零件可以在极短时间内达到很高的温度，使一个表面上的金属粘件可以在极短时间内达到很高的温度，使一个表面上的金属粘附到另一个表面上附到另一个表面上n后果后果:出现压
6、痕，产生剥落区出现压痕，产生剥落区12常见故障形式常见故障形式滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断常见故障形式及原因常见故障形式及原因l保持架损坏保持架损坏n原因：原因：由于装配或使用不当可能会引起保持架发生变形由于装配或使用不当可能会引起保持架发生变形n后果：后果：保持架和滚动体之间的摩擦增大，甚至使某些滚动体卡死不能滚动，保持架和滚动体之间的摩擦增大，甚至使某些滚动体卡死不能滚动，也有可能造成保持架与内外圈发生摩擦也有可能造成保持架与内外圈发生摩擦会进一步使振动、噪声与发热加剧，导致轴承损坏会进一步使振动、噪声与发热加剧，导致轴承损坏l断裂断裂n原因：原因：过高的载荷可能引起轴承零件断裂过高的
7、载荷可能引起轴承零件断裂金属材料有缺陷和热处理不良金属材料有缺陷和热处理不良转速过高，润滑不良转速过高，润滑不良n后果：后果：轴承出现裂纹，加速劣化轴承出现裂纹，加速劣化13常见故障原因综述常见故障原因综述l装配不当装配不当l润滑不良润滑不良l腐蚀腐蚀n水分和异物侵入n征兆是在滚道、滚子、保持架或其他位置出现红棕色区域l过热过热n征兆是滚道，球和保持架变色，从金色变为蓝色n温度超过400F（204）使滚道和滚动体材料退火n硬度降低导致轴承承重降低和早期失效n严重情况下引起变形，另外温升高会降低和破坏润滑性能l过载过载n引起过早疲劳（包括过紧配合，布氏硬度凹痕和预负荷）滚动轴承故障诊断滚动轴承故
8、障诊断常见故障形式及原因常见故障形式及原因14滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断l概述概述l滚动轴承故障形式与原因滚动轴承故障形式与原因l滚动轴承的振动机理滚动轴承的振动机理l滚动轴承的故障诊断技术滚动轴承的故障诊断技术疲劳剥落疲劳剥落磨损磨损锈蚀锈蚀塑性变形塑性变形断裂断裂胶合胶合保持架损坏保持架损坏 装配不装配不当当 润滑不润滑不良良 腐蚀腐蚀 过热过热 过载过载15滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断l概述概述l滚动轴承故障形式与原因滚动轴承故障形式与原因l滚动轴承的振动机理滚动轴承的振动机理l滚动轴承的故障诊断技术滚动轴承的故障诊断技术 轴承结构特点引起的振动轴承结构特点引起的振动 轴承制造
9、装配原因引起的振动轴承制造装配原因引起的振动 故障缺陷引起的振动故障缺陷引起的振动16l轴承结构特点引起的振动轴承结构特点引起的振动n滚动轴承承载时，由于不同的位置承承载载的的滚滚动动体体数数目目不不同同，因而承载刚度承载刚度会有变化，引起轴心的起伏波动n采用游隙较小的轴承或加预紧力可减小此振动滚动轴承的承载刚度和滚子位置的关系振动原因分析振动原因分析滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断振动机理振动机理17l轴承的装配制造原因引起的振动轴承的装配制造原因引起的振动n在轴承制造过程中，加工设备的振动而产生加工面的波纹度波纹度n滚动体大小不均匀滚动体大小不均匀引起轴心摆动振动原因分析振动原因分析滚动轴
10、承故障诊断滚动轴承故障诊断振动机理振动机理18滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断l概述概述l滚动轴承故障形式与原因滚动轴承故障形式与原因l滚动轴承的振动机理滚动轴承的振动机理l滚动轴承的故障诊断技术滚动轴承的故障诊断技术 轴承结构特点引起的振动轴承结构特点引起的振动 轴承制造装配原因引起的振动轴承制造装配原因引起的振动 故障缺陷引起的振动故障缺陷引起的振动n 磨损磨损n 偏心偏心n 胶合胶合n 疲劳剥落损伤疲劳剥落损伤n 内滚道损伤内滚道损伤n 外滚道损伤外滚道损伤n 滚动体损伤滚动体损伤19l轴承磨损轴承磨损n随着磨损的进行，振动加速度峰值和RMS值缓慢上升，振动信号呈现较强的随机性n峰值与R
11、MS值的比值从5左右逐渐增加到6轴承磨损时振动加速度振动原因分析振动原因分析-故障缺陷引起的振动故障缺陷引起的振动滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断振动机理振动机理20l严重磨损导致轴承偏心严重磨损导致轴承偏心n轴承出现偏心，当轴旋转时，轴心便会绕外圈中心摆动振动原因分析振动原因分析-故障缺陷引起的振动故障缺陷引起的振动滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断振动机理振动机理21l胶合胶合n在A点以前，振动加速度略微下降，温度缓慢上升nA点之后振动值急剧上升，而温度却还有些下降，这一段轴承表面状态已恶化n在B点之前，轴承中已有明显的金属与金属的直接接触和短暂的滑动nB点之后有更频繁的金属之间直接接触及滑
12、动，润滑剂恶化甚至发生炭化，直至发生胶合从图中可以看出，振振动动值值比比温温度度能能更更早早地地预预报报胶胶合合的的发发生生，由此可见轴承振动是一个比较敏感的故障参数振动原因分析振动原因分析-故障缺陷引起的振动故障缺陷引起的振动滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断振动机理振动机理振动振动温度温度22l疲劳剥落损伤疲劳剥落损伤n当轴承零件上产生了疲劳剥落坑后，在轴承运转中会因为碰撞而产生冲击脉冲n钢球冲击过程在碰撞点产生很大的冲击加速度(a图和b图)，大小和冲击速度成正比构件变形产生衰减自由振动(c图)振动频率取决于系统的结构，为其固有频率(d图)振幅的增加量A也与冲击速度成正比振动原因分析振动原因
13、分析-故障缺陷引起的振动故障缺陷引起的振动滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断振动机理振动机理a23l疲劳剥落损伤疲劳剥落损伤n疲劳剥落故障轴承的振动信号nT取决于碰撞频率，T=1/f碰振动原因分析振动原因分析-故障缺陷引起的振动故障缺陷引起的振动滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断振动机理振动机理24l轴承外滚道损伤轴承外滚道损伤l轴承内滚道损伤轴承内滚道损伤l滚动体损伤滚动体损伤振动原因分析振动原因分析-故障缺陷引起的振动故障缺陷引起的振动滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断振动机理振动机理25滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断l概述概述l滚动轴承故障形式与原因滚动轴承故障形式与原因l滚动轴承的振动机理
14、滚动轴承的振动机理l滚动轴承的故障诊断技术滚动轴承的故障诊断技术 轴承结构特点引起的振动轴承结构特点引起的振动 轴承制造装配原因引起的振动轴承制造装配原因引起的振动 故障缺陷引起的振动故障缺陷引起的振动26滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断l概述概述l滚动轴承故障形式与原因滚动轴承故障形式与原因l滚动轴承的振动机理滚动轴承的振动机理l滚动轴承的故障诊断技术滚动轴承的故障诊断技术振动测量振动测量简易诊断简易诊断精密诊断精密诊断测点选择测点选择传感器选择传感器选择传感器安装传感器安装测量参数设定测量参数设定27振动测量振动测量l测点的选择测点的选择n测量点应尽量靠近被测轴承的承承载载区区，应尽量减少
15、中间传递环节，探测点离轴承外圈的距离越近越直接越好n应尽量考虑在水平（x）、垂直（y）和轴向（z）三个方向上进行振动检测滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术止推轴承止推轴承28振动测量振动测量l传感器的选择与固定方式传感器的选择与固定方式n滚动轴承的振动可能是频率为1kHz以下的低频脉动，也有可能是频率在1kHz以上，数千赫兹甚至数十千赫兹的高频振动，通常二者皆有n传感器获取的信号应同时覆盖上述两个频带应同时覆盖上述两个频带n传感器的尺寸和重量应尽可能小n建议采用钢制螺栓固定29振动测量振动测量l分析谱带的选择分析谱带的选择n低频段低频段低频率段指1kHz以下的频率范围一般
16、可以采用低通滤波器（例如截止频率fb1kHz）滤去高频成分后再作频谱分析此法可直接观察频谱图上相应的特征谱线，做出判断这个频率范围容易受到机械及电源干扰，并且在故障初期反映故障的频率成分在低频段的能量很小。因此，信噪比低，故障检测灵敏度差n中频段中频段中频段指1k20kHz频率范围使用截止频率为1kHz的高通滤波器滤去1kHz以下的低频成分，以消除机械干扰；用信号的峰值、RMS值或峭度指标作为监测参数使用带通滤波器提取轴承零件或结构零件的共振频率成分，用通带内的信号总功率作为监测参数滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术30振动测量振动测量l分析谱带的选择分析谱带的选择n高频
17、段高频段高频率段指2080kHz频率范围轴承故障引起的冲击有很大部分冲击能量分布在高频段如果采用合适的加速度传感器和固定方式保证传感器较高的谐振频率，利用传感器的谐振或电路的谐振增强所得到衰减振动信号，对故障诊断非常有效瑞典的冲击脉冲计（SPM）和美国首创的IFD法就是利用这个频段滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术31滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断l概述概述l滚动轴承故障形式与原因滚动轴承故障形式与原因l滚动轴承的振动机理滚动轴承的振动机理l滚动轴承的故障诊断技术滚动轴承的故障诊断技术振动测量振动测量简易诊断简易诊断精密诊断精密诊断获取数据获取数据 常用特征值常用特征值
18、 波峰因数波峰因数 波形因数波形因数 概率密度概率密度 峭度峭度 SPM32简易诊断简易诊断l目的目的n简易诊断：判断滚动轴承是否出现了故障n精密诊断：判断故障轴承的故障类别及原因l滚动轴承故障的简易标准滚动轴承故障的简易标准 n绝对判定标准绝对判定标准绝对判定标准是指用于判断实测振值是否超限的绝对量值n相对判定标准相对判定标准对轴承的同一部位定期进行振动检测，并按时间先后进行比较，以轴承无故障情况下的振值为基准，根据实测振值与该基准振值之比来进行判断的标准滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术33简易诊断简易诊断l振动信号简易诊断法振动信号简易诊断法 n振幅值诊断法振幅值指
19、峰值峰值、均方根值均方根值峰值反映的是某时刻振幅的最大值，因而它适用于像表面点蚀损伤之类的具有瞬时冲击的故障诊断；对于转速较低的情况（如300r/min以下），也常采用峰值进行诊断均方根值是对时间平均的，因而它适用于像磨损之类的振幅值随时间缓慢变化的故障诊断滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术34简易诊断简易诊断l振动信号简易诊断法振动信号简易诊断法 n波形因数诊断法波形因数：峰值与均值之比波形因数：峰值与均值之比当波形因数值过大时，表明滚动轴承可能有点蚀；而波形因数小时，则有可能发生了磨损滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术35简易诊断简易诊断l振动信
20、号简易诊断法振动信号简易诊断法 n波峰因数诊断法波峰因数：峰值与均方根值之比波峰因数：峰值与均方根值之比不受轴承尺寸、转速及载荷的影响，也不受传感器、放大器等一、二次仪表灵敏度变化的影响当滚动轴承无故障无故障时，Xp/Xrms，为一较小的稳定值一旦轴承出现了损损伤伤，则会产生冲击信号，振动峰值明显增大，但此时均方根值尚无明显的增大，故Xp/Xrms增大当故故障障不不断断扩扩展展，峰值逐步达到极限值后，均方根值则开始增大，Xp/Xrms逐步减小，直至恢复到无故障时的大小滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术36简易诊断简易诊断l振动信号简易诊断法振动信号简易诊断法 n峭度系数诊
21、断法振幅满足正态分布规律的无故障轴承，其峭度值约为3。随着故障的出现和发展，峭度值具有与波峰因数类似的变化趋势与轴承的转速、尺寸和载荷无关，主要适用于点蚀类故障的诊断适用于点蚀类故障的诊断滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术实验中第74h轴承发生了疲劳破坏，峭度系数由3上升到6，而此时峰值和RMS值尚无明显增大故障进一步恶化后，峰值、RMS值才有所反映37简易诊断简易诊断l振动信号简易诊断法振动信号简易诊断法 n概率密度诊断法概率密度诊断法无故障轴承：典型正态分布曲线有故障轴承：概率密度曲线可能出现偏斜或分散滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术38获取数
22、据获取数据振动测量振动测量简易诊断简易诊断精密诊断精密诊断 常用特征值常用特征值 波峰因数波峰因数 波形因数波形因数 概率密度概率密度 峭度峭度 SPM 轴承结构特点引起的振动轴承结构特点引起的振动 轴承刚度非线性引起的振动轴承刚度非线性引起的振动 轴承制造装配原因引起的振动轴承制造装配原因引起的振动 故障缺陷引起的振动故障缺陷引起的振动疲劳剥落疲劳剥落磨损磨损锈蚀锈蚀塑性变形塑性变形断裂断裂胶合胶合保持架损坏保持架损坏 装配不装配不当当 润滑不润滑不良良 腐蚀腐蚀 过热过热 过载过载滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断l概述概述l滚动轴承故障形式与原因滚动轴承故障形式与原因l滚动轴承的振动机理滚
23、动轴承的振动机理l滚动轴承的故障诊断技术滚动轴承的故障诊断技术39l冲击脉冲诊断法冲击脉冲诊断法(SPM,即即Shock Pulse Method)n特点无须专业人员进行分析，可直接得到轴承损伤程度诊断快捷、准确，可作为滚动轴承监测的主要手段同样适用于低转速轴承可轻易获得轴承早期故障信息滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术简易诊断简易诊断-SPM40l冲击脉冲诊断法冲击脉冲诊断法(SPM,即即Shock Pulse Method)n冲击脉冲由于接触面上的物体发生碰撞而产生的振动与振动不同：振动是连续的；冲击脉冲是断续的；n冲击能量的大小取决于物体碰撞时的冲击速度物体表面的凹
24、凸不平度滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术简易诊断简易诊断-SPM冲击脉冲的强弱反冲击脉冲的强弱反映了故障程度映了故障程度41l冲击脉冲诊断法冲击脉冲诊断法(SPM,即即Shock Pulse Method)滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术简易诊断简易诊断-SPM42l冲击脉冲诊断法冲击脉冲诊断法(SPM,即即Shock Pulse Method)n微弱冲击容易被淹没在噪声中UnbalancePeaks around the resonans frequencyBand pass filterbearing damageunbalances简易诊断
25、简易诊断-SPM43l冲击脉冲诊断法冲击脉冲诊断法(SPM,即即Shock Pulse Method)001.0.100.1Signal after band pass filter 0.1After envelopAfter rectifying简易诊断简易诊断-SPM44l冲击脉冲诊断法冲击脉冲诊断法(SPM,即即Shock Pulse Method)Frequency domain简易诊断简易诊断-SPMTime domainFFT45l冲击脉冲诊断法冲击脉冲诊断法(SPM,即即Shock Pulse Method)ndBsv：衡量冲击脉冲能量强度的绝对值ndBi：滚动轴承初始值ndBN
26、：评定滚动轴承工作状态简易诊断简易诊断-SPM46l冲击脉冲诊断法冲击脉冲诊断法(SPM,即即Shock Pulse Method)n标准冲击能量(dBN):总冲击能量与初始冲击能量之差n0dBN20dB正常状态，轴承工作状态良好20dBdBN35dB注意状态，轴承有初期损伤35dBdBN60dB警告状态，轴承已有明显损伤滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术简易诊断简易诊断-SPM47l冲击脉冲诊断法冲击脉冲诊断法(SPM,即即Shock Pulse Method)滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断故障诊断技术故障诊断技术简易诊断简易诊断-SPM评价指标评价指标分析流程分析流
27、程方法原理方法原理研究对象研究对象48滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断l概述概述l滚动轴承故障形式与原因滚动轴承故障形式与原因l滚动轴承的振动机理滚动轴承的振动机理l滚动轴承的故障诊断技术滚动轴承的故障诊断技术振动测量振动测量简易诊断简易诊断精密诊断精密诊断获取数据获取数据 常用特征值常用特征值 波峰因数波峰因数 波形因数波形因数 概率密度概率密度 峭度峭度 SPM49l几何参数几何参数nZ滚珠个数nd滚珠直径nD轴承滚道节径n接触角nr1内圈滚道半径nr2外圈滚道半径滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断精密诊断精密诊断精密诊断精密诊断50精密诊断精密诊断l滚动轴承特征频率滚动轴承特征频率滚动轴承
28、故障诊断滚动轴承故障诊断精密诊断精密诊断保持架旋转频率滚动体的公转频率滚动体通过外圈一点的频率滚动体通过内圈一点的频率内圈旋转频率内外圈相对旋转频率51n 内圈故障频率：内圈故障频率：fi zfrn 外圈故障频率：外圈故障频率：fo zfrn 保持架故障频率：保持架故障频率：fc frn 滚动体故障频率：滚动体故障频率：fb zfr (z 10)n 外圈与保持架关系：外圈与保持架关系：fo=zfcn 外圈与内圈关系：外圈与内圈关系：fo+fi=zfrl 故障频率经验公式故障频率经验公式(fr 为转频；z为滚动体个数)精密诊断精密诊断滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断精密诊断精密诊断fifofbf
29、rfc52精密诊断精密诊断l关于特征频率的几点说明：关于特征频率的几点说明：n公式计算时假设外圈与轴承座没有相对运动公式计算时假设外圈与轴承座没有相对运动n实际频率与上述理论计算值会有出入，所以在谱图上寻找实际频率与上述理论计算值会有出入，所以在谱图上寻找各特征频率时应找其近似值来判断各特征频率时应找其近似值来判断n公式是指公式是指“一个剥落坑一个剥落坑”时，若有时，若有n个剥落坑，仍是此公式个剥落坑，仍是此公式n特征频率都是轴工作转速的非同步频率特征频率都是轴工作转速的非同步频率滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断精密诊断精密诊断n 内圈故障频率：内圈故障频率：fi zfrn 外圈故障频率：外圈
30、故障频率：fo zfrn 保持架故障频率：保持架故障频率：fc frn 滚动体故障频率：滚动体故障频率：fb zfr (z 10)53n滚滚动动体体产产生生损损伤伤时时，缺缺陷陷部部位位通通过过内内圈圈或或外外圈圈滚滚道道表表面面时时会会产产生冲生冲击击振振动动n滚动轴滚动轴承无径向承无径向间间隙隙时时，会，会产产生生频频率率为为nZfb的冲的冲击击振振动动n有有径径向向间间隙隙时时，根根据据损损伤伤部部位位与与内内圈圈或或外外圈圈发发生生冲冲击击接接触触的的位置不同，会位置不同，会发发生以保持架旋生以保持架旋转频转频率率fc 进进行行振幅振幅调调制制的情况。的情况。精密诊断精密诊断滚动轴承故
31、障诊断滚动轴承故障诊断精密诊断精密诊断l 轴承滚动体故障轴承滚动体故障54n 内内滚滚道道产产生生损损伤伤时时，如如剥剥落落、裂裂纹纹、点点蚀蚀等等，若若滚滚动动轴无径向间隙，会产生频率为轴无径向间隙，会产生频率为 nZfi 的冲击振动的冲击振动n 通通常常滚滚动动轴轴承承都都有有径径向向间间隙隙，且且为为单单边边载载荷荷，根根据据损损伤伤部部分分与与滚滚动动体体发发生生冲冲击击接接触触的的位位置置不不同同，振振动动的的振振幅幅会发生周期性的变化，即发生会发生周期性的变化，即发生振幅调制振幅调制。l 轴承内圈故障轴承内圈故障精密诊断精密诊断滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断精密诊断精密诊断55l
32、 轴承外圈故障轴承外圈故障n 外滚道产生损伤时，在滚动体通过时也会产生冲击振动外滚道产生损伤时，在滚动体通过时也会产生冲击振动n 由于损伤的位置与载荷方向的相对位置关系是一定的，由于损伤的位置与载荷方向的相对位置关系是一定的，所以所以不存在振幅调制的情况不存在振幅调制的情况精密诊断精密诊断滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断精密诊断精密诊断56n 滚动轴承如果存在润滑不良造成的干磨擦故障，在时滚动轴承如果存在润滑不良造成的干磨擦故障，在时域波形中会出现削波现象域波形中会出现削波现象l 轴承摩擦轴承摩擦精密诊断精密诊断滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断精密诊断精密诊断57滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊
33、断u某厂煤粉1#废气风机轴承故障诊断u某厂大脱硫风机轴承故障诊断58滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断u 废气风机设备简图及测点布置图废气风机设备简图及测点布置图 u 设备参数设备参数 l 电机转速电机转速 943 r/minl 电机容量电机容量 630kwl 测点测点3轴承型号轴承型号 SKF22230l滚动体个数滚动体个数21废气风机诊断案例废气风机诊断案例 u 计算特征频率计算特征频率 l 转频转频 fr=943/60=15.72 Hzl 内圈故障频率内圈故障频率 fr=0.6*Z*frHzl 外圈故障频率外圈故障频率fo=0.4*Z*frHz59滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断u 幅域特
34、征值分析幅域特征值分析（单位：（单位：mm/s）测点测试日期垂直V水平H轴向A32007.08.101.081.902.792007.08.212.252.097.64超过超过ISO2372国际标国际标准中准中“C”级振动强级振动强度等级度等级7.1 mm/s，属，属于于“不满意不满意”状态状态 1.幅域分析幅域分析2.频域分析频域分析 2.1 垂直方向 2.1.1 低频段分析 2.1.2 共振解调分析 2.2 轴向 2.2.1 低频段分析 2.3.2 共振解调分析3.时域分析时域分析诊诊 断断 流流 程程废气风机诊断案例废气风机诊断案例 60滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断转频及谐波非同步频
35、率及谐波u 测点测点3 V 低频分析低频分析非同步频率及谐波转频及谐波特征频率幅值增大特征频率幅值增大4倍倍1.幅域分析幅域分析2.频域分析频域分析 2.1 垂直方向 2.1.1 低频段分析低频段分析 2.1.2 共振解调分析 2.2 轴向 2.2.1 低频段分析 2.3.2 共振解调分析3.时域分析时域分析诊诊 断断 流流 程程废气风机诊断案例废气风机诊断案例 610.40.30.20.10滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断u 测点测点3 V 共振解调分析共振解调分析故障频率及谐波故障频率及谐波被16.56Hz频率调制特征频率幅值增大，并特征频率幅值增大，并被转频所调制被转频所调制1.幅域分析
36、幅域分析2.频域分析频域分析 2.1 垂直方向 2.1.1 低频段分析 2.1.2 共振解调分析共振解调分析 2.2 轴向 2.2.1 低频段分析 2.3.2 共振解调分析3.时域分析时域分析诊诊 断断 流流 程程0废气风机诊断案例废气风机诊断案例 62滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断u 测点测点3 A 低频分析低频分析非同步频率及谐波调制频率故障频率及谐波转频的边带097531特征频率幅值增大特征频率幅值增大4倍倍1.幅域分析幅域分析2.频域分析频域分析 2.1 垂直方向 2.1.1 低频段分析 2.1.2 共振解调分析 2.2 轴向 2.2.1 低频段分析低频段分析 2.3.2 共振解调分
37、析3.时域分析时域分析诊诊 断断 流流 程程废气风机诊断案例废气风机诊断案例 63滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断u 测点测点3 A 共振解调分析共振解调分析转频及其谐波故障频率及其谐波转频及其谐波故障频率及其谐波00特征频率幅值明显增大特征频率幅值明显增大1.幅域分析幅域分析2.频域分析频域分析 2.1 垂直方向 2.1.1 低频段分析 2.1.2 共振解调分析 2.2 轴向 2.2.1 低频段分析 2.3.2 共振解调分析共振解调分析3.时域分析时域分析诊诊 断断 流流 程程废气风机诊断案例废气风机诊断案例 64滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断1.幅域分析幅域分析2.频域分析频域分析 2.
38、1 垂直方向 2.1.1 低频段分析 2.1.2 共振解调分析 2.2 轴向 2.2.1 低频段分析 2.3.2 共振解调分析3.时域分析时域分析诊诊 断断 流流 程程u 测点测点3 A 时域分析时域分析削波现象削波处废气风机诊断案例废气风机诊断案例 65滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断1.幅域分析幅域分析2.频域分析频域分析 2.1 垂直方向 2.1.1 低频段分析 2.1.2 共振解调分析 2.2 轴向 2.2.1 低频段分析 2.3.2 共振解调分析3.时域分析时域分析诊诊 断断 流流 程程u 诊断结论诊断结论l 经过两次测量比较，轴承故障特征频率经过两次测量比较，轴承故障特征频率增长显
39、著，增长显著，且且带转轴边带带转轴边带。根据计算故障频率根据计算故障频率是轴承外圈特征频率，因是轴承外圈特征频率，因此此可以确定轴承外圈出现故障可以确定轴承外圈出现故障 l 滚动体与内圈或外圈局部有碰磨现象，从而造成轴滚动体与内圈或外圈局部有碰磨现象，从而造成轴承温度升高承温度升高u 生产验证生产验证点蚀严重点蚀严重废气风机诊断案例废气风机诊断案例 66滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断诊断案例诊断案例 u某厂煤粉1#废气风机轴承故障诊断u某厂大脱硫风机轴承故障诊断67滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断大脱硫风机诊断案例大脱硫风机诊断案例 u 大脱硫风机设备简图及测点布置图大脱硫风机设备简图及测点
40、布置图 u 设备参数设备参数 l 电机转速电机转速 850 r/minl 液力耦合器输入轴转速液力耦合器输入轴转速850r/min、输出轴转速、输出轴转速 740 r/minl风机两测滚动轴承型号：风机两测滚动轴承型号：22344CAl 滚动体个数滚动体个数13u 计算特征频率计算特征频率 l 转频转频 fr=740/60=12.33 Hzl 内圈故障频率内圈故障频率 fr=0.6*Z*frHzl 外圈故障频率外圈故障频率fo=0.4*Z*frHz68滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断u 幅域特征值分析幅域特征值分析（单位：（单位：mm/s）测点测试日期垂直V水平H轴向A32006.9.132.
41、983.055.312007.1.295.003.527.75超过ISO2372国际标准中“C”级振动强度等级7.1 mm/s，属于“不满意不满意”状态 1.幅域分析幅域分析2.频域分析频域分析 2.1 垂直方向 2.1.1 高频段分析 2.1.2 低频段分析 2.1.3 共振解调分析 2.2 水平方向 2.2.1 高频段分析 2.2.2 低频段分析 2.3.3 共振解调分析3.时域分析时域分析诊诊 断断 流流 程程大脱硫风机诊断案例大脱硫风机诊断案例 69滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断u 测点测点3 V 高频分析高频分析1.幅域分析幅域分析2.频域分析频域分析 2.1 垂直方向 2.1.1
42、 高频段分析高频段分析 2.1.2 低频段分析 2.1.3 共振解调分析 2.2 水平方向 2.2.1 高频段分析 2.2.2 低频段分析 2.3.3 共振解调分析3.时域分析时域分析诊诊 断断 流流 程程RMS Acceleration in G-s自由能量加大自由能量加大幅值增大幅值增大大脱硫风机诊断案例大脱硫风机诊断案例 70RMS Acceleration in G-s2004006008001000滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断u 测点测点3 V 低频分析低频分析1.幅域分析幅域分析2.频域分析频域分析 2.1 垂直方向 2.1.1 高频段分析 2.1.2 低频段分析低频段分析 2
43、.1.3 共振解调分析 2.2 水平方向 2.2.1 高频段分析 2.2.2 低频段分析 2.3.3 共振解调分析3.时域分析时域分析诊诊 断断 流流 程程非同步频率及谐波非同步频率及谐波非同步频率及谐波非同步频率及谐波大脱硫风机诊断案例大脱硫风机诊断案例 7112963RMS Acceleration in G-s02004006008001000滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断u 测点测点3 V 共振解调分析共振解调分析1.幅域分析幅域分析2.频域分析频域分析 2.1 垂直方向 2.1.1 高频段分析 2.1.2 低频段分析 2.1.3 共振解调分析共振解调分析 2.2 水平方向 2.2.
44、1 高频段分析 2.2.2 低频段分析 2.3.3 共振解调分析3.时域分析时域分析诊诊 断断 流流 程程故障频率及谐波故障频率及谐波频率及谐波频率及谐波幅值增大幅值增大5倍倍大脱硫风机诊断案例大脱硫风机诊断案例 721.20.90.60.3RMS Acceleration in G-s0100040006000800020003000滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断u 测点测点3 H 高频分析高频分析1.幅域分析幅域分析2.频域分析频域分析 2.1 垂直方向 2.1.1 高频段分析 2.1.2 低频段分析 2.1.3 共振解调分析 2.2 水平方向 2.2.1 高频段分析高频段分析 2.2.
45、2 低频段分析 2.3.3 共振解调分析3.时域分析时域分析诊诊 断断 流流 程程自由能量加大自由能量加大大脱硫风机诊断案例大脱硫风机诊断案例 731.20.80.60.3PK Velocity in mm/Sec06008001000200400滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断u 测点测点3 H 低频分析低频分析1.幅域分析幅域分析2.频域分析频域分析 2.1 垂直方向 2.1.1 高频段分析 2.1.2 低频段分析 2.1.3 共振解调分析 2.2 水平方向 2.2.1 高频段分析 2.2.2 低频段分析低频段分析 2.3.3 共振解调分析3.时域分析时域分析诊诊 断断 流流 程程非同步频
46、率及谐波非同步频率及谐波非同步频率及谐波非同步频率及谐波大脱硫风机诊断案例大脱硫风机诊断案例 74975RMS Acceleration in G-s160080010002004003滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断u 测点测点3 H 共振解调分析共振解调分析1.幅域分析幅域分析2.频域分析频域分析 2.1 垂直方向 2.1.1 高频段分析 2.1.2 低频段分析 2.1.3 共振解调分析 2.2 水平方向 2.2.1 高频段分析 2.2.2 低频段分析 2.3.3 共振解调分析共振解调分析3.时域分析时域分析诊诊 断断 流流 程程频率及谐波频率及谐波频率及谐波频率及谐波幅值增大幅值增大5倍
47、倍大脱硫风机诊断案例大脱硫风机诊断案例 75滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断u 测点测点3 时域分析时域分析1.幅域分析幅域分析2.频域分析频域分析 2.1 垂直方向 2.1.1 高频段分析 2.1.2 低频段分析 2.1.3 共振解调分析 2.2 水平方向 2.2.1 高频段分析 2.2.2 低频段分析 2.3.3 共振解调分析3.时域分析时域分析诊诊 断断 流流 程程频率60.31Hz的冲击1.70Revolution Number1.721.761.781.741.00.60-0.6-1.0Correlation Factor故障频率64Hz的冲击此处为削波0.380.40.440.46
48、0.421.00.60-0.6-1.0Correlation FactorRevolution Number大脱硫风机诊断案例大脱硫风机诊断案例 76滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断u 诊断结论：轴承外圈松动诊断结论：轴承外圈松动1.幅域分析幅域分析2.频域分析频域分析 2.1 垂直方向 2.1.1 高频段分析 2.1.2 低频段分析 2.1.3 共振解调分析 2.2 水平方向 2.2.1 高频段分析 2.2.2 低频段分析 2.3.3 共振解调分析3.时域分析时域分析诊诊 断断 流流 程程 轴承安装精度不够，造成轴承间隙大小不均使轴轴承安装精度不够，造成轴承间隙大小不均使轴 承与轴承座产生相
49、对运动而引起碰摩，部件之间有明承与轴承座产生相对运动而引起碰摩，部件之间有明显松动现象，并且轴承对中精度不好，从而造成轴承显松动现象，并且轴承对中精度不好，从而造成轴承损坏的综合故障损坏的综合故障出现严重剥落出现严重剥落大脱硫风机诊断案例大脱硫风机诊断案例 77滚动轴承故障诊断滚动轴承故障诊断1.幅域分析幅域分析2.频域分析频域分析 2.1 垂直方向 2.1.1 高频段分析 2.1.2 低频段分析 2.1.3 共振解调分析 2.2 水平方向 2.2.1 高频段分析 2.2.2 低频段分析 2.3.3 共振解调分析3.时域分析时域分析诊诊 断断 流流 程程大脱硫风机诊断案例大脱硫风机诊断案例 简
50、易诊断，与国标比较，判断有无故障简易诊断，与国标比较，判断有无故障自由能量的变化自由能量的变化在低频段寻找故障频率及其谐波在低频段寻找故障频率及其谐波是否存在冲击、摩擦、偏载等情况是否存在冲击、摩擦、偏载等情况寻找故障频率及其谐波寻找故障频率及其谐波78总结总结废气风机诊断案例废气风机诊断案例 齿轮故障诊断齿轮故障诊断:啮合频率的倍频、边频的幅值是否变化啮合频率的倍频、边频的幅值是否变化 啮合频率与边频的差值确定发生故障的齿轮啮合频率与边频的差值确定发生故障的齿轮滚动轴承故障诊断：滚动轴承故障诊断：只有出现故障时，内圈、外圈、滚动体的频率才会出现只有出现故障时，内圈、外圈、滚动体的频率才会出现