1、1 2 內(nèi)內(nèi) 容容 提提 要要 一、滾動軸承類型及其特點 二、滾動軸承的失效形式 三、軸承故障診斷常用方法 振動、噪聲分析法 溫度測定法 油液分析法 四、滾動軸承的振動 隨機(jī)振動 軸承各元件的諧振 元件具有缺陷后的振動 五、軸承故障的振動診斷法 簡易振動診斷法 頻譜分析法 倒頻譜分析法 沖擊脈沖法（SPM法） 共振解調(diào)法（IFD法） 共振解調(diào)信號的特點 六、軸承運(yùn)轉(zhuǎn)聲音的診斷 七、軸承潤滑狀態(tài)的診斷 3 滾動軸承診斷的重要性滾動軸承診斷的重要性 v 滾動軸承是旋轉(zhuǎn)機(jī)器中廣泛應(yīng)用的零件之一。 v 旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障中，軸承損壞的故障約占30%。 v 滾動軸承的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是機(jī)械設(shè)備故 障診斷技

2、術(shù)的重要內(nèi)容。 v 滾動軸承的故障診斷可以對軸承的安裝、維護(hù) 等工作給以有益指導(dǎo)。 4 10234 98756 一、滾動軸承的類型一、滾動軸承的類型 0：雙列角接觸球軸承 1：調(diào)心球軸承 2：調(diào)心滾子軸承 3：圓錐滾子軸承 4：推力球軸承 5：深溝球軸承 6：角接觸球軸承 7：推力調(diào)心滾子軸承 8：圓柱滾子軸承 9：滾針軸承 5 內(nèi)圈內(nèi)圈與軸頸配合，一 般隨軸頸回轉(zhuǎn)。 外圈外圈與軸承座配合，一 般固定。 滾動體滾動體當(dāng)內(nèi)外圈發(fā)生相 對運(yùn)動時，滾動體在滾道間 滾動。 保持架保持架隔離相鄰的滾動 體。 滾動軸承的組成滾動軸承的組成 6 n向心軸承：向心軸承：主要承受徑向載荷R 深溝球軸承 圓柱滾子

3、軸承 調(diào)心球軸承 n推力軸承：推力軸承：只能承受軸向載荷A 推力球軸承 n向心推力軸承：向心推力軸承：R + A 角接觸球軸承 圓錐滾子軸承 各類滾動軸承的受力各類滾動軸承的受力 7 二、滾動軸承的損傷形式二、滾動軸承的損傷形式 形式損 傷 現(xiàn) 象 和 狀 態(tài) 剝落滾道面、滾動體產(chǎn)生層狀剝離 破損 外環(huán)、內(nèi)環(huán)、滾動體開裂 保持架破損，凸緣破損 壓痕 滾道面有按滾動體間隔的壓痕 滾道面、滾動體上其他壓痕 磨損 滾道面、滾動體、保持架、凸緣等過度磨損 配合面上出現(xiàn)磨粉的局部磨損 電蝕滾道面上產(chǎn)生搓板狀凸凹，有變色 膠合 滾道面、滾動體產(chǎn)生膠著 滾子端面和凸緣產(chǎn)生膠著 燒損滾道面、滾動體、凸緣面變色

4、、軟化、熔化 銹蝕軸承內(nèi)部有銹蝕 8 軸承軸承失效形式失效形式點蝕點蝕 現(xiàn)象：現(xiàn)象： 滾道面或滾動體表面 上有小坑和片狀剝落 原因：原因： 載荷過大 潤滑不良 預(yù)載過大 間隙過小 9 軸承軸承失效形式失效形式壓痕壓痕 現(xiàn)象：現(xiàn)象： 滾道面上有滾動體的壓痕 原因：原因： 裝配不當(dāng) 靜載荷過大 沖擊載荷過大 異物侵入 10 軸承軸承失效形式失效形式燒傷、膠合燒傷、膠合 現(xiàn)象：現(xiàn)象： 滾道面變色、軟化、 熔合 原因：原因： 轉(zhuǎn)速過高 潤滑不良 裝配不當(dāng) 11 軸承軸承失效形式失效形式磨損磨損 現(xiàn)象：現(xiàn)象： 滾道和滾動體磨損 出現(xiàn)紅、褐色磨粉 原因：原因： 異物侵入 潤滑不良 裝配不良 配合面有間隙，

5、造成滑動磨擦 12 軸承軸承失效形式失效形式破碎破碎 現(xiàn)象：現(xiàn)象： 座圈開裂、滾動體裂開 出現(xiàn)紅、褐色磨粉 原因：原因： 異物侵入 潤滑不良 裝配不良 配合面有間隙，造成滑動磨擦 13 軸承軸承失效形式失效形式腐蝕腐蝕 現(xiàn)象：現(xiàn)象： 配合面有紅黑色銹斑 配合面有搓板狀凸凹 原因：原因： 水份、腐蝕介質(zhì)侵入 電流通過 配合間隙間的微振動 14 三、滾動軸承故障診斷方法三、滾動軸承故障診斷方法 n振動分析法振動分析法 噪聲分析 n溫度測定溫度測定 n油液分析油液分析(磨屑分析) n其他物理方法 軸承間隙測定 油膜電阻測定 聲發(fā)射分析法（AE） 光學(xué)纖維測定法 15 各種診斷方法的對比各種診斷方法的

6、對比 損傷形式損傷形式 各各 種種 診診 斷斷 方方 法法 振動振動/聲音聲音溫溫 度度磨磨 屑屑軸承間隙軸承間隙油膜電阻油膜電阻 剝剝 落落好好無無好好無無無無 裂裂 紋紋好好無無有有無無無無 壓壓 痕痕好好無無無無無無無無 磨磨 損損好好有有好好好好好好 電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕好好有有好好好好好好 污污 斑斑好好有有好好有有好好 燒燒 傷傷好好好好有有無無好好 銹銹 蝕蝕有有無無好好無無有有 保持架破損保持架破損有有無無有有無無無無 蠕蠕 變變有有有有有有無無無無 在運(yùn)行中測定在運(yùn)行中測定可可可可不可不可不可不可可可 16 各種診斷方法的靈敏度各種診斷方法的靈敏度 故障信號強(qiáng)度故障信號強(qiáng)度

7、災(zāi)害故障發(fā)展期初期故障期正常使用期災(zāi)害故障期 使用時間使用時間 缺陷故障界限 災(zāi)害故障界限 缺陷劇烈發(fā)展界限 振動分析靈敏度 噪聲分析靈敏度 測溫分析 靈敏度 17 四、滾動軸承的振動四、滾動軸承的振動 由于軸承滾動元件的不圓度、粗糙度和波紋度 而引起的隨機(jī)振動。 由于外力激勵引起軸承元件的固有頻率振動。 軸承元件損傷后，引起的沖擊和振動： 以損傷元件特有的頻率振動。 以聲發(fā)射形式釋放能量（頻率在60kHz以上）。 18 軸承振動的典型時域波形軸承振動的典型時域波形 故障軸承情形故障軸承情形 新軸承情形新軸承情形 19 軸承振動的典型頻譜軸承振動的典型頻譜 低頻 020kHz，各種故障頻率范圍

8、 中頻 20kHz60kHz，元件共振頻率范圍 高頻 60kHz以上，聲發(fā)射(AE)范圍 20 軸承元件的固有頻率軸承元件的固有頻率 鋼球的固有頻率鋼球的固有頻率fbn E 材料的彈性模量 N/m2 材料的質(zhì)量密度 kg/m3 r 滾球的半徑 m Hz 2 424.0 bn E r f 21 軸承（內(nèi)外）座圈固有頻率軸承（內(nèi)外）座圈固有頻率frn a 回轉(zhuǎn)軸線到中性軸半徑 m i共振階數(shù) I 座圈繞中性軸的慣性矩 m4 M 座圈單位長度的質(zhì)量 kg/m Hz 12 ) 1( 2 2 2 nr M EI a i ii f 軸承元件的固有頻率軸承元件的固有頻率 22 軸承故障的特征頻率軸承故障的特

9、征頻率 外環(huán)故障頻率 內(nèi)環(huán)故障頻率 滾珠故障頻率 保持架碰外環(huán) 保持架碰內(nèi)環(huán)RR D d f RR D d f R D d d D f RzR D dz f RzR D dz f 6 . 0 )cos1 ( 2 1 4 . 0 )cos1 ( 2 1 cos)(1 6 . 0 )cos1 ( 2 4 . 0 )cos1 ( 2 ci co 22 b i o D 節(jié)圓直徑 d 滾珠直徑 接觸角 z 滾珠數(shù) R 軸的轉(zhuǎn)速頻率 23 五、滾動軸承故障的振動診斷法五、滾動軸承故障的振動診斷法 n簡易振動診斷法 n頻譜分析法 n倒頻譜分析法 n沖擊脈沖法（Shock Pulse Method） n共振解

10、調(diào)法（Incipient Failure Detection） n噪聲分析法 24 1. 簡易振動診斷法簡易振動診斷法 n用某些振動的參數(shù)來判定軸承的工 作狀態(tài)。 n可用的參數(shù)如峰值指標(biāo)、脈沖指標(biāo)、 峭度指標(biāo)等。 n參數(shù)用簡易測振表測得，或算得。 25 若干無量綱診斷參數(shù)若干無量綱診斷參數(shù) 指標(biāo)名稱定義敏感性穩(wěn)定性 波形指標(biāo)波形指標(biāo) Shape factor 差好 峰值指標(biāo)峰值指標(biāo) Crest Factor 一般一般 脈沖指標(biāo)脈沖指標(biāo) Impulse Factor 較好一般 裕度指標(biāo)裕度指標(biāo) Clearance Factor 好一般 峭度指標(biāo)峭度指標(biāo) Kurtosis Value 好差 rms

11、 max x x C f x x I f max r max x x CL f 4 rms x K v x x S f rms 表中： 平均幅值， 方根幅值， 峭度x r x 26 峰值指標(biāo)用于軸承診斷峰值指標(biāo)用于軸承診斷 n峰值指標(biāo)Cf不受振動信號絕對大小的影響，適用于檢測 滾動面剝落與裂紋等故障，但不適于檢測磨損。 n峰值指標(biāo)Cf 隨故障發(fā)展變化趨勢 I 初始階段： Cf 5(變化不大) II 局部故障發(fā)展： xmax, Cf 10 III 接近壽命終了： xrms , Cf 5 rms max x x Cf I IIIII xmax xrms x t 27 用簡易法診斷鐵路貨車軸承用簡易

12、法診斷鐵路貨車軸承 *下表用正常參數(shù)歸一化 軸承狀況軸承狀況波形指標(biāo)波形指標(biāo)Sf峰值指標(biāo)峰值指標(biāo)Cf脈沖指標(biāo)脈沖指標(biāo)If裕度指標(biāo)裕度指標(biāo)CLf 正正 常常1.284.185.406.50 外圈損壞外圈損壞1.305.897.559.02 滾子損壞滾子損壞1.529.7114.7519.05 保持架壞保持架壞2.0111.3322.6532.62 軸承狀況軸承狀況波形指標(biāo)波形指標(biāo)Sf峰值指標(biāo)峰值指標(biāo)Cf脈沖指標(biāo)脈沖指標(biāo)If裕度指標(biāo)裕度指標(biāo)CLf 正正 常常1111 外圈損壞外圈損壞1.021.411.401.39 滾子損壞滾子損壞1.192.322.732.93 保持架壞保持架壞1.572.71

13、4.195.02 28 2. 振動頻譜分析法振動頻譜分析法 經(jīng)時域多段平均處理后: 50.65Hz 軸的轉(zhuǎn)頻 36.1Hz 保持架通過頻率 200.95Hz 外圈通過頻率 380.05Hz 滾動體通過頻率 軸軸 承承 振振 動動 頻頻 譜譜 時時 域域 平平 均均 頻頻 譜譜 29 某某焦化廠焦化廠備煤車間破碎機(jī)備煤車間破碎機(jī) 軸承內(nèi)圈滾道剝落故障軸承內(nèi)圈滾道剝落故障 軸承型號:22232(原3532) 轉(zhuǎn)速 N =740r/min (轉(zhuǎn)頻12.33Hz) 外圈故障頻率fe=94.966Hz 內(nèi)圈故障頻率fi=127.033Hz 大修時拆機(jī)驗證,軸承內(nèi)圈滾道有 一塊3015mm,深1mm的剝落

14、坑。 水平測點的頻譜圖 30 3. 倒頻譜分析法倒頻譜分析法 正常滾動軸承正常滾動軸承 有故障滾動軸承有故障滾動軸承 倒頻譜圖特征值: q19.470ms(105.60Hz) 滾珠故障頻率 q237.90ms(26.39Hz) 內(nèi)圈故障頻率 31 軸承型號:N324(原2324) 轉(zhuǎn)速N=740r/min(轉(zhuǎn)頻12.33Hz) 外圈故障頻率fo=69.52Hz 內(nèi)圈故障頻率fi=103.15Hz 倒頻譜圖 69.156Hz 拆機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)外圈滾道內(nèi)有78 條不同程度的壓痕,其中四條較嚴(yán) 重,約20mm寬,0.2mm深。 頻譜圖 波形圖 某某焦化廠焦化廠備煤車間破碎機(jī)備煤車間破碎機(jī) 外圈滾道壓痕故

15、障診斷外圈滾道壓痕故障診斷 32 4. 沖擊脈沖法與共振解調(diào)法沖擊脈沖法與共振解調(diào)法 沖擊脈沖法沖擊脈沖法 Shock Pulse Method 1969年瑞典SPM公司提出 利用共振解調(diào)波的幅值 信息 診斷軸承的工作狀態(tài) 共振解調(diào)法共振解調(diào)法 (早期故障檢測法) Incipient Failure Detection 1974年美國波音公司提出 利用共振解調(diào)波的頻域信 息 診斷軸承的工作狀態(tài) 精確診斷故障的部位 33 共振解調(diào)的原理共振解調(diào)的原理 (1/4) 故障所產(chǎn)生的低頻沖擊脈沖,頻率為數(shù)kHz以內(nèi),信 號很微弱。 激起了傳感器/電路的高頻共振高頻共振,頻率數(shù)十倍于沖擊 頻率，信號大大加

16、強(qiáng)。 用濾波器切去低頻的信號。 對高頻信號進(jìn)行絕對值檢波、 包絡(luò)解調(diào)包絡(luò)解調(diào)。 最后，獲得一個頻率對應(yīng)于低頻沖擊，而又放大并 展寬的故障信號，稱為共振解調(diào)信號。 34 共振解調(diào)的原理共振解調(diào)的原理 (2/4) 不平衡微小的沖擊 不平衡放大了的沖擊 頻譜圖中難以發(fā)現(xiàn)微小的沖擊 沖擊放大了，頻率升高了 沖擊加速度計 或共振電路 不平衡 軸承故障 軸承故障 不平衡 共振響應(yīng) 高頻共振高頻共振 (32kHz) 不平衡 軸承故障 不平衡軸承故障 濾波器 的帶寬 35 共振解調(diào)的原理共振解調(diào)的原理 (3/4) 濾波后僅存高頻信號濾波后僅存高頻信號 0.1 -0.1 0 絕對值檢波絕對值檢波 0.1 0 包

17、絡(luò)解調(diào)包絡(luò)解調(diào) （峰值檢波） 0.1 0 36 dBm dBc 時域時域 (SPM)頻域頻域時域（IFD） 共振解調(diào)的原理共振解調(diào)的原理 (4/4) 0.1 共振解調(diào)信號 37 共振解調(diào)信號的特點共振解調(diào)信號的特點 n提高了故障信息的信噪比S/N。 n剔除了低頻振動信號的影響。 n共振解調(diào)波中包含有反映軸承故 障的各種信息。 38 幾種軸承故障分析儀幾種軸承故障分析儀 SPM 43A 脈沖沖擊儀 BEA 52A 電腦軸承分析儀 C70D 軸承故障分析儀 39 軸承工作狀態(tài)分類軸承工作狀態(tài)分類 微小損傷 損傷發(fā)展 損傷明顯 破壞期 軸承壽命 (500050000小時） 軸承壽命曲線 軸承工作 狀

18、態(tài)分類 35dB損壞損壞 dBM和dBC相差小于10dB，表明軸承潤滑不良 沖擊強(qiáng)度增加 1000倍時，軸 承壽命結(jié)束 40 軸承狀態(tài)判斷實例軸承狀態(tài)判斷實例 沖擊脈沖值/dB 序 號 診斷對象 dBC dBM 測值特征 狀態(tài)判別 結(jié)果驗證 1 電動機(jī) 尾部軸承 47 52 兩值均較大，且 數(shù)值接近 潤滑不正常 潤滑脂干涸，油質(zhì) 已發(fā)黑 2 風(fēng) 機(jī) 前軸承 15 42 dBM較大，且比 dBC大得多 軸承元件損傷 保持架斷裂，內(nèi)圈 表面有凹坑和剝落 3 水泵軸承 38 56 dBM嚴(yán)重超標(biāo)， 且 與dBC相差大 軸承損傷嚴(yán)重 保持架松脫 4 電機(jī)軸承 35 45 dBM較大 軸承存在故障 內(nèi)圈

19、松動，并發(fā)生 端部摩擦 5 C616 車床 主 軸 承 30 35 兩值大小接近 軸 承 狀 態(tài) 不 良，潤滑不好 質(zhì)量不好的新軸 承，影響加工質(zhì)量 6 深井泵 軸 承 30 32 兩值相當(dāng)接近 軸承潤滑狀態(tài) 不良 油眼堵塞，清水進(jìn) 入軸承 41 某軋鋼廠螺桿壓縮機(jī)某軋鋼廠螺桿壓縮機(jī) (1/2) 軸承大面積道剝落故障軸承大面積道剝落故障 三臺壓縮機(jī)中，三號 機(jī)的測點振動特別突 出。 測得的信號中，機(jī)械 和流體干擾大。頻譜中 看不出特征頻率。 改用共振解調(diào)法，突 出滾動軸承故障頻率。 水平水平 水平 1機(jī)6.31510 2機(jī)1.83.32.7 3機(jī)401611 各測點振動加速度峰值（g） 42

20、某鋼廠螺桿壓縮機(jī)某鋼廠螺桿壓縮機(jī) (2/2) 2機(jī)的共振解調(diào)頻譜 3機(jī)的共振解調(diào)頻譜 1 fe 2 fe 3 fe 4 fe 1R 軸承型號:7315DF 轉(zhuǎn)速N =1480r/min(24.7Hz) D =122.5mm, d =22mm n =11, =10 外圈故障頻率fe=108.75Hz 3機(jī)測點的共振解調(diào)頻譜 中，看到軸承外圈故障頻譜及 其諧波；而2機(jī)的頻譜無特 征頻率。 拆機(jī)驗證,軸承外、內(nèi)圈和鋼 球均有大面積的剝落坑。 43 共振解調(diào)后無故障譜 直接采集的振動信號譜 解體發(fā)現(xiàn)在可分離的外環(huán)上有 2mm長、0.25mm深的小溝槽。 共振解調(diào)后故障譜 出現(xiàn)以25Hz為基 礎(chǔ)的多階譜

21、線 GJW110 輸入軸 半軸 7613軸承 差速器 輸入軸上軸承型號:7613 輸入軸轉(zhuǎn)速:240r/min(4Hz) 滾動體個數(shù):15 軸承平均直徑:102.5mm 滾動體平均直徑:15mm 壓力角:13 外環(huán)故障頻率：25.72Hz 驅(qū)動橋軸承故障的診斷驅(qū)動橋軸承故障的診斷 44 沖擊脈沖的測取沖擊脈沖的測取 (1/4) 必須用專用的加速度傳感器測量 在受主要軸承力的部件上測量 （一般測軸承座比測軸承蓋為好） 測量方向可徑向或軸向 （這不同于振動） 45 沖擊脈沖的測取沖擊脈沖的測取 (2/4) 測點要盡可能地靠近軸承 經(jīng)過的界面越少越好 46 沖擊脈沖的測取沖擊脈沖的測取 (3/4)

22、難以接觸的重要測點可 以預(yù)埋測試接棒 制造商預(yù)埋 的測試接棒 47 沖擊脈沖的測取沖擊脈沖的測取 (4/4) 難以接觸的重要測點也 可以預(yù)埋傳感器 48 六、軸承運(yùn)轉(zhuǎn)聲音的診斷六、軸承運(yùn)轉(zhuǎn)聲音的診斷 設(shè)備運(yùn)行時，軸承各部分都在運(yùn)動，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。異常的聲響是軸承故障先兆，或是故障的 發(fā)展，或故障已經(jīng)形成。 因此，可以通過各種不同的聲響，判斷故障的性 質(zhì)和程度。 聽聲音可用人耳，或用聽音棒、電子耳等工具。 診斷準(zhǔn)確性很大程度上取決于人的經(jīng)驗。 49 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、輕快、無停滯現(xiàn)象。 發(fā)出“嘩嘩”聲音，聲音和諧，均勻連續(xù)而無 間斷，也而無任

23、何雜音。說明軸承工作正常，潤 滑狀態(tài)良好。 軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)聲音軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)聲音 50 (1)“咝咝”的聲音是軸承內(nèi)缺少油脂所致。 正確的是油的粘度應(yīng)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。 (2)“咝咝、沙沙”的聲音設(shè)備停機(jī)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(yīng)清洗調(diào)整 。 (3) “嘩嘩”的聲音中有周期性的“嗬羅，嗬羅”聲音 表明內(nèi)外圈滾道出現(xiàn)傷痕、溝槽、銹蝕斑點等。 軸承異常運(yùn)轉(zhuǎn)聲音軸承異常運(yùn)轉(zhuǎn)聲音（1/4） 51 (4) “哽哽”聲音，且不連續(xù)說明滾動軸承保持 架或內(nèi)外圈有裂紋，經(jīng)過運(yùn)轉(zhuǎn)沖擊，裂紋加深加 大，是潤滑不良所致。

24、(5) “嚓嚓！”的聲音，且不規(guī)則、不均勻則說 明裝配時或保養(yǎng)中掉入雜物，如鐵屑、砂?；驖?滑油不干凈、加油時帶入的雜質(zhì)。 (6) “沙沙”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。 軸承異常運(yùn)轉(zhuǎn)聲音軸承異常運(yùn)轉(zhuǎn)聲音（2/4） 52 (7) “刺耳的嘯叫”聲音，且設(shè)備振動也較大 是潤滑不良，干摩擦，或滾動件局部接觸過緊， 內(nèi)外滾道偏斜，軸承外圈配合過緊等引起。 (8) “咯吧、咯吧！”的尖叫聲說明滾珠或滾 棒破裂，破壞了正常潤滑所致。 (9) “哐當(dāng)、哐當(dāng)！”的敲擊聲滑動軸承與軸 之間的間隙過大，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時，在交變力的作用 下，軸在軸承中跳動，潤滑油流失較快，不能形 成適當(dāng)?shù)挠湍に隆?/p>