1、第五章滾動(dòng)軸承的故障第五章滾動(dòng)軸承的故障監(jiān)測(cè)與診斷監(jiān)測(cè)與診斷n概述概述n滾動(dòng)軸承的失效形式滾動(dòng)軸承的失效形式n滾動(dòng)軸承的振動(dòng)滾動(dòng)軸承的振動(dòng)n滾動(dòng)軸承的故障診斷方法滾動(dòng)軸承的故障診斷方法第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 滾動(dòng)軸承的故障診斷開(kāi)始于滾動(dòng)軸承的故障診斷開(kāi)始于6060年代。年代。 19661966年瑞典年瑞典SKFSKF公司發(fā)明了用沖擊脈沖儀（公司發(fā)明了用沖擊脈沖儀（Shock Shock Pulse MeterPulse Meter）檢測(cè)軸承損傷，將滾動(dòng)軸承的故障診）檢測(cè)軸承損傷，將滾動(dòng)軸承的故障診斷水平提高了一個(gè)檔次。斷水平提高了一個(gè)檔次。 19691969年，根據(jù)滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)分析得出了滾動(dòng)

2、軸年，根據(jù)滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)分析得出了滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體在內(nèi)外滾道上的通過(guò)頻率和滾動(dòng)體及保持承的滾動(dòng)體在內(nèi)外滾道上的通過(guò)頻率和滾動(dòng)體及保持架的旋轉(zhuǎn)頻率的計(jì)算公式。架的旋轉(zhuǎn)頻率的計(jì)算公式。 19761976年，日本新日鐵株式會(huì)社研制了年，日本新日鐵株式會(huì)社研制了MCVMCV系列機(jī)器系列機(jī)器檢測(cè)儀，可分別在低頻、中頻和高頻段檢測(cè)軸承的異檢測(cè)儀，可分別在低頻、中頻和高頻段檢測(cè)軸承的異常信號(hào)。常信號(hào)。 滾動(dòng)軸承尺寸的選擇2第二節(jié)第二節(jié) 滾動(dòng)軸承的失效形式滾動(dòng)軸承的失效形式疲勞點(diǎn)蝕或剝落膠合斷裂滾動(dòng)軸承常見(jiàn)的失效形式：滾動(dòng)軸承常見(jiàn)的失效形式：磨損 保持架損壞燒 傷第三節(jié)第三節(jié) 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)滾動(dòng)軸承的振動(dòng)與軸

3、承的結(jié)構(gòu)有關(guān)的振動(dòng)與軸承的結(jié)構(gòu)有關(guān)的振動(dòng) 無(wú)論軸承正常與否，都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)無(wú)論軸承正常與否，都會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)與軸承滾動(dòng)表面狀況有關(guān)的振動(dòng)兩種類型與軸承滾動(dòng)表面狀況有關(guān)的振動(dòng)兩種類型 反映了軸承的損壞狀況反映了軸承的損壞狀況一、滾動(dòng)軸承的振動(dòng)機(jī)理一、滾動(dòng)軸承的振動(dòng)機(jī)理 1 1、承載狀態(tài)下滾動(dòng)軸承的振動(dòng)、承載狀態(tài)下滾動(dòng)軸承的振動(dòng)（1 1）軸承結(jié)構(gòu)特點(diǎn)引起的振動(dòng)）軸承結(jié)構(gòu)特點(diǎn)引起的振動(dòng) 滾動(dòng)軸承在承載時(shí)，由于在不同位置承載的滾子數(shù)目不同，滾動(dòng)軸承在承載時(shí)，由于在不同位置承載的滾子數(shù)目不同，因而承載剛度會(huì)有所變化，引起軸心的起伏波動(dòng)。要減少這種振因而承載剛度會(huì)有所變化，引起軸心的起伏波動(dòng)。要減少這種振動(dòng)的振

4、幅可以采用游隙小的軸承或加預(yù)緊力去除游隙。動(dòng)的振幅可以采用游隙小的軸承或加預(yù)緊力去除游隙。 （2 2）軸承剛度非線性引起的振動(dòng)）軸承剛度非線性引起的振動(dòng) 滾動(dòng)軸承的軸向剛度常呈非線性，特別是當(dāng)潤(rùn)滑不良時(shí)，滾動(dòng)軸承的軸向剛度常呈非線性，特別是當(dāng)潤(rùn)滑不良時(shí)，易產(chǎn)生異常的軸向振動(dòng)。在剛度曲線呈對(duì)稱非線性時(shí)，振動(dòng)易產(chǎn)生異常的軸向振動(dòng)。在剛度曲線呈對(duì)稱非線性時(shí)，振動(dòng)頻率為頻率為fn, 2fn., 3fn,；在剛度曲線呈非對(duì)稱非線性時(shí)，振動(dòng)；在剛度曲線呈非對(duì)稱非線性時(shí)，振動(dòng)頻率為頻率為 分?jǐn)?shù)諧頻（分?jǐn)?shù)諧頻（fnfn為軸回轉(zhuǎn)頻率）。為軸回轉(zhuǎn)頻率）。圖圖 軸承的軸向剛度軸承的軸向剛度 （3 3）軸承制造裝配的

5、原因）軸承制造裝配的原因 加工面波紋度引起的振動(dòng)加工面波紋度引起的振動(dòng) 由軸承零件的加工面（內(nèi)圈、外圈滾道面及滾動(dòng)體由軸承零件的加工面（內(nèi)圈、外圈滾道面及滾動(dòng)體面）的波紋度引起的振動(dòng)和噪聲在軸承中比較常見(jiàn)，面）的波紋度引起的振動(dòng)和噪聲在軸承中比較常見(jiàn)，這些缺陷引起的振動(dòng)為高頻振動(dòng)（比滾動(dòng)體在滾道上這些缺陷引起的振動(dòng)為高頻振動(dòng)（比滾動(dòng)體在滾道上的通過(guò)頻率高很多倍）。的通過(guò)頻率高很多倍）。圖圖 由軸承零件波紋度引起的軸心擺動(dòng)由軸承零件波紋度引起的軸心擺動(dòng) 當(dāng)軸承游隙過(guò)大或滾道偏心時(shí)都會(huì)引起軸承振動(dòng)。當(dāng)軸承游隙過(guò)大或滾道偏心時(shí)都會(huì)引起軸承振動(dòng)。 圖圖 軸承偏心引起的軸承振動(dòng)軸承偏心引起的軸承振動(dòng) 軸

6、承偏心引起的振動(dòng)軸承偏心引起的振動(dòng) 滾動(dòng)體大小不均勻會(huì)導(dǎo)致軸心擺動(dòng)，還有支承剛性的滾動(dòng)體大小不均勻會(huì)導(dǎo)致軸心擺動(dòng)，還有支承剛性的變化。變化。 滾動(dòng)體大小不均勻引起軸心擺動(dòng)滾動(dòng)體大小不均勻引起軸心擺動(dòng) 圖圖 滾動(dòng)體大小不均勻引起的軸心滾動(dòng)體大小不均勻引起的軸心2 2、故障軸承振動(dòng)信號(hào)特征、故障軸承振動(dòng)信號(hào)特征（1 1）磨損類損傷）磨損類損傷 軸承磨損后產(chǎn)生的振動(dòng)同正常軸承的振動(dòng)具有相同的性質(zhì)，軸承磨損后產(chǎn)生的振動(dòng)同正常軸承的振動(dòng)具有相同的性質(zhì)，即兩者的波形均無(wú)規(guī)則、隨機(jī)性強(qiáng)，但磨損后振動(dòng)水平（幅值）即兩者的波形均無(wú)規(guī)則、隨機(jī)性強(qiáng)，但磨損后振動(dòng)水平（幅值）明顯高于正常軸承。明顯高于正常軸承。 圖圖

7、 正常軸承和磨損軸承的振動(dòng)波形正常軸承和磨損軸承的振動(dòng)波形a)正常軸承正常軸承 b)磨損軸承磨損軸承（2 2）疲勞剝落損傷）疲勞剝落損傷 損傷點(diǎn)通過(guò)軸承元件表面時(shí)要產(chǎn)生突變的沖擊脈沖力，該脈沖力是一寬帶信號(hào)，所以必然覆蓋軸承系統(tǒng)的固有振動(dòng)頻率而引起諧振。TnTc圖圖 產(chǎn)生表面損傷軸承的振動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生表面損傷軸承的振動(dòng)信號(hào)特征頻率特征頻率 由于軸承的旋轉(zhuǎn)由于軸承的旋轉(zhuǎn), ,滾動(dòng)體便在內(nèi)滾動(dòng)體便在內(nèi), ,外圈之間滾動(dòng)外圈之間滾動(dòng). .軸承的滾軸承的滾動(dòng)表面雖加工得非常平滑動(dòng)表面雖加工得非常平滑, ,但從微觀來(lái)看但從微觀來(lái)看, ,仍有小的凹凸。仍有小的凹凸。滾動(dòng)體在這些凹凸面上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)滾動(dòng)體在這些凹凸面

8、上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), ,產(chǎn)生交變的激振力。所產(chǎn)生產(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)，其主要頻率為滾動(dòng)軸承的特征頻率。率為滾動(dòng)軸承的特征頻率。 圖圖 滾動(dòng)軸承的典型結(jié)構(gòu)滾動(dòng)軸承的典型結(jié)構(gòu))cos1 (2DdfZfri)cos1 (2DdfZfro)cos(1 22DdfdDZfrc2/ )(cos1 / )(cos1 11DdfDdffoici內(nèi)圈的故障頻率內(nèi)圈的故障頻率 外圈的故障頻率外圈的故障頻率 滾動(dòng)體故障頻率滾動(dòng)體故障頻率 保持架故障頻率保持架故障頻率 Z- -滾動(dòng)體數(shù)、滾動(dòng)體數(shù)、 - -內(nèi)外環(huán)相對(duì)轉(zhuǎn)速頻率、內(nèi)外環(huán)相對(duì)

9、轉(zhuǎn)速頻率、d- -滾動(dòng)體直徑、滾動(dòng)體直徑、D- -節(jié)圓直徑、節(jié)圓直徑、- -接觸角、接觸角、 、 分別為內(nèi)外環(huán)轉(zhuǎn)速頻率，二分別為內(nèi)外環(huán)轉(zhuǎn)速頻率，二者方向一致取正號(hào)，方向相反則取負(fù)號(hào)。者方向一致取正號(hào)，方向相反則取負(fù)號(hào)。rf1 if1of 不計(jì)軸承各元件的彈性變形并認(rèn)為滾動(dòng)體與滾道之不計(jì)軸承各元件的彈性變形并認(rèn)為滾動(dòng)體與滾道之間為純滾動(dòng)。間為純滾動(dòng)。 3 3、滾動(dòng)軸承元件的固有振動(dòng)頻率、滾動(dòng)軸承元件的固有振動(dòng)頻率 滾動(dòng)軸承元件出現(xiàn)缺陷或結(jié)構(gòu)不規(guī)則時(shí)，在運(yùn)行中，激發(fā)滾動(dòng)軸承元件出現(xiàn)缺陷或結(jié)構(gòu)不規(guī)則時(shí)，在運(yùn)行中，激發(fā)各個(gè)元件以其固有頻率振動(dòng)，各軸承元件的固有頻率取決于元各個(gè)元件以其固有頻率振動(dòng)，各軸

10、承元件的固有頻率取決于元件本身的材料、外形和質(zhì)量。件本身的材料、外形和質(zhì)量。 軸承圈在的固有頻率為：軸承圈在的固有頻率為： 式中式中n振動(dòng)階數(shù)（變形波數(shù)），振動(dòng)階數(shù)（變形波數(shù)），n2 2，3 3，；E彈性彈性模量；模量；I套圈橫截面的慣性矩；套圈橫截面的慣性矩；密度；密度；A套圈橫截面積，套圈橫截面積，AbhAbh；D套圈橫截面中性軸直徑；套圈橫截面中性軸直徑； g重力加速度。重力加速度。 鋼球振動(dòng)的固有頻率為：鋼球振動(dòng)的固有頻率為： 式中式中R鋼球半徑；鋼球半徑； 二、測(cè)點(diǎn)的選擇二、測(cè)點(diǎn)的選擇 滾動(dòng)軸承因故障引起的沖擊振動(dòng)由沖擊點(diǎn)以半球面波方式滾動(dòng)軸承因故障引起的沖擊振動(dòng)由沖擊點(diǎn)以半球面波方

11、式向外傳播，通過(guò)軸承零件、軸承座傳到箱體或機(jī)架。由于沖擊振向外傳播，通過(guò)軸承零件、軸承座傳到箱體或機(jī)架。由于沖擊振動(dòng)所含的頻率很高，每通過(guò)零件的界面?zhèn)鬟f一次，其能量損失約動(dòng)所含的頻率很高，每通過(guò)零件的界面?zhèn)鬟f一次，其能量損失約8080。因此，測(cè)量點(diǎn)應(yīng)盡量靠近被測(cè)軸承的承載區(qū)，應(yīng)盡量減少。因此，測(cè)量點(diǎn)應(yīng)盡量靠近被測(cè)軸承的承載區(qū)，應(yīng)盡量減少中間傳遞環(huán)節(jié)，探測(cè)點(diǎn)離軸承外圈的距離越近越直接越好。中間傳遞環(huán)節(jié)，探測(cè)點(diǎn)離軸承外圈的距離越近越直接越好。 圖圖 傳感器位置對(duì)故障檢測(cè)靈敏度的影響傳感器位置對(duì)故障檢測(cè)靈敏度的影響三、分析譜帶的選擇 滾動(dòng)軸承的故障特征在不同頻帶上都有反映，因此，可以利用不同的頻帶，

12、采用不同的方法對(duì)軸承的故障做出診斷。 1低頻段 在滾動(dòng)軸承的故障診斷中，低頻率段指1kHz以下的頻率范圍。 由于軸承的故障特征頻率（通過(guò)頻率）通常都在1kHz以下，此法可直接觀察頻譜圖上相應(yīng)的特征譜線，做出判斷。 2中頻段 在滾動(dòng)軸承的故障診斷中，中頻段指120kHz頻率范圍。包含有軸承元件表面損傷引起的軸承外圈的固有振動(dòng)頻率等。通過(guò)分析這一頻帶內(nèi)的振動(dòng)信號(hào)，可以較好地診斷出軸承的損傷類故障。如果測(cè)量用的傳感器諧振頻率較高，那么由于軸承損傷引起的沖擊在高頻帶（20kHz以上），對(duì)此頻帶分析也可以診斷出軸承的故障。 四、傳感器的選擇與固定方式四、傳感器的選擇與固定方式 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)屬于高頻振動(dòng)

13、，對(duì)于高頻振動(dòng)的測(cè)量，傳滾動(dòng)軸承的振動(dòng)屬于高頻振動(dòng)，對(duì)于高頻振動(dòng)的測(cè)量，傳感器的固定采用手持式方法顯然不合適，一般也不推薦磁性座感器的固定采用手持式方法顯然不合適，一般也不推薦磁性座固定，建議采用鋼制螺栓固定，這樣不僅諧振頻率高，可以滿固定，建議采用鋼制螺栓固定，這樣不僅諧振頻率高，可以滿足要求，而且定點(diǎn)性也好，對(duì)于衰減較大的高頻振動(dòng)，可以避足要求，而且定點(diǎn)性也好，對(duì)于衰減較大的高頻振動(dòng)，可以避免每次測(cè)量的偏差，使數(shù)據(jù)具有可比性。免每次測(cè)量的偏差，使數(shù)據(jù)具有可比性。 3 3高頻段高頻段 在滾動(dòng)軸承的故障診斷中，高頻率段指在滾動(dòng)軸承的故障診斷中，高頻率段指202080kHz80kHz頻率范圍。頻

14、率范圍。 由于軸承故障引起的沖擊有很大部分沖擊能量分布在高頻段，由于軸承故障引起的沖擊有很大部分沖擊能量分布在高頻段，如果采用合適的加速度傳感器和固定方式保證傳感器較高的諧振如果采用合適的加速度傳感器和固定方式保證傳感器較高的諧振頻率，利用傳感器的諧振或電路的諧振增強(qiáng)所得到衰減振動(dòng)信號(hào)，頻率，利用傳感器的諧振或電路的諧振增強(qiáng)所得到衰減振動(dòng)信號(hào)，對(duì)故障診斷非常有效。瑞典的沖擊脈沖計(jì)（對(duì)故障診斷非常有效。瑞典的沖擊脈沖計(jì)（SPMSPM）和美國(guó)首創(chuàng)的）和美國(guó)首創(chuàng)的IFDIFD法就是利用這個(gè)頻段。法就是利用這個(gè)頻段。 滾動(dòng)軸承的頻譜分析 高頻段是否有能量堆積或峰群出現(xiàn)無(wú)：沒(méi)有早中期故障有：存在早中期故

15、障 在低頻段出現(xiàn)軸承的故障特征頻率及倍頻 故障特征頻率的峰值增大，故障惡化 診斷思路診斷思路第三節(jié)第三節(jié) 滾動(dòng)軸承的故障診斷方法滾動(dòng)軸承的故障診斷方法一、滾動(dòng)軸承的簡(jiǎn)易診斷一、滾動(dòng)軸承的簡(jiǎn)易診斷 1.1.振幅值診斷法振幅值診斷法 振幅值指振幅值指峰值峰值XP、均值、均值X以及以及均方根值（有效值）均方根值（有效值）Xrms。 峰值峰值反映的是某時(shí)刻振幅的最大值，因而它適用于像表面點(diǎn)反映的是某時(shí)刻振幅的最大值，因而它適用于像表面點(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（如情況（如300r/min300r/min以下），

16、也常采用峰值進(jìn)行診斷。以下），也常采用峰值進(jìn)行診斷。 均值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（如值穩(wěn)定，但一般用于轉(zhuǎn)速較高的情況（如300r/min300r/min以上）。以上）。 均方根值均方根值是對(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)間緩慢變化的故障診斷。值隨時(shí)間緩慢變化的故障診斷。 日本日本NSKNSK公司生產(chǎn)公司生產(chǎn)NBNB系列軸承監(jiān)測(cè)儀和新日鐵研制的系列軸承監(jiān)測(cè)儀和新日鐵研制的MCV-21AMCV-21A型型機(jī)械監(jiān)測(cè)儀就是這類儀器。機(jī)

17、械監(jiān)測(cè)儀就是這類儀器。 2. 2. 波形因數(shù)診斷法波形因數(shù)診斷法 波形因數(shù)定義為峰值與均值之比（波形因數(shù)定義為峰值與均值之比（ ）。當(dāng)）。當(dāng)XP/X 值過(guò)值過(guò)大時(shí)，表明滾動(dòng)軸承可能有點(diǎn)蝕；而大時(shí)，表明滾動(dòng)軸承可能有點(diǎn)蝕；而XP/X 小時(shí)，則有可能發(fā)小時(shí)，則有可能發(fā)生了磨損。生了磨損。 圖圖 滾動(dòng)軸承沖擊振動(dòng)的波形因數(shù)滾動(dòng)軸承沖擊振動(dòng)的波形因數(shù)XXP3.3.波峰因數(shù)診斷法波峰因數(shù)診斷法 波峰因數(shù)定義為峰值與均方根值之比（波峰因數(shù)定義為峰值與均方根值之比（XP/Xrms) )。 該值用于滾動(dòng)軸承簡(jiǎn)易診斷的優(yōu)點(diǎn)在于它不受軸承尺寸、轉(zhuǎn)該值用于滾動(dòng)軸承簡(jiǎn)易診斷的優(yōu)點(diǎn)在于它不受軸承尺寸、轉(zhuǎn)速及載荷的影響。

18、適用于點(diǎn)蝕類故障的診斷。通過(guò)對(duì)速及載荷的影響。適用于點(diǎn)蝕類故障的診斷。通過(guò)對(duì)（XP/Xrms)值隨時(shí)間變化趨勢(shì)的監(jiān)測(cè)，可以有效地對(duì)滾動(dòng)軸承故障進(jìn)行早值隨時(shí)間變化趨勢(shì)的監(jiān)測(cè)，可以有效地對(duì)滾動(dòng)軸承故障進(jìn)行早期預(yù)報(bào)，并能反映故障的發(fā)展變化趨勢(shì)。期預(yù)報(bào)，并能反映故障的發(fā)展變化趨勢(shì)。 當(dāng)滾動(dòng)軸承無(wú)故障時(shí)，當(dāng)滾動(dòng)軸承無(wú)故障時(shí)，XP/Xrms，為一較小的穩(wěn)定值；一旦，為一較小的穩(wěn)定值；一旦軸承出現(xiàn)了損傷，則會(huì)產(chǎn)生沖擊信號(hào)，振動(dòng)峰值明顯增大，但軸承出現(xiàn)了損傷，則會(huì)產(chǎn)生沖擊信號(hào)，振動(dòng)峰值明顯增大，但此時(shí)均方根值尚無(wú)明顯的增大，故此時(shí)均方根值尚無(wú)明顯的增大，故XP/Xrms增大；當(dāng)故障不斷擴(kuò)增大；當(dāng)故障不斷擴(kuò)展，

19、峰值逐步達(dá)到極限值后，均方根值則開(kāi)始增大，展，峰值逐步達(dá)到極限值后，均方根值則開(kāi)始增大，XP/Xrms逐逐步減小，直至恢復(fù)到無(wú)故障時(shí)的大小。步減小，直至恢復(fù)到無(wú)故障時(shí)的大小。4.4.概率密度診斷法概率密度診斷法 無(wú)故障滾動(dòng)軸承振幅的概率密度曲線是典型的正無(wú)故障滾動(dòng)軸承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，如圖所示。能出現(xiàn)偏斜或分散的現(xiàn)象，如圖所示。圖圖 滾動(dòng)軸承的損傷滾動(dòng)軸承的損傷4.4.峭度系數(shù)診斷法峭度系數(shù)診斷法 峭度峭度（Kurtosis） 44)()(dxxpxx圖圖 軸承疲勞試驗(yàn)過(guò)程

20、軸承疲勞試驗(yàn)過(guò)程 無(wú)故障軸承，峭度值無(wú)故障軸承，峭度值K v3； 如果出現(xiàn)故障，峭度值如果出現(xiàn)故障，峭度值K v先增先增大，后減小。大，后減小。 峭度系數(shù)對(duì)于診斷軸承的點(diǎn)蝕峭度系數(shù)對(duì)于診斷軸承的點(diǎn)蝕等沖擊類故障，靈敏性好。等沖擊類故障，靈敏性好。5.5.滾動(dòng)軸承的沖擊脈沖診斷法（滾動(dòng)軸承的沖擊脈沖診斷法（SPMSPM法）法）dBN=dBsv-dBi 總的沖擊能量總的沖擊能量dBsv與初始沖擊能量與初始沖擊能量dBi之差稱為標(biāo)準(zhǔn)沖擊能量之差稱為標(biāo)準(zhǔn)沖擊能量( (背景分貝背景分貝 ) )dBN 圖圖 沖擊脈沖值與軸承壽命的關(guān)系沖擊脈沖值與軸承壽命的關(guān)系圖沖擊脈沖儀示意圖圖沖擊脈沖儀示意圖6.滾動(dòng)軸

21、承共振解調(diào)診斷法（IFD法） 美國(guó)波音公司提出的一項(xiàng)技術(shù)，稱為早期故障探測(cè)法（Incipient Failure Detection）。 利用解調(diào)技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析的過(guò)程如圖所示。軸承故障引起的沖擊脈沖F(t)經(jīng)傳感器拾取及電路諧振，得到放大的高頻衰減振動(dòng)a（t），再經(jīng)包絡(luò)檢波得到的波形a1（t），相當(dāng)于將故障引起的脈沖加以放大和拓寬，并且摒除了其余的機(jī)械干擾，最后作頻譜分析可以得到與故障沖擊周期T相對(duì)應(yīng)的頻率成分f及其高次諧波。據(jù)此，可以用于滾動(dòng)軸承故障及故障部位的診斷。 圖圖 IFD法的信號(hào)變換過(guò)程法的信號(hào)變換過(guò)程二、滾動(dòng)軸承的精密診斷二、滾動(dòng)軸承的精密診斷、軸承內(nèi)滾道損傷、軸承內(nèi)滾道

22、損傷 軸承內(nèi)滾道產(chǎn)生損傷時(shí)，如：剝落、裂紋、點(diǎn)蝕等（如圖所軸承內(nèi)滾道產(chǎn)生損傷時(shí)，如：剝落、裂紋、點(diǎn)蝕等（如圖所示），若滾動(dòng)軸無(wú)徑向間隙時(shí)，會(huì)產(chǎn)生頻率為示），若滾動(dòng)軸無(wú)徑向間隙時(shí)，會(huì)產(chǎn)生頻率為nfi（n1 1，2,2,）的沖擊振動(dòng)。的沖擊振動(dòng)。 圖內(nèi)滾道損傷振動(dòng)特征圖內(nèi)滾道損傷振動(dòng)特征 通常滾動(dòng)軸承都有徑向間隙，且為單邊載荷，根據(jù)點(diǎn)蝕部分與滾動(dòng)體發(fā)生沖擊接觸的位置的不同，振動(dòng)的振幅大小會(huì)發(fā)生周期性的變化，即發(fā)生振幅調(diào)制。若以軸旋轉(zhuǎn)頻率fr,進(jìn)行振幅調(diào)制，這時(shí)的振動(dòng)頻率為nfi士fr（n1，2）。 . .軸承外滾道損傷軸承外滾道損傷 當(dāng)軸承外滾道產(chǎn)生損傷時(shí)，如剝落、裂紋、點(diǎn)蝕等（如圖當(dāng)軸承外滾道產(chǎn)

23、生損傷時(shí)，如剝落、裂紋、點(diǎn)蝕等（如圖2 2所示），在滾動(dòng)體通過(guò)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生沖擊振動(dòng)。由于點(diǎn)蝕的位置所示），在滾動(dòng)體通過(guò)時(shí)也會(huì)產(chǎn)生沖擊振動(dòng)。由于點(diǎn)蝕的位置與載荷方向的相對(duì)位置關(guān)系是一定的，所以，這時(shí)不存在振幅與載荷方向的相對(duì)位置關(guān)系是一定的，所以，這時(shí)不存在振幅調(diào)制的情況，振動(dòng)頻率為調(diào)制的情況，振動(dòng)頻率為nfo ( ( n1 1，2,2,），振動(dòng)波形如圖），振動(dòng)波形如圖所示。所示。 圖圖 外滾道損傷振動(dòng)特征外滾道損傷振動(dòng)特征、滾動(dòng)體損傷、滾動(dòng)體損傷 當(dāng)軸承滾動(dòng)體產(chǎn)生損傷時(shí)，如剝落、裂紋、點(diǎn)蝕等，缺陷當(dāng)軸承滾動(dòng)體產(chǎn)生損傷時(shí)，如剝落、裂紋、點(diǎn)蝕等，缺陷部位通過(guò)內(nèi)圈或外圈滾道表面時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊振動(dòng)。部位通

24、過(guò)內(nèi)圈或外圈滾道表面時(shí)會(huì)產(chǎn)生沖擊振動(dòng)。 在滾動(dòng)軸承無(wú)徑向間隙時(shí)，會(huì)產(chǎn)生頻率為在滾動(dòng)軸承無(wú)徑向間隙時(shí)，會(huì)產(chǎn)生頻率為nZfb（n1，2,）的沖擊振動(dòng)。的沖擊振動(dòng)。 通常滾動(dòng)軸承都有徑向間隙，因此，同內(nèi)圈存在點(diǎn)蝕時(shí)的情通常滾動(dòng)軸承都有徑向間隙，因此，同內(nèi)圈存在點(diǎn)蝕時(shí)的情況一樣，根據(jù)點(diǎn)蝕部位與內(nèi)圈或外圈發(fā)生沖擊接觸的位置不同，況一樣，根據(jù)點(diǎn)蝕部位與內(nèi)圈或外圈發(fā)生沖擊接觸的位置不同，也會(huì)發(fā)生振幅調(diào)制的情況，不過(guò)此時(shí)是以滾動(dòng)體的公轉(zhuǎn)頻率也會(huì)發(fā)生振幅調(diào)制的情況，不過(guò)此時(shí)是以滾動(dòng)體的公轉(zhuǎn)頻率fc進(jìn)進(jìn)行振幅調(diào)制。這時(shí)的振動(dòng)頻率為行振幅調(diào)制。這時(shí)的振動(dòng)頻率為nZfbfc 。 圖圖 滾動(dòng)體損傷振動(dòng)情況滾動(dòng)體損傷振動(dòng)

25、情況、軸承偏心、軸承偏心 當(dāng)滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈出現(xiàn)嚴(yán)重磨損等情況時(shí)，軸承會(huì)出現(xiàn)偏心當(dāng)滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈出現(xiàn)嚴(yán)重磨損等情況時(shí)，軸承會(huì)出現(xiàn)偏心現(xiàn)象，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸心（內(nèi)圈中心）便會(huì)繞外圈中心擺動(dòng)，現(xiàn)象，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸心（內(nèi)圈中心）便會(huì)繞外圈中心擺動(dòng)，如圖如圖4 4示，此時(shí)的振動(dòng)頻率為示，此時(shí)的振動(dòng)頻率為nfr（n1, 2,）。 圖圖 滾動(dòng)軸承偏心振動(dòng)特征滾動(dòng)軸承偏心振動(dòng)特征實(shí)例實(shí)例 6210軸承的監(jiān)測(cè)與診斷軸承的監(jiān)測(cè)與診斷 一臺(tái)單級(jí)并流是鼓風(fēng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖。該機(jī)組自一臺(tái)單級(jí)并流是鼓風(fēng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖。該機(jī)組自86年年1月月30日起，測(cè)點(diǎn)日起，測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)加速度逐漸增加至正常值的振動(dòng)加速度逐漸增加至正常值10倍

26、，為倍，為查明原因，對(duì)測(cè)點(diǎn)查明原因，對(duì)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。 已知：已知： 軸承型號(hào)軸承型號(hào)6210（深溝球軸承），鋼球直徑（深溝球軸承），鋼球直徑d=12.7mm，節(jié)圓直徑，節(jié)圓直徑D=70mm，鋼球個(gè)數(shù)，鋼球個(gè)數(shù)Z=10，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速速=900r/min。 軸承的故障特征頻率：軸承的故障特征頻率： 鼓風(fēng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率：鼓風(fēng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率：15（HZ） 內(nèi)圈的故障特征頻率：內(nèi)圈的故障特征頻率：88.6（HZ） 外圈的故障特征頻率：外圈的故障特征頻率：61.3（HZ） 滾動(dòng)體的故障特征頻率：滾動(dòng)體的故障特征頻率：40.6（HZ）測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)的頻譜圖的頻譜圖 a）高

27、頻段頻譜）高頻段頻譜 b）低頻段頻譜）低頻段頻譜 頻譜分析頻譜分析：在高頻段的加速度譜圖上，頻率在高頻段的加速度譜圖上，頻率1350Hz1350Hz和和2450Hz2450Hz處，處，出現(xiàn)高頻峰群，這是軸承元件的固有頻率，表明該出現(xiàn)高頻峰群，這是軸承元件的固有頻率，表明該軸承可能已有損傷。軸承可能已有損傷。在低頻段的加速度譜圖上，在軸的轉(zhuǎn)頻在低頻段的加速度譜圖上，在軸的轉(zhuǎn)頻15Hz15Hz，內(nèi)圈，內(nèi)圈的故障特征頻率的故障特征頻率88Hz88Hz，外圈的故障特征頻率，外圈的故障特征頻率61Hz61Hz及及其其2 2次、次、3 3次諧波上，均出現(xiàn)峰值。次諧波上，均出現(xiàn)峰值。 初步判定：初步判定：

28、軸承外圈存在故障，內(nèi)圈也可能有問(wèn)題。軸承外圈存在故障，內(nèi)圈也可能有問(wèn)題。檢查驗(yàn)證：檢查驗(yàn)證： 停機(jī)后發(fā)現(xiàn)，軸承內(nèi)、外圈存在較長(zhǎng)的軸向裂紋停機(jī)后發(fā)現(xiàn)，軸承內(nèi)、外圈存在較長(zhǎng)的軸向裂紋總結(jié)：總結(jié)： 1）軸承疲勞后，加速度譜圖上出現(xiàn)高頻峰群；）軸承疲勞后，加速度譜圖上出現(xiàn)高頻峰群；高頻峰群的中心頻率與軸承外圈振動(dòng)的固有頻率高頻峰群的中心頻率與軸承外圈振動(dòng)的固有頻率非常接近。非常接近。 2）譜圖上，低頻峰值與軸承的特征頻率有關(guān)。）譜圖上，低頻峰值與軸承的特征頻率有關(guān)。外圈有疲勞點(diǎn)蝕時(shí)，在外圈有疲勞點(diǎn)蝕時(shí)，在nf0處振幅增大；處振幅增大；內(nèi)圈有疲勞點(diǎn)蝕時(shí)，在內(nèi)圈有疲勞點(diǎn)蝕時(shí)，在nfi處振幅增大，還有邊頻；處振幅增大，還有邊頻；鋼球有疲勞點(diǎn)蝕時(shí)，在鋼球有疲勞點(diǎn)蝕時(shí)，在nzfb處振幅增大，還有邊處振幅增大，還有邊頻。頻。三、滾動(dòng)軸承其他診斷方法三、滾動(dòng)軸承其他診斷方法、光纖監(jiān)測(cè)診斷法、光纖監(jiān)測(cè)診斷法 光纖位移傳感器的構(gòu)