1、機械故障診斷技術讀書報告滾動軸承診斷案例分析綜述DiagnosisofRollingbearingCaseAnalysiswereReview學院：機械與汽車工程學專業：機械設計制造及其自動化班級：中外三班姓名：余星海學號：1402225188指導教師：王平學年學期：2017-2018學年第一學期摘要隨著科技的發展，現代工業的高速發展，工業設備的更新換代。工業正逐步向生產設備大型化、高速化、自動化方向發展，這使得生產率有了大幅度的提高，成本的降低，能源的節約，并且產品質量方面得到了極大的保證。但是，由于故障所引起的災難性事故及其所造成的對生命與財產的損失和對環境的破壞等也是很嚴重的。滾動軸承是

2、機械設備中最常見的零部件，其性能與工況的好壞直接影響到與之相聯的轉軸以及安裝在轉軸上的齒輪乃至整個機器設備的性能。因此，研究滾動軸承的失效機理，提出相應的預防和維護措施，對于降低設備的維修費用，延長設備維修周期，提高經濟效益，保證設備的長期安全穩定運行，均有現實的意義。關鍵詞：滾動軸承故障診斷案例分析AbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,therapiddevelopmentofmodernindustryandtherenewalofindustrialequipment.Industryisdevelopingtowardslar

3、ge-scaleproduction,highspeedandautomation.Theproductivityhasbeengreatlyimproved,thecosthasbeenreduced,energysavinghasbeenmade,andthequalityofproductshasbeengreatlyguaranteed.However,thecatastrophicaccidentscausedbythefailureandtheirlossoflifeandpropertyandthedestructionoftheenvironmentarealsoveryser

4、ious.Rollingbearingisthemostcommoncomponentinmechanicalequipment.Itsperformanceandworkingconditionsdirectlyaffecttheperformanceofthegearshaftandthewholemachineequipmentinstalledontheshaft.Therefore,studyingthefailuremechanismofrollingbearingsandputtingforwardcorrespondingpreventiveandmaintenancemeas

5、uresareofpracticalsignificanceforreducingequipmentmaintenancecosts,prolongingequipmentmaintenancecycle,increasingeconomicbenefitsandensuringlong-termsafeandstableoperationofequipment.Keywords:Rollingbearingfaultdiagnosiscaseanalysis1機械設備故障診斷概述42機械設備故障診斷的發展過程43設備故障診斷技術的現狀及發展趨勢44滾動軸承的故障形式55滾動軸承產生故障的原因

6、66高壓電機滾動軸承的故障分析866666666661.機械設備故障診斷概述隨著科學技術的不斷發展與進步，工業設備逐漸趨向復雜，外型向大型化不斷發展，系統逐漸實現自動化，這使得生產成本大大降低、生產效率不斷提高、殘品率有所下降、能源損耗相應減少。然而，設備運行過程中由機械故障而引發的事故，將會對人身安全和公司財產造成難以彌補的損失。因此，人們更加重視大型設備的可靠性和安全性。通過對機械系統運行狀態進行監控和診斷，控制相應的機械系統，對損壞性事故進行警告并提供有效的補救措施信息是提升機械系統安全性和可靠性的重要途徑。首先，必須正確了解故障設備的相應故障狀態和故障位置。其次，信號處理、信息傳感和測

7、試計算技術的高速進步使得機械故障診斷成為了可能，從而產生了一門新的學科機械故障診斷。2機械設備故障診斷的發展過程設備的故障診斷是指在一定的工作環境下，根據機械設備運行過程中產生的各種信息判別機械設備是正常運行還是發生了異常現象，并判定產生故障的原因和部位，以及預測、預報設備狀態的技術。故障診斷的實質就是狀態的識別，診斷過程主要有三個步驟：第一步是檢測設備狀態的特征信號，如振動、噪聲、溫度等：第二步就是從所檢測到的特征信號中提取征兆；第三步是故障的模式識別。機械設備故障診斷技術的發展可以分為以下幾個階段：基于故障事件的故障診斷階段。當出現故障后才檢查故障原因和發生部位，故障診斷的手段是通過對設備

8、的解體分析并借助以往的經驗以及一些簡單的儀器。基于故障預防的故障診斷階段。該階段故障診斷的目的在于為合理的維修周期的制定提供依據，并在定期維修前檢查突發性故障，保證在故障出現之前就能排除故障。這一階段的診斷手段主要是一些簡單的狀態檢測儀，多設有一定運行參數的報警值，能夠對突發故障進行預測。基于故障預測的故障診斷階段。該階段故障診斷是以信號采集與處理為中心，多層次、多角度地利用各種信息對設備的狀態進行評估，針對不同的設備采取不同的措施。屬于正常運行狀態的設備，可依據原先的檢測計劃進行檢測；屬于故障進行性發展的設備，重點檢測：而個別故障較嚴重發展的設備，應及時停機進行故障診斷。3設備故障診斷技術的

9、現狀及發展趨勢20年以來，隨著科學技術的不斷進步和發展，尤其是計算機技術的迅速發展和普及，設備故障診斷技術已逐步形成了一門較為完整的新興邊緣綜合工程學科。該學科以設備的管理、狀態監測和故障診斷為內容，以建立新的維修體制為目標，成為國際上一大熱門學科我國對機械設備故障診斷工作的開展始于1983年。設備診斷技術在我國的化工、冶金、電力、鐵路等行業得到應用，取得了較好的效果。隨著診斷技術的發展，出現了與之有關的廠家。部分傳感器、數據采集器已接近國際水平，同時研制開發了一些診斷儀器和設備。設備故障診斷技術發展到今天，已成為一門獨立的跨學科的綜合信息處理技術，它以可靠性理論為、控制論、信息論和系統論為理

10、論基礎，以現代測試儀器和計算機為手段，結合各種診斷對象的特殊規律而逐步形成的一門新興學科。它大體上有三部分組成：第一部分為故障診斷物理、化學過程的研究；第二部分為故障診斷信息學的研究，它主要研究故障信號的采集、選擇、處理和分析過程；第三部分為診斷邏輯與數學原理方面的研究，主要是通過邏輯方法、模型方法、推論方法和人工智能方法，根據可觀測的設備故障表征來確定下一步的檢測部位，最終分析判斷故障發生的部位和產生故障的原因。故障的診斷方法可簡單地劃分為傳統的診斷方法、數學診斷方法以及智能診斷方法。傳統的診斷方法包括：振動監測技術、油液分析技術、噪聲監測技術、紅外測溫技術、聲發射技術以及無損檢測技術等：數

11、學診斷方法包括：基于貝葉斯決策判據以及基于線性和非線性判別函數的模式識別方法、基于概率統計的時序模型診斷方法、基于距離判據的故障診斷方法一模糊診斷原理、灰色系統診斷方法、故障樹分析法、小波分析法以及混沌分析法與分形幾何法等；智能診斷方法包括：模糊邏輯、專家系統、神經網絡、進化計算方法（如遺傳算法）等。設備故障診斷技術與當代前言科學的融合是設備故障診斷技術的發展方向。當今故障診斷的發展趨勢是傳感器的精密化、多維化，診斷理論、診斷模型的多元化，診斷技術的智能化，具體說來表現在：當代最新傳感器技術尤其是激光測試技術的融和o與最新信號處理方法的融和。與非線性原理和方法的融合。與多傳感器技術的融和。與現

12、代智能方法的融和。診斷過程主要有三個步驟：第一步是檢測設備狀態的特征信號，如振動、噪聲、溫度等；第二步就是從所檢測到的特征信號中提取征兆：第三步是故障的模式識別；第四步是診斷決策。4滾動軸承的故障形式滾動軸承在正常情況下，長時間運轉也會出現疲勞剝落和磨損。而制造缺陷、對中偏差大、轉子不平衡、基礎松動、潤滑油變質等因素會加速軸承的損壞。滾動軸承的主要故障形式與原因如下：（1）疲勞剝落滾動軸承的內外滾道和滾動體交替進入和退出承載區域，這些部件因長時間承受交變載荷的作用，首先從接觸表面以下最大交變切應力處產生疲勞裂紋，繼而擴展到接觸表面在表層產生點狀剝落，逐步發展到大片剝落，稱之為疲勞剝落。疲勞剝落

13、往往是滾動軸承失效的主要原因，一般所說的軸承壽命就是指軸承的疲勞壽命。2）磨損失效由于滾道和滾動體的相對運動（包括滾動和滑動）和塵埃異物的侵入等都會引起表面磨損，而當潤滑不良時更會加劇表面磨損。磨損的結果使滾動軸承游隙增大，表面粗糙度增加，降低了滾動軸承的運轉精度，因而也降低了機器的整體運動精度，振動及噪聲也隨之增大。對于精密機械中所用的滾動軸承，往往就是因為磨損量限制了滾動軸承的壽命。此外，還有一種所謂的微振磨損。當滾動軸承本身不旋轉而受到振動時，由于滾動體和滾道接觸面間微小的，往復的相對滑動，因而導致微振磨損產生，其結果是在滾道上形成波紋狀的磨痕。在工作負荷果重的情況下，滾動軸承受到過大的

14、沖擊載荷或者靜載荷，或者因為熱變形引起額外的載荷，或者當有高硬度的異物侵入時，都會在滾道表面形成凹痕或者劃痕。這將使滾動軸承運轉時產生劇烈的振動和噪聲。而且，一旦產生上述凹痕，由此所引起的沖擊載荷可能還會進一步引起附近表面的剝落。(4)腐蝕失效腐蝕也是滾動軸承的常見故障之一。當水分直接侵入滾動軸承時就會引起滾動軸承腐蝕，另一方面，當滾動軸承停止工作時，滾動軸承溫度下降達到零點，空氣中的水分凝結成水滴吸附在軸承的表面上也會引起腐蝕。此外當滾動軸承內部有電流通過時，在滾道和滾動體之間的接觸點處，電流通過很薄的油膜引起火花，使表面局部熔融，在表面上形成波紋狀的凹凸不平。高精度的滾動軸承往往由于表面腐

15、蝕，喪失精度而不能繼續工作。(5)斷裂當載荷超過滾動軸承或者滾動體的強度極限時會引起滾動軸承零件的破裂此外，由于磨削加工、熱處理或者裝配時引起的殘余應力、工作時的熱應力過大等也都有可能造成滾動軸承零件的斷裂。(6)膠合所謂膠合是指一個表面的金屬粘附到另一表面的現象。在潤滑不良，高速重載的情況下，由于摩擦發熱，滾動軸承零件可能在極短的時間內達到很高的溫度，從而導致表面損傷及損壞。5滾動軸承產生故障的原因(1)裝配前檢查不仔細，軸承在裝配前要先清洗并認真檢查軸承的內外座圈、滾動體和保持架，是否有生銹、毛刺、碰傷和裂紋；檢查軸承間隙是否合適，轉動是否輕快自如，有無突然卡止的現象；同時檢查軸徑和軸承座

16、孔的尺寸、圓度和圓柱度及其表面是否有毛刺或凹凸不平等。對于對開式軸承座，要求軸承蓋和軸承底座接合面處與外座圈的外圓面之間，應留出0.1mm0.25mm間隙，以防止外座兩側“瓦口”處出現“夾幫”現象導致的間隙減小，磨損加快，使軸承過早損壞。(2)裝配不當。裝配不當會導致軸承出現上述的各種故障形式，以及以下的幾種情況：配合不當：軸承內孔與軸的配合采用基孔制，軸承外圓與軸承座孔的配合采用基軸制。一般在正常負荷情況下工作的離心泵、離心機、減速機、電動機和離心式壓縮機的軸與軸承內座圈，采用j5,js5,js6,k5,k6,m6配合，軸承座孔與軸承外座圈采用j6,j7配合。旋轉的座圈(大多數軸承的內座圈為

17、旋轉座圈，外座圈不為旋轉座圈，少部分軸承則相反)，通常采用過盈配合，能在負荷作用下避免座圈在軸徑和軸承座孔的配合表面上發生滾動和滑動。但有時由于軸徑和軸承座孔的尺寸測量不精確或配合面粗糙度未達到標準要求，造成過大的過盈配合，使軸承座圈受到很大擠壓，從而導致軸承本身的徑向間隙減少，使軸承轉動困難、發熱，磨損加劇或卡死，嚴重時會造成軸承內外座圈在按裝時開裂。不旋轉座圈常采用間隙或過盈不大的配合，這樣不旋轉座圈就有可能產生微小的爬動，而使座圈與滾動體的接觸面不斷更換，座圈滾道磨損均勻。同時也可以消除軸因熱伸長而使軸承中滾動體發生軸向卡住的現象。但過大的間隙配合，會使不旋轉座圈隨滾動體一同轉動，致使軸

18、(或軸承座孔)與內座圈(或外座圈)發生嚴重磨損，而出現摩擦使軸承發熱、振動。裝配方法不當：軸承和軸徑或軸承座孔的過盈較小時，多采用壓入法裝配。最簡單的方法是利用銅棒和手錘，按一定的順序對稱地敲打軸承帶過盈配合的座圈，使軸承順利壓入。另外，也可用軟金屬制的套管借手錘打入或壓力機壓入。若操作不當，則會使座圈變形開裂，或者手錘打在非過盈配合的座圈上，則會使滾道和滾動體產生壓痕或軸承間接被破壞。C.裝配時溫度控制不當滾動軸承在裝配時，若其與軸徑的過盈較大，一般采用熱裝法裝配。即將軸承放入盛有機油的油桶中，機油桶外部用熱水或火焰加熱，工藝要求加熱的油溫控制在80c90C,一般不會超過100C,最多不會超

19、過120C。軸承加熱后迅速取出套裝在軸頸上。若溫度控制不當造成加熱溫度過高，則會使軸承產生回火而致硬度降低，運行中軸承就易磨損、剝落、甚至開裂。裝配時間隙調整不當：滾動軸承的間隙分為徑向間隙和軸向間隙，其功用是保證滾動體的正常運轉和潤滑以及補償熱伸長。對于間隙可調整的軸承而言，因其軸向間隙和徑向間隙之間有正比例的關系，所以安裝是只要調整好軸向間隙就可獲得所需的徑向間隙，而切它們一般都是成對使用的（即裝在軸的兩端或一端），因此，只需要調整一只軸承的軸向間隙即可。一般用墊片調整軸向間隙，有的也可用螺釘或止推環調整。對于間隙不可調整的滾動軸承，因其徑向間隙在制造時就已按標準確定好了，不能進行調整，此

20、類軸承裝在軸徑上或軸承座孔內之后，實際的徑向間隙稱為裝配徑向間隙，裝配時要使裝配徑向間隙的大小恰好能在運轉中造成必要的工作徑向間隙，以保證軸承靈活轉動。此類軸承在工作時，由于軸在溫度升高時受熱伸長而使其內處座圈發生相對位移，從而使軸承的徑向間隙減少，甚至使滾動體在內外座圈間卡住。若將雙支承滾動軸承中的一個軸承（另一個軸承固定在軸上和軸承座中）和側蓋間留出軸向間隙，可避免上述現象。6高壓電機滾動軸承的故障原因分析及處理某電廠總裝機容量4X1000姍，每臺機組配置兩臺送風機，正常情況下兩臺送風機全部處于運行狀態，如果運行中有一臺送風機跳閘則機組需降低一半負荷方可繼續運行。送風機電機的具體技術參數如

21、下表所示：送風機電機技術參數序號名稱單位參數1設備型號YKK710-62額定功率KW24003額定電壓V60004額定電流A26g5額定轉速rptn9966頻率HZ50)7功率因數0.8928絕緣等級F9防護等級Ip54一10接法Y11重量T15.112軸承驅動端非驅動端13軸承型號23044CC/C3W33CARBC303g14潤滑油脂型號腌鋰基脂15制造廠冢上海電機廠2） 故障現象2010年2月21日2207,#4機組佃送風機負荷側軸承溫度波動，最高到70C,就地測量與盤E溫度相近；現場增設臨時冷卻廂進行冷卻后溫度穩定在50c左右，2月22日21:46.4B送風機電機負荷側軸承溫度上升至8

22、0C,持續16分鐘后突升至127c（如圖l所示），4璇風機電機軸承溫度商保護動作跳例，佃引風帆聯跳，機組RBH乍證常.負荷由620MWI至500Mw現場對4B送M機進行檢查，對電機定轉子進行各項試驗均正常，檢查負荷側軸承發舶軸承保持架已經斷裂，部分軸承滾于脫落（如圖2、3所示），立即組織人員對4B送風機負荷側軸承進行更換井于23日晚上8時更換完畢，電動機試運軸承溫度穩定32C,4B送風機重新投入運行。3） 軸承損壞原因分析3.1 ）滾動軸承結構分析滾動軸承足將運轉的軸與軸座之間的滑動摩擦變為滾動摩擦，從而減少摩擦損失的一種精密的機械元件，一般由內圈、外圈、滾動體和保持架組成（如圈4所示），滾動

23、軸承的正常工作對電動機能否獲得良好的使用性能、延長使用壽命、提高使用效率都有著十分重要的作用。該電廠4B送風機負荷側軸承型號為23044cc/c3w33（雙列調心滾子軸承，保持架采用黃銅車削制成，游隙為c3級，外圈有油槽和3個油孔），該種軸承內圈有雙列滾道，外圈滾道設計為球面滾道，滾子為鼓形的軸承，外圈滾道面中心與軸承中心一致，具有自動調心性能，此糞軸承徑向負荷能力大，亦能承受重大荷重及沖擊負荷，而且因為具有自動調心性能，在某種程度上能承受兩個方向的軸向負荷（圖5所示）。用4圖53. 2）軸承損壞原因分析電機運行中軸承異常升高從而造成軸承保持架損壞的原因主要有以下幾個方面：軸承缺油、潤滑不良、

24、軸承承受異常載荷、軸承裝配工藝存在問題、外來異物入侵軸承、軸本身質量存在問題等等。下面對每個原因進行逐個分析。3.1.1） 軸承缺油潤滑不良潤滑不良主要指軸承運轉處于貧油狀態，易形成粘著磨損，使軸承的工作表面狀態惡化，粘著磨損產生的撕裂物易進入保持架，使保持架進入異常載荷，有可能造成保持架斷裂。如果是由于軸承缺油造成的話則雙列調心軸承的內外圈磨損程度應大體一致，現場從損壞的軸承看，軸承內外圈中靠近電機側明顯磨損嚴重，故軸承缺油應不是造成軸承損壞的主要原因。3.1.2） 軸承承受異常載荷送風機負荷側軸承為雙列滾柱軸承，即有兩排滾柱，從更換下來的電動機軸承磨損情況看,靠近風機側基本完好、靠電動機側

25、軸承彈夾斷裂，滾柱變形或脫落。對損壞軸承的內外圈進行檢查發現內外圈有明顯的磨損痕跡。由此可以判斷軸承運行時受到了異常載荷的影響導致靠近電動機側滾珠不在預定軌道上滾動，而在略靠向風機側，該軸承內圈不是完整的一個平面，中間最高，兩側略低，當滾柱不在正常位置滾動時，必然會使兩排滾柱中的一排向內圈中心移動，而滾柱越靠向軸承內圈，其間隙將越小，滾柱受的力也將越大，因而使軸承發熱。從取出的滾柱看，損壞側的滾柱長度明顯長與另一側的（如圖7所示），從圖上可以看出滾柱在受力后開始變形，當變形的程度對軸承保持架產生脹力時，保持架將被強行撐開，最終引起軸承一側保持架損壞，滾柱變形或脫落。綜合以上分析可以確定軸承承受

26、異常載荷時造成電機軸承損壞的主要原因。.33.1.3） ）軸承裝配工藝存在問題軸承的裝配在安裝場地、安裝工具、軸承的清洗、軸承的加熱及安裝等均有嚴格的規定，某一個環節如果存在問題均可能造成軸承在運行中溫度的異常升高甚至損壞，該電機于2009年11月機組B級檢修期間更換了新軸承，在更換軸承的過程中如果發生安裝不到位或工藝不規范等情況就極易發生電機軸承過熱等缺陷，由于現場軸承損壞嚴重，已經無法判斷原先的軸承裝配工藝是否存在問題，但裝配工藝方面的不足應是造成本次缺陷的潛在因素之3.3.4）外來異物侵入軸承是一種精密的機械零部件，在運行的過程中如果有異物進入則可能會進入原本就很小的軸承游隙、軸承滾動體

27、之間或滾動體和保持架之間的縫隙內，軸承在高速的運轉之下進入軸承的異物就會很容易造成滾動體之間和保持架的磨損，從而產生異常的附加載荷，在此載荷的長時間作用下軸承的溫度會異常升高并最終導致保持架斷裂。從現場對損壞軸承的解體檢查來看，存在的異物均是軸承滾子和保持架磨損導致的金屬顆粒，未發現其他的外來異物，故外來異物不是造成軸承損壞的主要原因。3.2.5）軸承質量差軸承是電動機能夠正常運行的重要部件之一，如果軸承質量較差的話則會對電動機的正常運行帶來極大的隱患。將現場損壞軸承殘留部件交由SKF廠家進行檢查后未發現軸承的質量存在問題。3.3.）軸承異常載荷分析綜合以上各項原因分析可以判斷造成送風機軸承過

28、熱，保持架斷裂的主要原因是由于軸承遭受了異常載荷引起的，而異常載荷是如何引起的呢？為了弄清楚原因在4B送風機電機搶修結束投運后我們持續對電機的振動值進行監測，并將監測的振動值和4A送風機進行對比并統計如下表所示：設餐名稱時間仇林也輔底振動。刖皿4杵負荷恒1軸承振域（flfl3G照動堪非爨動*體水平方向嗑直方向牯向1水平方向藥直方向他向4R遇網機電機02.國41.232.437.30.012/100,008/0.60.072/3.10.0W/0-80.0M/0.30.018/0.8姑送鳳機機機39.S33.6弭80.40.001/0.20.009/1.00,OOT/Ol40.004/0,20.0

29、09/0.5棚域風機電機02.0846.234.1兆.90.0GSM7006/0.T0.06B/2.70.006/0,&0.007/0.50.02170-64A送風機電機44。35,2H.60.M：他日0.W1B/0.40.012/1.30、0M/0.3。,岫叫201W/Q.5衣送機電機>02.1246.8318狐40.005/016tKooe/o"0074/3.50,006/d7Q.0W/0,S0.Q28/2.6"送風機電機44.6皖839.10,006/1,20.010/0-8O.O23/L9凡003/M30.003/0.40.008/0.6'4B

30、送風機電機口昱1643,432.437.80.006/0.6仇0O3/QP50.081/3.T。,W7/L.00.D09/D.80.025/0.94丈送風機電機43.Z32.238.6Q.Offi/OL5&OIO/Ol9口QRL口。一0W/O.60.DOB/O.日,4H送風機電機44.B32.5他10.WT/Oi40_002/0,20.DfiS/2.31-0.O07/OL70.tKH/0.4CH121/Q.34A送風機電機4比034.938.»口009也90.(KB/0.40.2|0.OOH/Q.70一期,0.5O.CIO/0.6從表中可以發現4B送風機電機驅動端的軸向振動無論從橫向或縱向進行比較均明顯較水平和垂直的振動值偏大，可以判斷電機在軸向上承受了異常載荷，而異常載荷可以分為外來異常載荷和內部異常載荷，為了