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第1页目录摘要第1章绪论……………………………………………………………………………3一、滚动轴承的失效形式……………………………………………………………3二、设备故障诊断技术的发展概况…………………………………………………6第2章设备故障诊断的技术基础和振动诊断方法…………………………………8一、设备故障诊断的概述……………………………………………………………8二、设备故障诊断技术的分类………………………………………………………9三、振动诊断方法概述………………………………………………………………11四、振动诊断的频域分析方法………………………………………………………12第3章滚动轴承的主要诊断方法……………………………………………………14一、振动信号简易诊断法……………………………………………………………14第2页二、振动信号精密诊断法……………………………………………………………19三、滚动轴承故障实例分析………………………………………………………19第4章滚动轴承故障的其它诊断方法………………………………………………22一、油液分析诊断……………………………………………………………………22二、温度监测诊断……………………………………………………………………24三、间隙（游隙）监测诊断法………………………………………………………25四、光纤维监测诊断法………………………………………………………………25参考文献………………………………………………………………………………26致谢……………………………………………………………………………………27第3页滚动轴承的故障诊断姓名：刘江涛摘要：滚动轴承是机械设备中最常见的零部件，其性能与工况的好坏直接影响到与之相联的转轴以及安装在转轴上的齿轮乃至整个机器设备的性能。据统计，在使用轴承的旋转机械中，大约有30％的故障都是由于轴承引起的。因此，研究滚动轴承的失效机理，提出相应的预防和维护措施，对于降低设备的维修费用，延长设备维修周期，提高经济效益，保证设备的长期安全稳定运行，均有现实的意义。。滚动轴承的振动诊断方法有：振动信号简易诊断法,美国恩泰克公司开发的g/SE诊断法等。还有其他诊断方法，如：光纤维监测技术、油污染分析法（光谱测定法、磁性磁屑探测法和铁谱分析法等）、声发射法、电阻法等，重点研究傅里叶变换。关键词：滚动轴承；故障；振动；诊断第4页第1章绪论滚动轴承是机械设备中最常见的零部件，其性能与工况的好坏直接影响到与之相联的转轴以及安装在转轴上的齿轮乃至整个机器设备的性能。据统计，在使用轴承的旋转机械中，大约有30％的故障都是由于轴承引起的。第5页一、滚动轴承的失效形式1．滚动轴承的疲劳失效滚动轴承在商接触应力的作用下，通过多次应力循环后，在套圈或滚动体工作表面的局部区域产生小片或小块金属剥落，形成麻点或凹坑，从而引起振动，噪声增大，磨损加剧，导致不能正常工作的现象称为接触疲劳失效，是滚动轴承失效的主要形式。由于材质、工作条件、润滑环境等不同，接触疲劳失效分为麻点剥落、浅层剥落、硬化层剥落。滚动轴承的疲劳失效损伤结果是：使滚动体或滚幼表面产生剥落坑，并向大片剥落发展导致轴承失效，如图1-1所示。图1-1滚动轴承疲劳失效2．滚动轴承的胶合失效高速重载、润滑严重不足、滚子与套圈滚道或挡边产生严重滑动、轴承游隙过小摩擦力增大、滚子与保持架兜孔间隙过小或卡紧等现象都会造成金属间的直接接触产生固相焊合。当汉和强度大于接触零件任一基本强度，使剪切力高于焊合强度，在接触一方或二方的金属深处产生的局第6页部破坏称为胶合。滚动轴承的胶合失效损伤结果是：导致表面烧伤，并使金属从一个表面从一个表面粘附到另一个表面，如图1-2所示。图1-2滚动轴承胶合失效3．滚动轴承的磨损失效轴承在工作过程中由于滚动体与内外滚道间的滚动和滑动运动，保持架与引导面间的滑动运动，引起轴承工作表面金属不断损失的现象叫做轴承的磨损。由于轴承工作表面不断磨损使轴承零件产生尺寸和形状的变化导致轴承配合间隙增大，工作表面形貌变坏而丧失旋转精度，由此引起工作温度升高、振动、噪声、摩擦力矩增大等，致使轴承不能正常工作的现象称为磨损失效。磨损失效与材料性质、粗糙度、润滑状态、接触应力、相对滑动率、表面摩擦系数、速度、温度及环境介质等有着密切联系。滚动轴承的磨攒失效损伤结果是：损伤轴承，降低轴承运转周期，如图1-3所示。第7页图1-3滚动轴承磨损失效4．滚动轴承的烧伤失效滚动轴承的烧伤失效损伤结果：表面局部软化，降低使用寿命，如图1-4所示。滚动轴承的烧伤失效损伤特征：滚道面、滚动体面、挡边面变色、软化、熔体。滚动轴承的烧伤失效损伤原因：装配不当，润滑不良。图1-4滚动轴承烧伤失效5．滚动轴承的腐蚀失效锈蚀是滚动轴承最严重的问题之一，高精度轴承可能会由于表面锈蚀导致精度丧失而不能继续工作。水分或酸、碱性物质直接侵人会引起轴承锈蚀。当轴承停止工作后，轴承温度下降达到露点，空气中水分凝第8页结成水滴附在轴承表面上也会引起锈蚀。此外，当轴承内部有电流通过时，电流有可能通过滚道和滚动体上的接触点处，很薄的油膜引起电火花而产生电蚀，在表面上形成搓板状的凹凸不平。滚动轴承的腐蚀失效损伤结果是：表面由于电流、化学和机械作用产生损伤，丧失精度面不能继续工作。图1-5滚动轴承腐蚀失效6．滚动轴承的破损失效过高的载荷会可能引起轴承零件产生裂纹或断裂。磨削、热处理和装配不当都会引起残余应力，工作时热应力过大也会引起轴承零件断裂。另外，装配方法、装配工艺不当，也可能造成轴承套圈挡边和滚子倒角处掉块。滚动轴承的破损失效结果是：导致产生裂纹，断裂，使轴承失效，如图1-6。1-6滚动轴承破损失效第9页7．滚动轴承的压痕失效由于滚动轴承承受的静载荷过大，冲击载荷过大，异物进入引起轴承的压痕失效，装配不当，滚道承受载荷不均匀也是引起滚动轴承压痕失效的主要原因。滚动轴承的压痕失效损伤结果是：导致表面凹凸不平，降低使用寿命，如图1-7所示。图1-7滚动轴承压痕失效二、设备故障诊断技术的发展概况对设备的故障诊断，实际上自有工业生产以来就己存在。．早期人们依据对设备的触摸，对声音、振动等状态特征的感受，凭借工匠的经验，可以判断某些故障的存在，并提出修复的措施。例如有经验的工人常利用听棒来判断旋转机械轴承及转子的状态。但是故障诊断技术作为一门学科，则是本世纪60年代以后才发展起来的。对设备故障诊断技术的发展情况，己有不少文献进行了回顾和综述。最早开展故障诊断技术研究的是美国。美国1961年开始执行阿波罗计划后出现了一系列设备故障，促使1967年在美国宇航局（NASA）倡导下，由美国海军研究室(ONR）主持美国机械故障预防小组（hfPG)，积极从事故障诊断技术的研究和开发1971年MFPG划归美国国家标准局（NSB）领导，成为一第10页个宫方领导的组织，下设故障机理研究、检测、诊断和预测技术、可靠性设计和材料耐久性评估四个小组，乎均每年召开两次会议，至今己召开40次会议．美国扒械工程师学会（ASME）领导下的锅炉压力容器监测中心（NBBI）对锅炉压力容器和管道等设备的诊断技术作了大量研究，制订了一系列有关静态设备设计、制造、试验和故障诊断及预防的标准规程，目前正在研究推行设备的声发射（AcousticE-mission)诊断技术。其他如JohnsMitcl‘公司的超低温水泵和空压机监测技术，SPIRE公司的用于军用机械的轴与轴承诊断技术，TEDEGO公司的润滑油分析诊断技术等都在国际上具有特色．在航空运输方面，美国在可靠性维修管理的基础上，大规模地对飞机进行状态监测，发展了应用计算机的飞行器数据综合系统（AIDS)，利用大量飞行中的信息来分析飞机各部位的故障原因并能发出消除故障的命令。这些技术已普遍用于波音747和DC9这一类巨型客机，大大提高了飞机的安全性。据统计，世界班机的每亿旅客公里的死亡率从60年代的0.6降到70年代的0.2左右。英国在‘60年代末70年代初，以K.A.Collacorr为首的英国机械保健中心(U.K.MechanicalHealthMonitoringCenter）开始诊断技术的开发研究。1982年曼彻斯特大学成立了沃福森工业维修公司（WIWU)，还有M比翻NealeandAssocite公司等几家公司，担任政府的顾问、协调和教育工作，开展了咨询、制定规划、合向研究、业务诊断、研制诊断仪器、研制监测装置、开发信号处理技禾、教育培训、故障分析、应力分析等业务活动。在核发电方面，英国原子能机构(UKAEA）下设一个系统可靠性服务站（(SRS)从事诊断技术的研究，包括利用噪声分析对炉体进行监测，以及对锅炉、庄力容器、管道的无损检测等，起到了英国故障数据中心的作用．在钢铁和电力工业方面英国也有柑应机构提供诊断技术服务。设备诊断技术在欧洲其他一些国家也有很大进展，它们在广第11页度上虽不大，但都在某一方面具有特色或占领先地位。日本的情况：如果说美国在航空、核工业以及军事部门中诊断技术占有领先地位，那么日本在某些民用工业，如钢铁、化工、铁路等部门发展得很快，占有某种优势。他们密切注视世界性动向，积极引进消化最新技术，努力发展自己的诊断技术，研制自己的诊断仪器．例如1970年英国提出了设备综合工程学后，日本设备工程师协会紧接着在1971年开始发展自己的，TPM（全员生产维修），并每年向欧美派遣“设备综合工程学调查团”，了解诊断技术的开发研究工作，经过，6年努力于1976年基本达到实用阶段。国立研究机构中，机械技术研究所和船舶技术研究所重点研究机械基础件的诊断技术。东京大学、东京工业大学、京都大学、早稻田大学等高等学校着重基础性理论研究。其他民办企业，如三菱重工、川崎重工、日立制作所、东京芝浦电气等以企业内部工作为中心开展应用水平较高的实用项目。我国于1983年由原国家经委发布了《国营工业交通设备管理试行条例》，1987年国务院正式颁布的《全民所有制工业交通企业设备管理条例》规定，“企业应当积极采用先‘进的设备管理方法和维修技术，采用以设备状态监测为基础的设备维修方法”，其后冶金、机械、核工业等部门还分别提出了具体实施要求，使我国故障诊断技术的研究和应用在全国普遍展开。全国各行业都很重视在关键设备上装备故障诊断系统，特别是智能化的故障诊断专家系统，其中突出的有电力系统，石化系统，．冶金系统，以及高科技产业中的核动力电站，一航空部门和载人航天工程等。工作比较集中的是大型旋转机械故障诊断系统，已经开发了20种以上的机组故障诊断系统和十余种可用来做现场简易故障诊断的便携式现场数据采集器。一些高等院校己培养了一批以设备故障诊断技术为选题的硕士研究生和博士研究生。我国的故障诊断事业正在蓬勃发展，将在我国经济建、设中发挥越来越大的作用。第12页第2章设备故障诊断的技术基础和振动诊断方法一、设备故障诊断的概述随着现代工业及科学技术的迅速发展，生产设备日趋大型化、集成化、高速化、自动化和智能化，设备在生产中的地位越来越重要，对设备的管理也提出了更高的要求，能否保证一些关键设备的正常运行直接关系到一个行业发展的各个层面。现代化工业生产一旦因故障停机损失将是十分巨大。因此，设备诊断这一技术，日益引起人们的重视，并在理论和实践应用方面得到了迅猛发展。基于故障事件的故障诊断阶段。当出现故障后才检查故障原因和发生部位，故障诊断的手段是通过对设备的解体分析并借助以往的经验以及一些简单的仪器。基于故障预防的故障诊断阶段。该阶段故障诊断的目的在于为合理的维修周期的制定提供依据，并在定期维修前检查突发性故障，保证在故障出现之前就能排除故障。这一阶段的诊断手段主要是一些简单的状态检测仪，多设有一定运行参数的报警值，能够对突发故障进行预测。基于故障预测的故障诊断阶段。该阶段故障诊断是以信号采集与处理为中心，多层次、多角度地利用各种信息对设备的状态进行评估，针对不同的设备采取不同的措施。属于正常运行状态的设备，可依据原先的检测计划进行检测；属于故障进行性发展的设备，重点检测；而个别故障较严重