滚动轴承故障诊断技术

2020年5月21日9时32分第1页2020年5月21日9时32分第2页主讲人：谭红2020年5月21日9时32分第3页3.3.4滚动轴承的故障诊断技术滚动轴承的故障形式与振动测定滚动轴承的简易诊断法滚动轴承的精密诊断简介主要内容：2020年5月21日9时32分第4页疲劳点蚀磨损胶合烧伤锈蚀破损压痕保持架破损蠕变电蚀3.3.4.1滚动轴承的失效与振动测定1、滚动轴承的失效形式2020年5月21日9时32分第5页现象：深沟球轴承的内圈滚道上产生等距离的剥离。原因：由于冲击载荷造成的压痕发展而成。疲劳点蚀和疲劳剥落2020年5月21日9时32分第6页现象：圆柱滚子轴承的保持架，兜孔产生的变形。原因：润滑不良，发热造成的。•现象：向心推力角接触球轴承的保持架，横梁的折损。•原因：内外圈的相对倾斜，造成对保持架的异常载荷作用。保持架破损2020年5月21日9时32分第7页电蚀现象：深沟球轴承，滚道上产生的条纹状电蚀，钢球变为深黑色。现象：圆锥滚子轴承的外圈，滚道上产生的条纹状电蚀。原因：使用中有电流通过。2020年5月21日9时32分第8页蠕变•现象：调心滚子轴承的内圈，内径上出现的相对运动伤。•原因：过盈量不足，产生蠕变造成的。2020年5月21日9时32分第9页•现象：表面变色和熔化，保持架磨损粉末压碾并附着在上面。•原因：润滑不足造成的损伤。烧伤2020年5月21日9时32分第10页原因：装配不当润滑不良密封不良腐蚀过载疲劳磨损2020年5月21日9时32分第11页3.3.4.1滚动轴承的失效与振动测定2、滚动轴承的故障诊断方法1、振动分析法2、声发射法3、温度检测法4、油液分析法5、光纤监测法2020年5月21日9时32分第12页3.3.4.1滚动轴承的失效与振动测定3.滚动轴承的振动测定(1）振动特点滚动轴承振动的频带很宽，既有低频振动，又有高频振动。其中，高频振动的成分靠传统的“手摸耳听”根本感觉不出来。因此，在大多数情况下，轴承的故障和状态只有用测振仪或分析仪对轴承的振动信号在特定的频带进行监测和分析，才能判断并预测。2020年5月21日9时32分第13页3.3.4.1滚动轴承的失效与振动测定（2）测定参数及频带的选择1)低频段（≤1KHZ）检测参数：速度2）中频段（1—20KHZ）检测参数：加速度、峭度系数。3）高频段（20—80KHZ）冲击脉冲法（SPM）：标准冲击能量2020年5月21日9时32分第14页3.3.4.2滚动轴承的简易诊断法原理利用简易诊断仪器测出特定的振动量（速度、加速度等），再与标准值进行比较，以是否超出规定的界限值来判断轴承是否存在故障及故障程度的方法。方法1、振动信号法2、冲击脉冲法（SPM法)3、共振解调法（IFD法）2020年5月21日9时32分第15页3.3.4.2滚动轴承的简易诊法振动信号法参数的类型1)幅域参数例：速度、加速度特点：其值既与故障有关，也与工况（负载、转速、仪表灵敏度）有关。2)无量纲参数例：峭度系数特点：对故障的灵敏性好，随工况不同变化小。2020年5月21日9时32分第16页3.3.4.2滚动轴承的简易诊断法1、振动信号法1)幅域参数——振幅值诊断法(最简单、最常用)测量仪器：Vm63、HY系列、HG-2500系列测量参数：加速度、速度加速度峰值——点蚀；速度有效值——磨损。2020年5月21日9时32分第17页3.3.4.2滚动轴承的简易诊断法2)无量纲参数——峭度系数诊断法峭度系数Kv=（峭度：）无故障轴承，峭度值Kv≈3；如果出现故障，峭度值Kv先增大，后减小。峭度系数对于诊断轴承的点蚀等冲击类故障，灵敏性好。NiiX14N14rmsX2020年5月21日9时32分第18页3.3.4.2滚动轴承的简易诊断法(3)实例①鞍钢线材厂用巡检仪监测增速机轴承测量仪器：HY—106巡检仪测量参数：①点加速度、速度2020年5月21日9时32分第19页趋势图与趋势分析（图1是垂直方向的加速度趋势图；图2是水平方向的加速度趋势图。）初步结论：振动异常。检查验证2020年5月21日9时32分第20页设备参数主电机:功率P=4000KW，转速可调n=1200r/min，一般在1150—1250之间波动。齿轮：Z1=158，Z2=67，Z3=55轴承：摩根-140-106型圆柱滚子轴承频率计算轴转频:fr=20HZ(19.176—20.83HZ)轴承内圈:fi=244.175Hz(234.004—254.344)轴承外圈:fo=195.825Hz(187.670—203.982)滚动体:fb=89.906Hz(86.162--86.655)齿轮啮合频率fm=fr×Z1=3160HZ(3028.39—3291.61)2020年5月21日9时32分第21页频谱图2020年5月21日9时32分第22页频率分析根据故障诊断理论，高频段信号反映的是滚动轴承故障及严重程度，低频段一般可以诊断故障部位。由此推断增速机的滚动轴承存在严重故障。从低频段信号分析中发现，其中一高峰值182Hz对应的频率恰好为滚动轴承外圈的通过频率，而另一高峰值851Hz恰好为轴承滚动体通过频率的10倍（滚动体通过频率fb=87Hz），同时发现这些高振幅的频率间隔都为185Hz，而这个频率恰好是轴承外圈的基本损坏频率（轴承外圈通过频率fi=189Hz）。根据轴承的振动频率信息，属于典型的滚动轴承零件发生点蚀的振动特征，因此初步判断轴承外圈及滚动体可能存在点蚀等故障。2020年5月21日9时32分第23页检查验证12月25日，，利用停轧时间对齿轮进行了检查，齿轮啮合正常、润滑良好，排除了齿轮存在故障的可能性,怀疑滚动轴承有问题。打开增速机西侧的轴承端盖，移出铜环，用内窥镜检查，发现滚动体有划痕，其中一个滚动体有点蚀现象、外圈内滚道有一处出现大面积的点蚀，162250B轴承确实已失效了，由此证实了我们的分析判断是正确的。12月26日利用检修时间更换了162250B轴承，振幅值立刻下降，从而避免了一次重大的事故发生。返回2020年5月21日9时32分第24页3.3.4.3滚动轴承的精密点检简介精密点检：主要是通过对振动信号的频率分析，来判明轴承故障的类别、部位及原因。滚动轴承的振动频率成分非常丰富，每一个元件都有各自的故障特征频率。因此，通过振动信号的频率分析不但可以判断轴承有无故障，而且可以具体地判断轴承中损坏的元件。2020年5月21日9时32分第25页滚动轴承的频谱分析高频段是否有能量堆积或峰群出现无：没有早中期故障有：存在早中期故障在低频段出现轴承的故障特征频率及倍频故障特征频率的峰值增大，故障恶化诊断思路2020年5月21日9时32分第26页3.3.4.3滚动轴承的精密点检简介1.滚动轴承的频率结构（1）故障特征频率1)内圈的故障特征频率：2)外圈的故障特征频率：3)滚动体的故障特征频率：4)保持架的故障特征频率：zfDdfri)cos1(21zfDdfr)cos1(210rbfDddDf22cos12rCfDdf)cos1(212020年5月21日9时32分第27页滚动轴承的结构如图2020年5月21日9时32分第28页（2）滚动轴承的固有频率（1—20KHZ）滚动轴承内、外圈固有频率可按以下公式计算：滚动体固有频率的简化计算公式：1)1(104.92225kkkbhfrfbr/108.442020年5月21日9时32分第29页3.3.4.3滚动轴承的精密点检简介2、滚动轴承的频率分析方法由于滚动轴承振动的频带很宽，既有高频振动，也有低频成分。在进行频谱分析时，可以选低频段和高频段两个频段进行分析。低频段：范围≤1000HZ，覆盖轴承的故障特征频率；高频段：范围1000～10000HZ，主要是轴承的固有频率及其高次谐波。2020年5月21日9时32分第30页3.3.4.3滚动轴承的精密点检简介3.实例（1）6210轴承的监测与诊断一台单级并流是鼓风机，其结构如图3-53。该机组自86年1月30日起，测点③的振动加速度逐渐增加至正常值10倍，为查明原因，对测点③的振动信号进行频谱分析。2020年5月21日9时32分第31页已知：轴承型号6210（深沟球轴承），钢球直径d=12.7mm，节圆直径D=70mm，钢球个数Z=10，风机转速=900r/min。轴承的故障特征频率：鼓风机轴的转动频率：15（HZ）内圈的故障特征频率：88.6（HZ）外圈的故障特征频率：61.3（HZ）滚动体的故障特征频率：40.6（HZ）2020年5月21日9时32分第32页测点③的频谱图a）高频段频谱b）低频段频谱2020年5月21日9时32分第33页频谱分析：在高频段的加速度谱图上，频率1350Hz和2450Hz处，出现高频峰群，这是轴承元件的固有频率，表明该轴承可能已有损伤。在低频段的加速度谱图上，在轴的转频15Hz，内圈的故障特征频率88Hz，外圈的故障特征频率61Hz及其2次、3次谐波上，均出现峰值。初步判定：轴承外圈存在故障，内圈也可能有问题。2020年5月21日9时32分第34页检查验证：停机后发现，轴承内、外圈存在较长的轴向裂纹现材实例2020年5月21日9时32分第35页结论：1）轴承疲劳后，加速度谱图上出现高频峰群；高频峰群的中心频率与轴承外圈振动的固有频率非常接近。2）谱图上，低频峰值与轴承的特征频率有关。外圈有疲劳点蚀时，在nf0处振幅增大；内圈有疲劳点蚀时，在nfi处振幅增大，还有边频；钢球有疲劳点蚀时，在nzfb处振幅增大，还有边频。2020年5月21日9时32分第36页3.5设备状态的判定标准简介3.5.1标准的种类1、按测量参数⑴位移标准⑵速度标准⑶加速度标准2、按制定方法(1)绝对标准(2)相对标准(3)类比标准2020年5月21日9时32分第37页3.5.1标准的种类（1）绝对判定标准：用于判断实测振值是否超限的绝对量值。目前应用较广的绝对振动标准有：ISO2372《机器振动的评价标准基础》ISO3945《振动烈度的现场测定与评定》VDI2056《振动烈度判据》CAD/MS/NVSH107《轴承振动测量判据》2020年5月21日9时32分第38页2020年5月21日9时32分第39页3.5.1标准的种类（2）相对判定标准：以正常状态的测定值为初值，以当前实测数据达到初值的倍数为阈值来判定设备当前所出的状态。1）常用的相对标准ISO建议的相对标准低频（＜1KHZ）机械高频（＞4KHZ）机械注意2.5倍6倍异常10倍100倍2020年5月21日9时32分第40页3.5.1标准的种类我国一些厂家采用的相对标准；低频（＜1KHZ）机械高频（＞4KHZ）机械注意1。3~2倍3倍异常4倍6倍旋转机械、齿轮滚动轴承和滑动轴承良好1~2倍1~2倍异常2~4倍2~6倍故障＞4倍＞6倍日本丰田利夫建议的相对标准2020年5月21日9时32分第41页2）企业相对标准的建立对具体设备制定切实可行的相对标准，是最合适的。①确定基线（初值）：以等时间间隔为基础，至少取二十个有效数据的平均值作为初值。注意：同测点、同方向、同角度和同压力。②计算平均值和标准值：平均值：标准差：Nxxxn210NiiNx1200)1/()(2020年5月21日9时32分第42页2）企业相对标准的建立注意标准：危险标准：a)低频领域（1KHZ以下）b)高频领域（10KHZ以上）003ex0093dx00186dx③计算注意和危险的标准：2020年5月21日9时32分第43页企业相对标准的建立示例：由上述平均值和标准差的公式可计算出：μ0=0.211，σ0=0.056注意标准为：xe=0.211+3×0.056=0.380.38/0.211=1.81.5(判定标准有效。)危险标准为：x=3*0.211+9*0.056=1.141.14/0.211=5.4123456789100.15