SPM冲击脉冲技术在滚动轴承故障诊断的应用.docx

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SPM冲击脉冲技术在滚动轴承故障诊断的应用

SPM冲击脉冲技术在滚动轴承故障诊断的应用

来源：

作者：

西马力检测仪器时间：

2008-02-29点击：

174

冲击脉冲法（SPM，即Shock  PulseMethod），是由瑞典SPM公司在上世纪70年代最先提出的一套系统监测方法，专门用于滚动轴承多种失效的诊断，尤其对疲劳失效、磨损失效、润滑不良等失效的诊断准确率相当高，是滚动轴承失效诊断的主要方法。

1、什么是冲击脉冲

两个物体相互碰撞会产生一定能量的振动，这种振动不是呈连续状态而是以压力波的形式传递并呈脉冲状态，这种由于接触面上的物体发生碰撞而产生的振动为冲击脉冲。

2、冲击脉冲与振动的区别

冲击脉冲与振动不同，两者的区别可用一个金属球下落撞击金属板来描述，金属球落到金属板上瞬间产生的冲击信号即为一个冲击脉冲，从图中可以看出：

①、振动是连续的（图2），且频率多为低频信号。

②、冲击脉冲是持续时间很短（图2），很快衰减，频率较高，其能量可在广阔的频率范围内发散；冲击脉冲由于衰减很快，累积的能量很小。

3、冲击脉冲能量的大小取决于两方面：

① 物体碰撞时的冲击速度

② 物体表面状态。

4、冲击脉冲值与滚动轴承状态的关系

我们知道，滚动轴承的滚动体与滚道表面并不是绝对光滑的，在轴承转动时，“粗糙”的表面使两者之间的润滑油产生波动，并对外滚道产生能量较小但频率较高的冲击；同时滚动体滚过某一缺陷位置时则会产生一个相对能量较大，但频率较低的冲击，这种冲击会随着滚动体或滚道表面产生的缺陷而明显增大。

冲击脉冲法就是采用特殊的振动传感器将以上信号放大后加以采集，经过分析处理后确定滚动轴承的运行状态。

5、使用冲击脉冲评判滚动轴承的三种状态

滚动轴承状态与润滑良好的时候，运转中产生的冲击脉冲值都会很低；润滑不良而轴承没有损伤的时候，冲击脉冲值会普遍很高；润滑正常而滚动轴承发生损伤的时候，会出现周期性的峰值。

以上三种状态使用冲击脉冲技术dBm/dBc方法检测时会相应表现出：

良好状态两值均很低；润滑不良两值均升高；轴承损伤会出现dBm值升高。

6、滚动轴承的寿命及评定参数

（1）、滚动轴承的寿命

滚动轴承的寿命是以同一批型号的轴承，在相同运转条件下90%的轴承不发生破坏前的转数（以106转为单位）或工作小时数作为轴承的寿命，并把这个寿命叫做额定寿命。

而冲击脉冲对轴承寿命的定义为，一只完好的新轴承有一个初始冲击震动值，当冲击震动值达到初始冲击震动值的1000倍左右时，就认为该轴承已经达到使用寿命的终点。

用分贝（dB）

表示时，轴承寿命终点的冲击震动值为60dB，即：

20lg1000/1=20lg103=20*3=60（dB）

（2）、几个状态评定参数的含义：

dBsv：

冲击脉冲值的绝对分贝，是用来衡量冲击脉冲能量强度的绝对值。

dBi：

冲击脉冲值的背景分贝，即滚动轴承初始值。

其数值大小取决于滚动轴承内径大小和转速的大小。

dBn：

冲击脉冲值的标准分贝。

用来评定滚动轴承工作状态的标准。

dBn＝dBsv-dBi

dBm：

最大分贝，它的定义是时间窗口中最强的脉冲，表示滚动轴承元件损坏的最大程度。

dBc：

地毯分贝。

其数值为每秒产生200个冲击脉冲信号的最高读数。

表示滚动轴承的润滑状态。

一个工作状态良好的滚动轴承，地毯值低于10dBn。

dBc总是小于dBm。

dBm、dBc读数是相对读数，不是绝对分贝dBsv，而是标准分贝dBn

HR：

高频冲击值，其数值为每秒产生1000个冲击脉冲信号时的数值。

相当于最小值，但不是最小值。

LR：

低频冲击值，其数值为每秒产生40个冲击脉冲信号时的平均数值。

相当于最大值，但不是最大值。

7、诊断案例

案例：

长庆油田公司采气厂使用冲击脉冲LR/HR技术成功检测出一例新修设备滚动轴承损坏，避免了严重的设备运行事故。

一台高压电机维修后使用SPM公司A30轴承故障分析仪监测发现冲击脉冲值超标，监控运行1个月后，发现数据急剧上升，数据见表。

并发现轴承温度超标，伴随润滑脂流出。

拆解发现轴承故障。

见图。

冲击脉冲技术已经成为滚动轴承检测领域的权威，至今已广泛应用于世界各地的工矿企业，为滚动轴承诊断提供了可靠、实际的检测手段。

诸多国际知名设备厂商已经将SPM冲击脉冲技术广泛应用在自己的产品中，为用户的状态维修提供了最可信赖的帮手。

超声波预知性维护，如何

查找机械故障

监测轴承磨损

超声波检查与侦测轴承故障是监测轴承早期故障如缺油等最有效的方法。

超声波的报警将显示轴承早

期的温升与低频振动的增加。

超声波监测轴承在如下方面得到公认：

A,轴承的早期疲劳损坏，b,轴承表面点蚀，c,轴承的过度润滑与缺油。

如果滚动轴承的滚珠或滚棒，滚动沟槽金属发生金属疲劳，微小的金属变形将产生。

这种微小的金属

变形将产生不规则的表面，这种不规则的表面将产生超声波的异常散射。

这时与超声波监测的原始读数比较超声波监测的幅值变化将显示轴承的早期失效，如果读数在超出基

准数的8分贝附近一般表示轴承缺油，如果读数超出基准线的12分贝，显示轴承进入了早期失效阶段。

超声波监测轴承失效的基本知识最早是被NASA（美国航天局）的科学家实验得知的，他们实验得出

在轴承早期失效过程中24-50KHz范围内超声波幅值的变化远早于热（温度）与振动的变化。

基于轴承

共振频率的超声波侦测与分析系统能够监测轴承的早期微小变化，但是不能监测早期的一些最微小的

变化。

这是因为滚珠或滚棒在滚道里通过缺陷点时，它将产生一个冲击，整个轴承系统将随之产生周

期性的重复冲击，在特定频率下的超声波检测器将监测得知该频段下的超声波频幅的增加，它比侦测

共振频率是更有效的方式，这种超声品质的变化也可通过耳机监测到。

轴承的点蚀也产生同样的超声波频幅的增加。

超声波频率探测器用一个超声波变换器如超声波探头将侦测到超声波转换到可听的声音。

这种“外差法”

信号能够为使用者侦测轴承故障提供巨大的帮助，这种外差法信号也可以通过频谱分析软件来分析，

或者将此信号连接到振动分析仪器上来进行信号分析。

听力法被推荐应用在使用者非常熟悉这种方

法通过它“听”出轴承的故障。

好的轴承听出来象快速的嘶嘶声音，渣渣的或粗糙的声音显示轴承在失效阶段。

一些情况下损坏的滚

珠或滚道听起来象嗒嗒的声音，高强度的一致的粗糙声一般显示滚道的损坏或者所有的滚珠或滚道损

坏。

正常轴承相似的仅仅是大的噪音一般显示轴承缺油。

短促的，粗糙的刮擦声显示滚动元件撞击滑

道或这些滚动原件刮擦运行而不是正常滚动。

如果有上述现象发生，应该更密的周期去进行监测，收集数据并进行分贝值趋势分析，另外轴承声波

可以使用光谱分析的软件进行分析，或者连接到超声波仪表上进行振动分析。

这些轴承声图应该定期记录而且进行实时分析，实时分析应该包括光谱分析和时域分析。

监测轴承失效

监测轴承故障有两种最基本的方法：

比较法与历史趋势法。

比较法将两个或更多的相类似的轴承比较

他们潜在的不同。

历史趋势法要求定期监测该轴承并做好历史记录。

然后分析比较特定频率它的分

贝值的变化。

这种方法可以很好的在早期发现轴承问题并解决它。

比较法

1.使用接触式听诊时探头

2.选择预定频率（如果只有一个频率被监测，建议用30KHZ。

）

3.在轴承上标示一个测量点并且将来都使用同一个测量点，如果接触式听诊时探头不是直接接触轴承

外壳，这种读数将大大降低精度，因此一定要确信接触式听诊时探头是直接接触轴承外壳，如果这是

困难的，请接触加润滑脂的接头点或者尽可能靠近轴承外壳。

4.每一个轴承测量时尽可能是相同角度而且接触的是同一区域。

5.为了更清晰听取该频率段声音一般要求降低一些灵敏度。

6.通过耳机仔细听取声音然后作出适当判断。

7.选择相同型号，负载与转速的轴承进行相同听取声音过程。

8.比较测量仪器读数的不同与音质的不同。

历史趋势分析法

在进行历史趋势分析法前，必须使用比较法来确定一个基准线。

1.进行比较法的1-8步骤

2.记载数据作为将来的参考。

3..定期监测并与历史数据进行比较，每次测量时调节频率与起始频率相同。

如果测量分贝超出基准12分贝，表明轴承进入早期失效阶段。

缺油通常测量分贝超出基准8分贝，它通常是听起来比基准是更大的噪音，如果怀疑缺油，请加润滑

脂，加润滑脂过程中，请同时进行监测，不要一次加太多润滑脂，请分多次，每次非常少的量，直

到分贝值降到基准值，如果分贝值不回到基准值，一直保持高分贝值，请考虑其他的失效模式，并

且增加监测频率。

缺油

为了避免缺油，请注意以下事项：

1.由于润滑膜的减少，声音幅值将增加，如果整体噪音值增加并且分贝值增加值是8分贝，一般认

为是缺油。

2.重新加润滑脂，保证适当的量使分贝值回到基准值（加润滑脂不可少量也不过量）

注意：

一些轴承需要定期润滑，请定期加适当的润滑脂。

不可过度润滑

过度润滑

一个最通常的轴承失效原因

是过度润滑，润滑的超压经常损坏轴承的密封，导致轴承的过热，进而导致轴承的失效。

避免过度润滑

1.如果读数在基准线上，或者音质良好不要加脂。

2.润滑过程中，尽可能多次使读数回到基准值。

3.注意一些润滑剂需要时间覆盖轴承表面，所以尽可能多次加脂使读数回到基准值

低速轴承

用超声波探测器也可以监测低速轴承（低于200RPM），调节精度与频率值使其合适调节低速轴承，

对于极端低速轴承（低于15RPM），它也是必须的用超声波探测器进行监测，在这种极端条件下，

通常是大的并且用高粘性的润滑脂，用超声波一般监测到低频声音，这是因为润滑脂已经吸收了大

部分声学能量，如果高噪音或渣渣声音被听见，这将显示早期的失效发生。

对于更低速的轴承，用

设置基准线的方法如上述描述方法来监测它。

振动方法分析（傅立叶变换）

超声波探测器如超声波探头能够连接到振动分析仪上来进行进一步的分析，连接点是通过耳机插孔

（外差法），这种振动分析仪通过耳机插孔接受信息，从而监测轴承。

低速轴承也使用这种方法，

也可以扩展使用这种方法到各种类型的机械问题如压缩机气阀的泄漏，气喘，齿轮磨损等。

如果现

场振动分析已是不方便的，记载这个声音然后把它们连接到计算机上用UESPECTRALYZER分析软

件来分析它。

3.一般机械故障处理

操作设备一般失效原因是零件磨损，损坏或不对中，从而引发超声波音质的变化。

如果能够充分侦测

到这种变化就能够进行故障预警判断。

从而避免无计划的停车时间，更重要的是，超声波探测器能够

进行设备失效前的预知判断。

故障判断/条件预知分析：

1，用接触式听诊器模式。

2，接触轴承外壳试验部位，通过耳机听取音质并观察显示。

3，调节灵敏度直到听到清晰的音质，波形图起伏明显。

4，探头设备接触监测可怀疑部位。

5，如果有怀疑音质存在，调节怀疑音质的声波，直到它是比较清晰的被听见，再次慢慢调节频率，

直到音质最清晰。

6，集中倾听问题音质，降低灵敏度确认故障的实质原因。

监控操作设备：

为了了解与预知操作设备的故障，建立操作设备的基础数据并追踪观察数据的变化。

可通过硬软盘或其他记录数据的设备来完成这项工作。

注意：

诊断一些类型的机械故障，首先需要理解这种设备的基本操作特点，根据该设备的操作特点来

理解判断该设备一些音质的变化所对应的故障特点。

举例说明:

往复式压缩机，诊断其进气阀非常清晰

的嘀嗒声意味阀运行正常，沉闷的嘀嗒声意味阀有内漏。

Goodcompressorvalve

Badcompressorvalve

监测齿轮断齿将听取到的是非正常的嘀嗒声，理解这种非正常嘀嗒声必须首先理解正常齿啮合的嘀嗒

声并作出比较。

　　　Missinggearteeth

情况说明：

一些情况下接触轴承也许是困难的，举列一些复杂的机器轴承深埋在设备里，仅有一个润

滑油管伸出来，如果该导油管可以传到声音如铜管，我们可以接触该铜管来完成侦测过程，如果导油

管是塑料管的话，不能传导音质，可以单独安装一个专门的导音管来完成侦测，该导音管可通过橡胶

隔离装置来隔离设备外构件的一些杂音。

如果这个导音管也不能安装，建议永久安装一个传声变送器

导线伸出机器，该导线外端有专门端子连接到超声波装置。

超声波条件监测优点如下：

▲使用者能够实时听取设备运转发出的音质。

▲超声音质是局部域信号，有助判断故障源所在。

▲超声波监测能够判断最早期的故障。

▲使用外差超声法可以在计算机上判断分析故障。

▲超声波监测能够监测缺油与阻止过度润滑。

▲超声监测法能够方便应用在按需润滑程序中。

▲超声监测法在低速轴承中故障判断也非常有效，

▲超声监测法在轴承各种速度领域都非常有效。

▲软件提供重要数据报告，趋势分析报告，报警报告及其相关分析。

▲超声监测法能够追查气喘问题

▲超声监测法能够监测齿轮失效

▲超声监测法能够使用在嘈杂环境中

▲超声仪器也支持其他相关设备