故障诊断5-滚动轴承的振动监测与诊断_精品文档PPT格式课件下载.pptx

1、痕失效。滚动轴承失效的基本形式滚动轴承失效的基本形式65.1.5 5.1.5 滚动轴承的断裂失效滚动轴承的断裂失效 断裂失效由于运行时载荷过大、转速过高、润滑不良或装配不妥等而产生过大的热应力。胶合失效指滑动接触两表面，一个表面上的金属粘附到另一个表面上的现象称为胶合。滚动轴承失效的基本形式滚动轴承失效的基本形式7滚动轴承的振动诊断滚动轴承的振动诊断5.2、滚动轴承的振动诊断、滚动轴承的振动诊断5.2.1 5.2.1 滚动轴承的振动机理滚动轴承的振动机理 1 1）轴承刚度变化引起的振动）轴承刚度变化引起的振动振动特点振动特点 随着随着滚动体滚动体位置不同位置不同，其承载状态，其承载状态也不断变

2、化，这将导致也不断变化，这将导致内圈、外圈和滚动体产内圈、外圈和滚动体产生弹性变形而引起振动生弹性变形而引起振动 。由于由于滚动体直径不一致滚动体直径不一致，因刚性不同而引起振动。因刚性不同而引起振动。82 2）由滚动轴承的运动副构件的）由滚动轴承的运动副构件的缺陷或故障缺陷或故障引起的振动引起的振动 轴承滚动表面的轴承滚动表面的微观特征或缺陷微观特征或缺陷导致滚动体滚动时产生导致滚动体滚动时产生交变的激振力。这种故障引起的激振力产生的随机振动信号交变的激振力。这种故障引起的激振力产生的随机振动信号的主要频率成分为滚动轴承的的主要频率成分为滚动轴承的故障故障特征频率特征频率。滚动轴承的振动诊断

3、滚动轴承的振动诊断9A内圈旋转频率内圈旋转频率A保持架旋转频率保持架旋转频率D D为轴承的节圆直径；为轴承的节圆直径；d d为滚珠直径；为滚珠直径；为接触角。A滚珠自转频率滚珠自转频率A保持架通过（内圈）频率保持架通过（内圈）频率滚动轴承的振动诊断滚动轴承的振动诊断10A滚珠通过内圈频率滚珠通过内圈频率A滚珠通过外圈频率滚珠通过外圈频率滚动轴承的振动诊断滚动轴承的振动诊断BPFO-Ball Pass Frequency Outer RacefBOBPFI-Ball Pass Frequency Inner Race fBiBSF-Ball Spin Frequency fbFTF-Cage F

4、requency or Fundamental Train Frequency fc滚动轴承故障频率计算（1）保持架故障频率：FTF=（1/2）NoFTF=（1/2）No1+1+（d/Dd/D）Cos +Ni Cos +Ni 1-1-（d/Dd/D）Cos Cos 滚动体旋转故障频率：BSF=（1/2）（D/d）|No-Ni|1-（d/D）Cos BSF=（1/2）（D/d）|No-Ni|1-（d/D）Cos 外环故障频率：BPFO=（1/2）n|No-Ni|1-（d/D）CosBPFO=（1/2）n|No-Ni|1-（d/D）Cos 内环故障频率：BPFI=（1/2）n|Ni-No|1+（d

5、/D）CosBPFI=（1/2）n|Ni-No|1+（d/D）Cos d d=滚动体直径；D D=滚动轴承平均直径（滚动体中心处直径）；=径向方向接触角；n n=滚动体数目；NoNo=轴承外环角速度；Ni=Ni=轴承内环角速度（=轴转速）.注：注：1.1.滚动轴承没有滑动；滚动轴承没有滑动；2.2.滚动轴承几何尺寸没有变化；滚动轴承几何尺寸没有变化；3.3.轴承外环和轴承内环都旋转轴承外环和轴承内环都旋转.滚动轴承故障频率计算（2）保持架故障频率：FTF=（N/2）1-（d/D）Cos 滚动体旋转故障频率：BSF=（N/2）（D/d）1-（d/D）Cos 2 外环故障频率：BPFO=（N/2）

6、n1-（d/D）Cos 内环故障频率：BPFI=（N/2）n1+（d/D）Cos d d=滚动体直径；N N=轴的转速。3.3.轴承外环固定不旋转轴承外环固定不旋转.滚动轴承故障频率计算（3）外环故障频率：BPFOr0.4Nn 内环故障频率：BPFIr0.6Nn 保持架故障频率：FTFr0.4N n=滚动体数目；N=轴的转速。3.3.轴承外环固定不旋转轴承外环固定不旋转.经验公式143 3）滚动轴承元件的固有频率）滚动轴承元件的固有频率A钢球的固有频率钢球的固有频率r r为钢球的半径为钢球的半径（m）（m）；为材料密度为材料密度（kg/m（kg/m3 3）；E E为为弹弹性模量（性模量（N/m

7、2）N/m2）。A轴承套圈在圈平面内的固有频率轴承套圈在圈平面内的固有频率n n为固有频率阶数为固有频率阶数；a a 为回转轴线到中心轴的半径（为回转轴线到中心轴的半径（m m）；）；M M 为为套圈单位长度内的质量套圈单位长度内的质量（kg/m）（kg/m）；I I为为套圈截面绕中套圈截面绕中心轴的惯性矩心轴的惯性矩。一般轴承元件的固有一般轴承元件的固有频率在频率在2060 kHz 2060 kHz 的的频率范围内频率范围内 滚动轴承的振动诊断滚动轴承的振动诊断154 4）与滚动轴承安装有关的振动）与滚动轴承安装有关的振动A滚动轴承紧固过紧或过松，在滚动体通过特定位置滚动轴承紧固过紧或过松，

8、在滚动体通过特定位置时，即引起振动。其频率与滚动体通过频率相同：时，即引起振动。滚动轴承的振动诊断滚动轴承的振动诊断165 5）滚动轴承故障所产生的振动）滚动轴承故障所产生的振动滚动轴承代表故障有：表面皱裂、表面剥落、轴承烧损等。滚动轴承代表故障有：烧损烧损滚动轴承的振动诊断滚动轴承的振动诊断175.2.2 5.2.2 滚动轴承振动信号的拾取滚动轴承振动信号的拾取 测定部位：测定部位：基本思路：选基本思路：选择在离轴承最近、最能反映轴择在离轴承最近、最能反映轴承振动的位置上。承振动的位置上。测定参数：如果是在较宽如果是在较宽的频带上检测振动级，则对于的频带上检测振动级，则对于要求低频振动小的轴

9、承检测振要求低频振动小的轴承检测振动速度，而对要求高频振动小动速度，而对要求高频振动小的轴承检测振动加速度信号。的轴承检测振动加速度信号。测定周期测定周期：对于定期检测，为早期发现轴承故障，：对于定期检测，为早期发现轴承故障，以免故障继续发展到严重的程度，检测的周期应可能以免故障继续发展到严重的程度，检测的周期应可能短一些。短一些。滚动轴承的振动诊断滚动轴承的振动诊断测 点 位 置 的 选 取给测点位置作记号设备表面的处理三个方向设点测尽量靠近轴承195.2.3 5.2.3 滚动轴承的振动故障识别滚动轴承的振动故障识别 滚动轴承的典型结构及其故障频率特征滚动轴承的典型结构及其故障频率特征 滚动

10、轴承的振动诊断滚动轴承的振动诊断20u（1 1）内圈旋转频率：）内圈旋转频率：u（2 2）一个滚动体（或保持架）通过内圈上一点的频率：）一个滚动体（或保持架）通过内圈上一点的频率：u（3 3）Z Z个滚动体通过内圈上一点的频率个滚动体通过内圈上一点的频率BPFIBPFI：u（4 4）一个滚动体（或保持架）通过外圈上的一点的频率：）一个滚动体（或保持架）通过外圈上的一点的频率：u（5 5）Z Z个滚动体通过外圈上一点的频率个滚动体通过外圈上一点的频率BPFOBPFO：u（6 6）滚动体故障特征频率）滚动体故障特征频率BSFBSF：u（7 7）保持架的旋转频率）保持架的旋转频率FTFFTF（即滚动

11、体的公转频率）：（即滚动体的公转频率）：以上各特征频率是利用振动诊断滚动轴承的的基础。滚动轴承的故障频率特征滚动轴承的故障频率特征 滚动轴承的振动诊断滚动轴承的振动诊断特征频率特征频率BPFO-Ball Pass Frequency Outer RaceBPFI-Ball Pass Frequency Inner RaceBSF-Ball Spin FrequencyFTF-Cage Frequency or Fundamental Train Frequency211 1）概率密度方法）概率密度方法方法要点：方法要点：基本无故障的滚动轴承的振幅概率密度基本无故障的滚动轴承的振幅概率密度曲线图

12、形呈曲线图形呈高斯分布高斯分布；而正弦信号则呈鞍形，据此不难；而正弦信号则呈鞍形，据此不难分析出图中四种不同状态轴承的工作状况。分析出图中四种不同状态轴承的工作状况。图图a a 接近接近高斯分布高斯分布；图；图 b b 方差值较大，但无鞍形，方差值较大，但无鞍形，可以说无明显故障；图可以说无明显故障；图 c c 特点是数据集中成分较特点是数据集中成分较大，在均值左右出现较明显的鞍形，低值分散显大，大，在均值左右出现较明显的鞍形，低值分散显大，存在划伤现象；图存在划伤现象；图 d d 图形方差值很大，数据非常图形方差值很大，数据非常分散，这是疲劳的明显特征。分散，这是疲劳的明显特征。滚动轴承的振

13、动滚动轴承的振动时域方法时域方法222 2）有效值和峰值判别法）有效值和峰值判别法有效值有效值（vrms）反映了振动能量的大小，当轴承产生异常反映了振动能量的大小，当轴承产生异常后，其振幅必然增大。因而用有效值作为异常轴承的判后，其振幅必然增大。因而用有效值作为异常轴承的判断指标。但这对具有瞬变冲击振动的异常是不适用的。断指标。因为冲击波峰的振幅大，但持续时间短，用有效值来表因为冲击波峰的振幅大，但持续时间短，用有效值来表示，其特征不明显，对于这种形态的异常，用峰值比有示，其特征不明显，对于这种形态的异常，用峰值比有效值更适用。适于中晚期故障，如磨损，而不适合于早效值更适用。适于中晚期故障，如磨损，而不适合于早期故障检测期故障检测峰值峰值（xp,vp,ap）反映的是某时刻振幅的最大值，因而它反映的是某时刻振幅的最大值，因而它适用于象表面点蚀之类的具有瞬时冲击的故障诊断。另适用于象表面点蚀之类的具有瞬时冲击的故障诊断。另外，对于转速较低的情况（如外，对于转速较低的情况（如300r/min以下），也常采以下），也常采用峰值进行诊断。适于早期故障如点蚀、裂纹等的检测。用峰值进行诊断。滚动轴承的滚动轴承的时域诊断方法时域诊断方法233 3）波峰系数法）波峰系数法（峰值系数峰值系数）所谓波峰系数所谓波峰系数 Cf xp/xrms，是指峰值