滚动轴承的振动诊断

d f Bi = 1 zf 0 (1 + D cos α ) 2
d f Bo = 1 zf 0 (1 − D cos α) 2
fb =
1 D 2 d
d f 0 [1 − ( D cos α ) 2 ]
d f c = 1 f 0 (1 − D cos α) 2
式中： 滚动体个数 滚动体个数； 滚动体直径 滚动体直径； 滚道节径 滚道节径； 轴承回转频率，为每秒转数n/60。 式中：z滚动体个数；d滚动体直径；D滚道节径；f0轴承回转频率，为每秒转数 接触角：滚动体受力方向与内外滚道垂直线的夹角。 α 接触角：滚动体受力方向与内外滚道垂直线的夹角。
机械故障诊断学
第４章 滚动轴承的振动诊断
４.１轴承主要故障形式 １ ４.２滚动轴承振动信号特征 ２ ４.３滚动轴承故障诊断法 ３
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４.１轴承主要故障形式 １
一、概述 滚动轴承是机器中最易损坏的零件之一， 滚动轴承是机器中最易损坏的零件之一，约占旋转机械故障的 30% 产生各种各样轴承缺陷原因：由于设计、加工、安装不好， 产生各种各样轴承缺陷原因：由于设计、加工、安装不好，或轴 承服役条件不佳，突出载荷的袭击等， 承服役条件不佳，突出载荷的袭击等，运行一段时间后出现 检测这些缺陷的方法很多， 振动信号检测、声发射、 检测这些缺陷的方法很多，如：振动信号检测、声发射、铁谱等 技术或直接测定温度 振动监测技术最为可靠容易实现 因为大部分可归纳为表面劣化而使振动加剧， 因为大部分可归纳为表面劣化而使振动加剧，所以与表面状态有 关的振动信号成了检测轴承状态的重要资料 专用仪器， 测定波峰因素的BK-2511振动仪、日本 振动仪、 专用仪器，如：测定波峰因素的 振动仪 日本NB-3轴 轴 承监视器、瑞典MEPA-43冲击脉冲仪、SPM及美国 冲击脉冲仪、 及美国IRD820振动脉 承监视器、瑞典 冲击脉冲仪 及美国 振动脉 冲能量和峰值分析仪（用于在线） 冲能量和峰值分析仪（用于在线）
研究目标
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４.２滚动轴承振动信号特征 ２
一、 滚动轴承的低频振动（接触频率---缺陷特征频率） 滚动轴承的低频振动（接触频率 缺陷特征频率） 缺陷特征频率 滚动轴承元件出现缺陷时，随着轴承的旋转， 滚动轴承元件出现缺陷时，随着轴承的旋转，缺陷每接触一次 就会产生一次冲击振动，具有一定的周期性，其振动频率在0～ 就会产生一次冲击振动，具有一定的周期性，其振动频率在 ～20kHz。 。 假设：（ ）滚动环和滚动体之间无滑动； 假设：（1）滚动环和滚动体之间无滑动； ：（ （2）径向、轴向受载荷时个部分无变形 ）径向、 滚珠轴承对应于元件缺陷的频率为（不是滚柱轴承）： 滚珠轴承对应于元件缺陷的频率为（不是滚柱轴承）： 滚珠通过内圈滚道 滚珠通过外圈滚道 滚动体缺陷 保持架不平衡
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４.２滚动轴承振动信号特征 ２
三、滚动轴承振动信号特征 特征频率成分） 滚动轴承振动信号特征（特征频率成分 滚动轴承振动信号特征 特征频率成分）
其中，n为正整数；Z为钢球数目；fc为保持架频率；f0为轴承回转频率。
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４.２滚动轴承振动信号特征 ２
其中，fbi为钢球在内圆滚道上的通过频率；f0振动频率；fc为保持架转速；fb滚动体相对 于保持架的频率。
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４.３滚动轴承故障诊断法
一、简易诊断法（仅判断有无异常） 简易诊断法（仅判断有无异常） 1、测定部位的选择 、 注意：（ ：（1）测定部位不要改变，以保证前提一致，最好是轴承座； 注意：（ ）测定部位不要改变，以保证前提一致，最好是轴承座； （2）测头接触表面光滑牢固； ）测头接触表面光滑牢固； （3）一般在垂直、轴向两方向上测量。速度需三个方向，加 ）一般在垂直、轴向两方向上测量。速度需三个方向， 速度一个方向即可。 速度一个方向即可。 轴承座露在外面，测定部位：轴承座； 轴承座露在外面，测定部位：轴承座； 轴承座在内部，测定部位：轴承座刚性高的部位或基础。 轴承座在内部，测定部位：轴承座刚性高的部位或基础。 2、测定参数 轴承振动频率范围在几HZ到数千 到数千HZ。 轴承振动频率范围在几 到数千 。 小于10HZ， 测位移； 一般 小于 ， 测位移； 10HZ至1KHZ（中频）， 测速度； 至 （中频）， 测速度； 大于1KHZ（高频）， 测加速度（常用于大于 大于 （高频）， 测加速度（常用于大于10KHZ）。 ）。 常用速度和加速度，为去除其它振动信号，用滤波器取所需带宽。 常用速度和加速度，为去除其它振动信号，用滤波器取所需带宽。 3、测定周期 测定时间间隔取决于经济性，且不漏异常情况，越短越好。 测定时间间隔取决于经济性，且不漏异常情况，越短越好。
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４.３滚动轴承故障诊断法
4、判别标准 、 绝对值判别标准和相对判别标准，兼用。 绝对值判别标准和相对判别标准，兼用。 适用于所有轴承的绝对标准是不存在的， 适用于所有轴承的绝对标准是不存在的，同一种轴承用于不同的场 合其判别标准也是不同的。 合其判别标准也是不同的。所以一定要注意使用场合选择合适的判 别标准。 别标准。 低频部分的绝对值判别标准难以确定，用相对标准或相对判定法， 低频部分的绝对值判别标准难以确定，用相对标准或相对判定法， 故对于同时存在高、低频的轴承振动要用两个判别标准来判别。 故对于同时存在高、低频的轴承振动要用两个判别标准来判别。 5、简易诊显增大， ① 首先检查润滑状态，加油后数小时数天后测量，发现振动明显增大， 则要判别是否异常； 则要判别是否异常； 根据各自情况制定出专门的绝对值标准， ② 根据各自情况制定出专门的绝对值标准，测定同条件下的振动初始 即相对值判别标准； 值，即相对值判别标准； 确定判定方案，包括：位置、方向、参数、周期等。 ③ 确定判定方案，包括：位置、方向、参数、周期等。 ④ 测量振动信号，作出比较判断或进一步作谱分析。 测量振动信号，作出比较判断或进一步作谱分析。
转子回转频率f0 内圈轨道频率FBi 滚动体回转频率fb
50.00 206.25 187.50
50.65 200.95 380.00
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研究目标 滚动轴承故障诊断法－－ ４.３滚动轴承故障诊断法－－包络法 三、 包络法（共振解调法 ） 包络法（ 轴承发生故障时，将引起一系列冲击脉冲， 轴承发生故障时，将引起一系列冲击脉冲，在频域中含有基频及其一系 列高阶谐波，经过传感器拾取及电路谐振， 高频自由衰减振动 高频自由衰减振动， 列高阶谐波，经过传感器拾取及电路谐振，----高频自由衰减振动，即传感器 振动被故障脉冲响应调制， 振动被故障脉冲响应调制，此高频振动的幅值受到轴承缺陷引起的脉动激发 力的调制． 力的调制． 包络法中，信号先被滤去其他低频分量（燥声） 包络法中，信号先被滤去其他低频分量（燥声）而只取经调制的高频分 高频自由衰减振动），再经放大、滤波后送入峰值跟踪器解调（ ），再经放大 量（高频自由衰减振动），再经放大、滤波后送入峰值跟踪器解调（或低通 滤波器），即可得到原来的低频脉动信号， ），即可得到原来的低频脉动信号 滤波器），即可得到原来的低频脉动信号，在此基础上进行轴承缺陷的频谱 分析。 分析。 所得解调波与故障脉冲有唯一对应关系， 所得解调波与故障脉冲有唯一对应关系，解调波的幅度反映故障严重程 而解调波的基频为轴承故障频率（特征频率） 度，而解调波的基频为轴承故障频率（特征频率） 包络法的优点是它有效地消除了各种低频成分的干扰，更为突出地显示 包络法的优点是它有效地消除了各种低频成分的干扰， 故障的频谱特征，提取有用信息使诊断结果更准确。 故障的频谱特征，提取有用信息使诊断结果更准确。
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４.１轴承主要故障形式 １
二、轴承主要故障形式 磨损：磨料磨损（杂质）和摩擦磨损（润滑恶化） 磨损：磨料磨损（杂质）和摩擦磨损（润滑恶化） 疲劳剥落：交变应力作用、微小裂纹的发展、 疲劳剥落：交变应力作用、微小裂纹的发展、生绣等原因引起 裂纹：由材料缺陷或交变载荷、应力集中、 裂纹：由材料缺陷或交变载荷、应力集中、润滑不良等引起 腐蚀：湿气或水侵入润滑油、 腐蚀：湿气或水侵入润滑油、较大电流引起电腐蚀 压痕：过载、 压痕：过载、撞击或异物进入滚道 胶合和点蚀：因为各种原因，当轴承在高温、高速、重载、 胶合和点蚀：因为各种原因，当轴承在高温、高速、重载、瞬 间载荷等使用条件下，滚道或滚动体表面产生微小烧损点， 间载荷等使用条件下，滚道或滚动体表面产生微小烧损点，滚道 和滚动体表面温度过高而使局部熔合在一起即胶合。 和滚动体表面温度过高而使局部熔合在一起即胶合。 其他故障形式：破损、烧损、 其他故障形式：破损、烧损、电蚀等
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４.２滚动轴承振动信号特征 ２
滚动轴承的固有频率（共振频率） 二、 滚动轴承的固有频率（共振频率） 由于外力的激励就会引起振动， 与轴承结构有关 (由于外力的激励就会引起振动，不管轴承有无故 由于外力的激励就会引起振动 障均存在，但不能表征轴承的异常， 障均存在，但不能表征轴承的异常，所以要加以区分类型 ) 钢球的固有频率为 轴承圈在圈平面内 的固有频率（ 的固有频率（内外 圈弯曲方向的） 圈弯曲方向的）为
f bn = 0.212
Eg Rγ
fn =
n (n 2 − 1) 2 π( D / 2 ) 2 n 2 + 1
EIg γA
式中：E弹性模量；I轴承圈横截面的惯性矩；γ材料密度；A轴承圈横截面积；n振动 阶数。G重力加速度；R钢球半径；D轴承圈横截面中性轴直径。 此为圆环弯曲方向的振动频率，还有内外径半径方向、扭力方向的振动， 此为圆环弯曲方向的振动频率，还有内外径半径方向、扭力方向的振动，式中计 算为单体共振频率，具结构其计算有变化。 算为单体共振频率，具结构其计算有变化。 一般固有频率在数千HZ到数十千 到数十千HZ， 一般固有频率在数千 到数十千 ，人耳听不见