滚动轴承故障及其诊断方法资料

安装
轴承损坏
内环缺陷
1 滚动轴承异常的基本形式
滚动轴承在运转过程中可能会由于各种原 因引起损坏，如装配不当、润滑不良、水分和 异物侵入、腐蚀和过载等都可能会导致轴承过 早损坏。
即使在安装、润滑和使用维护都正常的情 况下，经过一段时间运转，轴承也会出现疲劳 剥落和磨损而不能正常工作。
滚动轴承的主要故障形式与原因如下：
1滚动轴承异常的基本形式 (1).疲劳剥落
这是滚动轴承常见的一种异常形式。在滚动轴承中，滚道和 滚动体表面既承受载荷，又相对滚动。由于交变载荷的作用， 首先在表面下一定深度处形成裂纹，继而扩展到接触表面使表 层发生剥落坑，最后发展到大片剥落，
这种疲劳剥落现象造成运转时的冲击载荷，使得振动和噪 声加剧。
1 滚动轴承异常的基本形式
(6).胶合
所谓胶合是指一个零部件表面上的金属粘 附到另一个零件部件表面上的现象。
在润滑不良、高速重载情况下工作时，由 于摩擦发热，轴承零件可以在极短时间内达到 很高的温度，导致表面烧伤及胶合。
1 滚动轴承异常的基本形式
(7).保持架损坏
由于装配或使用不当可能会引起保持架发 生变形，增加它与滚动体之间的摩擦，甚至使 某些滚动体卡死不能滚动，也有可能造成保持 架与内外圈发生摩擦等。
2.2 滚动轴承的特征频率
➢ 为分析轴承各部运动参数，先做如下假设： (1)滚道与滚动体之间无相对滑动； (2)每个滚道体直径相同，且均匀分布在内外滚道之间 (3)承受径向、轴向载荷时各部分无变形；
方法： 研究出不承受轴向力时轴承缺陷特征频率，进而，推导出 承受轴向力时轴承缺陷特征频率
1. 不承受轴向力时 轴承缺陷特征频率
2.2 滚动轴承的特征频率
滚动轴承的几何参数主要有： ➢ 轴承节径D： 轴承滚动体中心所在的圆的直径 ➢ 滚动体直径d： 滚动体的平均直径 ➢ 内圈滚道半径rl： 内圈滚道的平均半径 ➢ 外圈滚道半径r2： 外圈滚道的平均半径 ➢ 接触角a： 滚动体受力方向与内外滚道垂直线的夹角 ➢ 滚动体个数Z：滚珠或滚珠的数目
➢ (2) 内环固定，外环随轴线转动时，单个滚动体（或保持
架）相对于内环的旋转频率：若外环的的旋转频率仍为fr ， 则保持架相对内环的切向速度从图(b)可知为
1
VB 2 VA 2 (Dm d ) fr
➢ 单个滚动体（或保持架）相对于内环的旋转频率为
这一损伤会进一步使振动、噪声与发热加 剧，导致轴承损坏。
2 滚动轴承的振动类型及其故障特征
在工作过程中，滚动轴承的振动通常分为两类： 与轴承的弹性有关的振动，其二为与轴承滚动表面 的状况（波纹、伤痕等）有关的振动
✓ 前者与异常状态无关，后者反映了轴承的损伤情况。
滚动轴承在运转时，滚动体在内、外圈之间 滚动。如果滚动表面损伤，滚动体在损伤表面转 动时，便产生一种交变的激振力。
以及轴承套圈在座孔中或轴颈 上微小相对运动造成的微振腐蚀 (是微动磨损与腐蚀协同作用的结果)
1滚动轴承异常的基本形式
(5).断裂
过高的载荷会可能引起轴承零件断裂。 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。
速度为
VA Vi
➢ 又因外环固定，所以滚动体与接触点C的速度为
VC 0
➢ 而滚动体中心B的速度（即保持架的速度）为
VB
1 2 VA
2
(Dm
d)
fr
➢ 单个滚动体（或保持架）相对于外环的旋转频率为
f Bo
VB lm
2
(Dm
d)
fr
Dm
1 2
(1
d Dm
)
fr
lm为滚道节圆周长
图(a)
图(b)
图(a)
图(b)
➢ (1) 外环固定，内环随轴线转动时，单个滚动体（或保持架）
相对于外环的旋转频率：
➢ 由图(a)可知，内环滚道的切线速度为
Vi Di fr fr (Dm d)
➢ 式中，fr为轴的旋转频率，d为滚动体的直径，Di为内环滚道的直径， Dm为轴承滚道节径，即内外滚道的平均值。
➢ 因为滚动体滚而不滑，所以滚动体与内环滚道接触点A的
轴承因受到过大的冲击载荷、静载荷、落入硬质异物等 在滚道表面上形成凹痕或划痕。
而一旦有了压痕，压痕引起的冲击载荷会进一步引起附近 表面的剥落。
这样，载荷的累积作用或短时超载就有可能引起轴承塑性 变形。
1滚动轴承异常的基本形式
(4).腐蚀
润滑油、水或空气水分引起表 面锈蚀（化学腐蚀）
轴承内部有较大的电流通过造 成的电腐蚀
滚动轴承故障诊断
概述
旋转机械是设备状态监测与故障诊断工作 的重点，而旋转机械的故障有相当大比例与滚 动轴承有关。
滚动轴承是机器的易损件之一，据不完全 统计，旋转机械的故障约有30％是因滚动轴承 引起的
轴承
结构：由内环、外环、滚动体和保持架组成 滚动体类型有球、圆柱滚子、 滚针、圆锥滚子和球面滚子等
轻微剥落
严重
1滚动轴承异常的基本形式 (2).磨损
是滚动轴承另一种常见的异常形式。轴承滚道、 滚动体、保持架、座孔或安装轴承的轴颈，由于机械 原因及杂质异物的侵入引起表面磨损。
磨粒的存在是轴承磨损的基本原因，润滑不良会 使磨损加剧。
磨损导致轴承游隙增大，表面粗糙，增大振动和 噪声。
1滚动轴承异常的基本形式 (3).塑性变形
通常，轴的转速越高，损伤越严重，其振动的 频率就越高；轴承的尺寸越小，其固有振动频率越 高。
2.1 滚动轴承的固有振动频率
➢ 滚动轴承在工作时，滚动体与内环或外环之间 可能产生冲击而引起轴承各元件的固有振动。
各轴承元件的固有频率与轴承的外形、材料和质量有 关
与轴的转速无关。
➢ 轴承元件的固有频率值，受安装状态的影响。 一般情况下，滚动轴承的固有频率通常可达数 千赫到数十千赫。
由于滚动表面的损伤形状是不规则的，所以 激振力产生的振动，将是由多种频率成分组成的 随机振动。
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2 滚动轴承的振动类型及其故障特征
从轴承滚动表面状况产生振动的机理可以看出， ➢ 轴承滚动表面损伤的形态和轴的转速，决定了激振力
的频率。 ➢ 轴承和外壳，决定了振动系统的传递性。
振动系统的最终振动频率，由上述二者决定。即， 轴承异常所引起的振动频率，由轴的旋转速度、损伤 部分的形态与外壳振动系统的传递特性所决定。