滚动轴承故障诊断实验

滚动轴承故障诊断实验

一、实验目的

1·了解滚动轴承常见故障形式与诊断方法。

2·学习解调谱分析技术。

3·通过实验进行信号采集和分析，了解滚动轴承故障特点。

二、实验装置

本实验装置为轴承故障模拟实验台，如图1-1所示，该装置主要包括控制箱、电机、皮带轮、联轴器、轴等。轴的支撑方式为双支撑，故障轴承为非驱动侧的滚动轴承，轴承外圈有一缺口。

图1-1 轴承故障模拟实验台

图1-2为该实验台结构简图。图中1为电机，2为皮带轮（1:1传动），3为联轴器，4为轴，5为滚动轴承。

图1-2 实验台结构简图

三、实验原理

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，由此可见滚动轴承故障诊断工作的重要性。

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，经过一段时间的运转，轴承也会出现疲劳剥落和磨损而不能正常工作。总之，滚动轴承的故障原因是十分复杂的。滚动轴承的主要故障形式包括：疲劳剥落、磨损、塑性变形、锈蚀、断裂、胶合以及保持架损坏等。

本次实验中所用轴承型号为6205，其结构如图1-3。

图1-3 6205型轴承

6205中的代号6表示其为深沟球轴承，2是尺寸系列代号，表示轴承直径系列或宽度系列的组合，05是内径代号。它由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成。该型轴承的结构参数为：节径为39.04mm，滚子直径7.93mm，滚子数9个。

本实验中非驱动侧轴承外圈有一切口，轴承的频率与内圈转速n和滚动体数量有关，轴承各部件的特征频率可由相关软件计算得出。

由于轴承中各部件特征频率不同，因此很难从频谱图中获得故障频率，运用解调谱分析技术可以从频谱图中分离出实验所需的频率成分。

四、实验步骤

1、安装调试好实验台，先手动盘车，确保无干涉存在，打开电机，将转速调至1500r/min，通过加速度传感器测量故障轴承的振动信号，通过数字采集器将振动信号转变为数字信号，传入计算机，在相关软件中分析。

2、将转速调至1200r/min，通过加速度传感器测量轴承的振动信号，通过数字采集器将振动信号转变为数字信号，传入计算机，在相关软件中分析。

3、实验结束，关闭电机，离开前整理好实验台。

五、实验结果

1、当电机转速为1500r/min时的频谱图如图1-4。

图1-4 转速为1500rpm时的频谱图

图1-5 转速为1500rpm时的解调谱

由图1-5中第一条线可知故障频率为87Hz，后面的线为第一条线的倍频线。

经计算可得，当转速为1500rpm时，轴承内圈通过频率为135.35Hz，外圈通过频率为89.64Hz，棍子通过频率58.99Hz，保持架通过频率9.96Hz。

2、当电机转速为1200r/min时的频谱图如图1-6。

图1-6 转速为1200rpm时的频谱图

图1-7转速为1200rpm时的解调图

由图1-7中第一条线可知故障频率为70Hz，后面的线为第一条线的倍频线。

经计算可得，当转速为1200rpm时，轴承内圈通过频率为108.28Hz，外圈通过频率为71.71Hz，滚子通过频率47.19Hz，保持架通过频率7.96Hz。

六、实验结论

当电机转速为1500r/min时，轴承外圈频率为89.64Hz，得到的故障频率为87Hz，与外圈频率接近，且误差在允许范围内，可知轴承故障出现在外圈。

当电机转速为1200r/min时，轴承外圈频率为71.71Hz，得到的故障频率为70Hz，与外圈频率接近，且误差在允许范围内，可知轴承故障出现在外圈。

相应转速下的故障频率均与轴承外圈在相应转速下的频率接近，因此通过解调谱分析可以确定轴承故障出现在外圈，为轴承故障诊断提供了依据。

七、注意事项

1、传感器的布置应遵循一定原则，避免受到其他振动的影响。

2、在通电之前并确保在断电状态下进行手动盘车，以确保旋转元件与其他部件无干涉存在，防止发生危险。