旋转机械的振动监测与诊断

•5.1.2滚动轴承的振动测定
•1.测定部位
• 测定部位选择的基本思路是选择在离轴承最近、 最能反映轴承振动的位置上。一般讲，若轴承座是外 露的，测点位置可直接选在轴承座上；若轴承座是非 外露的，测点应选择在轴承座刚性较好的部分或基础 上。同时，应在测点处做好标记，以保证不会由于测 点部位的不同而导致测量值的差异。
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•表5-1滚动轴承的主要损伤形式及产生原因
损伤形式 疲劳
胶合
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损伤原因
①轴向载荷过大 ②轴向载荷过大，对 中不良，润滑不良 ③保持架的圆度误差 太大 ④装配不当，对中不 良，轴弯曲 ⑤轴、保持架精度不 高 ⑥安装时冲击载荷过 大，圆柱滚子轴承的 装配过盈量太大
①润滑不良，润滑 脂过硬，启动时加 速度太大 ②滚道面不平行， 转速过高 ③润滑不良,装配 不当,轴向载荷过 大
损伤特征
①向心轴承的滚道仅 一侧表面剥落 ②双列轴承的表面仅 一侧表面剥落 ③滚动体及滚道接触 边缘剥落 ④滚动体的圆周方向 在对称位置上有剥落 ⑤滚子轴承的疾驰道 和滚动体靠近端部外 表面产生剥落 ⑥受力表面较大面积 压光和微观剥落
花熔化
损伤，丧失精度而
③微振，装配不当 不能继续工作
①冲击载荷过大，装 配不当，胶合发展 ②冲击载荷，热处理 不当，装配不当，胶 合发展 ③对中不良，装配不 当，润滑不良，异常 载荷，转速过快，异 物进入
①外环或内环产生裂 纹 ②滚动体产生裂纹 ③保持架断裂
导致产生裂纹，断裂， 使轴承失效
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•
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B 连续在线监测
连续在线监测主要适用于重要场合或由于工况 恶劣不易靠近滚动轴承的场合，以及滚动轴承加速 劣化的阶段，相应的监测仪器较定期检测的仪器要 复杂，成本也要高些。
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•5.2 滚动轴承的振动机理
•5.2.1滚动轴承振动的基本 参数 •1.滚动轴承的结构 • 滚动轴承是由内圈、 外圈、滚动体和保持架四 部分组成。图5-2为滚动轴 承的结构简图。
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•2.滚动轴承的固有振动频率 • 滚动轴承在运行过程中，由于滚动体与内圈或外 圈冲击而产生振动，这时的振动频率为轴承各部分的固 有频率。 • 固有振动中，外圈的振动表现最明显，计算内圈 及外圈的固有振动频率时，将它们看作为矩形截面的圆 环，故可用如下近似公式：
• D 峭度系数诊断法 • • 峭度 定义 为归一化的4阶中心矩，即式中
•
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❖ —振幅均值； ❖ —标准差。 ❖ x—瞬时振幅 ❖ P(x)—概率密度；
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• 峭度系数诊断法的优点：在于与轴承的转速、 尺寸和载荷无关，主要适用于点蚀类故障的诊断。
•当滚动轴承无损伤或有极微小损伤时，脉冲值（dB值）
很小；随着故障的发展，脉冲值逐渐增大。当冲击能
量达到初始值的1000倍（60dB）时，就认为该轴承的
寿命已经结束。当轴承工作表面出现损伤时，所产生
的实际脉冲值用 表示，它与初始脉冲值
之
差称为标准冲击能量
•﹦ •﹣
•根据 值可以将轴承的工作状态分为三个区域进 行诊断。
•(三)滚动轴承的故障诊断方法
• 滚动轴承的
•故障诊断方 法
•振动信号分析诊 断
•声发射诊断 •油液分析诊断 •光纤监测诊断
•其中，振动信号分析诊断方法最为常用。
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5.3.1振动信号分析诊断
滚动轴承的振动信号分析故障诊断方法可分为：
（1）简易诊断法 简易诊断的目的是初步判断被列为诊断对象
•E—材料的弹性模量 I—圆环中性轴截面二次矩 • A—圆环的截面积 D圆环中性轴直径
—材料密度 n—变形波的节线数
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•5.2.2 滚动轴承的振动特征
•1.滚动轴承的振动形式 引起滚动轴承振动的原因很多， 除了其本身的固有振动以外还包括以下振动：
•（1）轴承构造引起 的振动 图5-3所示的 轴承，随滚动体位置 不同，其承载状态也 不断变化，这将导致 内、外圈和滚动体产 生弹性变形而引起振 动。
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•（2）滚动体的非线性伴生振动
• 滚动轴承靠滚 道与滚动体的弹性 接触来承受载荷， 具有一定的弹性， 其刚性很高；当轴 承润滑不良时，就 会出现非线性的特 性，如图5-4所示， 从而产生非线性振 动。
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•（3）由于精加工波纹引起的振动
• 由于滚动轴承的振动在不同方向上反映出不同的 特性，因此一般情况下都应按图5-1所示那样在水平 （x）、垂直（y）和轴向（z）三个方向上进行检测。
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•2.测定参数
• 根据滚动轴承的固有特性、制造条件、使用情况 的不同，它所引起的振动可能是频率为1kHz以下的低 频脉动，也可能是频率为1kHz以上，数千赫乃至数十 千赫的高频振动，更多的情况是同时包含了上述两种 振动成分。因此，通常检测的振动速度和加速度分别 覆盖了上述的两个频带，必要时可用滤波器取出需要 的频率成分。如果是在较宽的频带上检测振动级，则 对于要求低频振动小的轴承检测振动速度，而对于要 求高频振动小的轴承检测振动加速度。
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•（一）振动信号简易诊断法有以下几种：
• A 振幅值诊断法
• 这里所说的振幅值指峰值 均值 （对于简谐 振动为半个周期内的平均值，对于轴承冲击振动为经 绝对值处理后的平均值）以及均方根值(有效值)。
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•诊断的。峰值反映的是某时刻振幅的最大值，因而 它适用于象表面点蚀损伤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，也常采用峰 值进行诊断。均值用于诊断的效果与峰值基本一样， 其优点是检测值较峰值稳定，但一般用于转速较高 的情况。均方根值是对时间平均的，因而它适用于 像磨损之类的振幅值随时间缓缓变化的故障诊断。
• 若加工制造时， 在滚道或滚动体上留 有如图5-5所示的加 工波纹，那么当凸起 数目达到一定量值时， 会产生特有的振动。
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•(4)滚动轴承的损伤引起的振动
• 当轴承损伤 时，如图5-6所示 内圈点蚀，就会引 起相应的冲击振动。
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①滚道面和滚动体 表面出现胶合 ②深沟球轴承的滚 道面出现螺旋状胶 合 ③滚子端面和挡边 外出现胶合
损伤结果
使滚动体或滚道表面 产生剥落坑，并向大 片剥落发展，导致轴 承失效
导致表面烧伤，并 使金属从一个表面 粘附到另一表面
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磨损 腐蚀 破损
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①运输中轴承受到振 幅很小的摇摆运动作 用 ②配合面间有微小间 隙造成的滑动磨损 ③异物落入，润滑不 良，对中不良，装配 不当
①轴承内部配合面等 锈蚀 ②滚动面上出现模板 状凸凹 ③表面红色或黑色的 锈斑
①类似静压痕 ②在配合面上出现红 褐色磨损粉末的局部 磨损
损伤轴承，降低轴 承运转精度
③滚道面、滚动体面、 凸缘面、保护架等磨 损
④圆锥滚子轴承挡边 磨损过大
①空气中水分的凝结， 腐蚀性介质侵入 ②电流通过产生电火
表面由于电流、化 学和机械作用产生
的滚动轴承是否出现了故障。 （2）精密诊断法
精密诊断的目的是要判断在简易诊断中被认为 是出现了故障的轴承的类别及故障原因。
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• 用于滚动轴承简易诊断的判定标准可大致分为 三种：
•⑴绝对判定标准
• 是用于判断实测振值是否超限的绝对量值。
•⑵相对判定标准
• 是对轴承的同一部位定期进行振动检测，并按 时间先后进行比较，以轴承无故障情况下的振值为 基准，根据实测振值与该基准振值之比来进行判断 的标准。
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•B 波形因数诊断法
• 波型因数定义为峰值与均值之比。该值也是用 于滚动轴承简易诊断的有效指标之一。
•如图5-7所示，
当
值过
大时，表明滚动
轴承可能有点蚀，
而
值过
小时，则有可能
发生了磨损。
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•C 概率密度诊断法 • 无故障滚动轴承的振幅的概率密度曲线是典型的 正态分布曲线；而一旦出现故障，则概率密度曲线可 能出现偏斜或分散的现象。
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2020/11/16
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5.3.2 声发射诊断
当固体受到力作用时，由于内部缺陷的存在， 会产生应力集中，使塑性变形加大或形成裂纹 与扩展，这时均要释放弹性波。这种现象称声 发射（Acoustic Emission,缩写AE）。
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3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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第五节、滚动轴承的振动诊断方法
5.1 滚动轴承的失效与振动测定 5.1.1滚动轴承的失效形式
滚动轴承在运行过程中，由于装配不当、润滑 不良、水分和异物侵入、腐蚀和过载等都可能使轴 承过早损坏。即使不出现上述情况，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。总之，滚动轴承的损伤形式是十分复杂的。表 5-1为滚动轴承的主要损伤形式及产生原因。
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旋转机械的振动监测与诊断
•主要内容： •1.旋转机械的振动及故障概论 •2.旋转机械故障的诊断信息的表达和分析 •3.旋转机械故障的简易诊断方法 •4.旋转机械故障的精密诊断及典型故障分析 •5.滚动轴承的振动诊断方法 •6.齿轮和齿轮箱的监测与诊断方法 •7.其他分析方法简介
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• (二) 滚动轴承故障的精密诊断法
•
• 通过对滚动轴承实施简易诊断发现有故障后，
应进一步对其进行精密诊断，即通过振动信号的频
率分析，以判明故障的类别和原因。
•
• 常用的精密诊断方法有：
•
•
A 低频信号分析法
•
•
B 中、高频信号绝对值分析法
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•E 冲击脉冲法（SPM法）
• 冲击脉冲法（Shock Pulse Method）的原理是， 滚动轴承运行中有缺陷（如疲劳剥落、裂纹、磨损和 混入杂物）时，就会发生冲击，引起脉冲性振动。由 于阻尼的作用，脉冲性振动是一种衰减性振动，因而 冲击脉冲的强弱反映了故障的程度。
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•3.测定周期
• • 滚动轴承的振动检测可分为：
• • A 定期检测 • 对于定期检测，为了早期发现轴承故障，以免故 障迅速发展到严重的程度，检测的周期应尽可能短一 些。但如果检测周期定得过短，则在经济上可能是不 合理的。因此，应综合考虑技术上的需要和经济上的 合理性来确定合理的检测周期。
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⑶类比判定标准 是对若干同一型号的轴承在相同的条件下在同一部位进
行振动检测，并将振值相互比较进行判断的标准。
注：绝对判定标准是在规定的检测方法的基础上制定 的标准，因此必须注意其适用频率范围，并且必须 按规定的方法进行振动检测。适用于所有轴承的绝 对判定标准是不存在的，因此一般都是兼用绝对判 定标准、相对判定标准和类比判定标准。这样才能 获得准确、可靠的诊断结果。