典型零部件的故障诊断

案例三典型零部件的故障诊断本章教学目标：

1、理解齿轮传动故障的成固和特征

2、了解带传动故障的诊断

3、熟悉诊断方法

教学重点、难点：

教学学时：

教学手段：课件、现场教学，分组训练

教学内容：

一、典型零部件故障成因及故障信号特征

故障振动：某运动部件出现破损、磨损、疲劳失效、异常侵入运动副等，都会使运动部件的运动状态发生变化，引起异常振动。

故障振动的频率成分为故障特征频率

故障诊断的工作方法之一：在设备振动频率成分中寻找故障频率，从而判断设备的故障部位

1.电动机故障诊断

电力振动引起的电动机振动的基本频率成分应当是电力工频（50HZ）的整数倍，与电动机的极对数有关。∵n = 60f/p

当电动机的机械频率部分产生故障时，故障频率与电动机基本频率应当一致。

实际情况中，因电动机存在滑移和相位滞后关系，实际故障频率略低于基本频率。

（二）电动机故障诊断

2.带传动故障诊断

2.1带轮质量不均衡引起的振动

振动特征：简谐振动，其频率接近电机回转频率fr，振动相位不变化，且振幅随n↑而幅值↑

主要故障原因：

（1）带轮质量不均衡；

（2）带轮槽几何精度及带形状不均

类型：带本身振动；由带轮几何精度超

差引起的振动

2.2带传动误差引起的振动

1）带本身振动：

振动形式—横波振动

基频f = fo(1-υ2/u2) u—波速

高阶fn = Nf ＝N fo(1-υ2/u2) N=1、2、3

2）带轮几何精度超差或尺寸形状不均

检测：作信号平均分析，取两组同步取点：一是轮上，二是带上，分析信号周期与哪个件运动周期吻合，就是哪个件引起的冲击振动。一般带形状误差引起的传动冲击在运转一段时间后会有

所改善。

频率计法：先计算带轴转速回转

频率fr，再计算带环圈冲击频率fk。

fk = kfr

式中：k = L/πD L—带长

频谱观察：质量好的带的频谱有

较丰富的频率成分，幅值较低。质量

差的带的频谱特征则相反。

3.轴的故障诊断

轴的故障引起的振动频率如下：

（1）轴弯曲或质量不均引起频率为回转频率与齿轮啮合频率的振动

（2）联轴器两轴中心线偏移不同轴时，引起回转频率及其谐波频率的振动（3）轴的松动也会引起以回转频率为基频的振动

a)

t X(t)

b)

t X(t)

质较好

质次带传动误差引起的冲振动

总之，轴引起的振动都在低频范围，三种振动可从其振动方向、振动幅值与转速关系上判别出故障原因来。

4.齿轮激发的振动及其特征频率

4.1产生振动和噪声原因：

齿轮误差、失效、疲劳磨损等

4.2振动的三个特征频率点：

1）轴回转频率 fr = n/60 转/秒

轴不同fr不同

2）啮合频率——每秒啮合次数

fm=Zfr Z—齿数

对于一对齿，fm1 = fm2 = Z1fr1 = Z2fr2

3）齿轮的固有频率

振动仪号类型：调频、调幅、脉冲冲击。

为寻找故障信号，需对信号解调，找出调制频率和信号基频，然后参照齿轮振动觉频率及特征表找故障。

m—齿数到等效质量 k—等效弹簧弹性模量

4.3振动分析

1）在判别齿轮系统异常成因时，先从时域图上分析振动类型，看它属于幅值调制型或脉冲型，再从频谱图上分析其频率成分、幅值大小及边频带，判断设备异常部位、故障性质及原因。

2）当齿轮啮合不好或齿面粗糙会引起轴向振动；当齿轮侧隙过大时会出现.

啮合冲击。

3）轴的弯曲变形会产生轴向力造成齿轮轴向振动

5.滚动轴承引起的振动及噪声

特征：滚动轴承损伤程度高低及其劣化程度都能通过轴承旋转过程中产生的振动、噪声以及基其它可测信号加以测量与判断。

滚动轴承曲振动时频域波形如下图所示。从图中可以看出，其波形有两个特点：一是无冲击，二是变化慢。

举例：频谱分析方法

二、滚动轴承的故障诊断

2.1滚动轴承的振动监测技术

（ 1 ）频率分析法

原理：滚动轴承出现故障必表现一定的特征频率成分，在谱图上找出峰值点的频率，进而找出故障原因。

频率种类：

fr -轴的频率 fr=n/60

fi -内环上一点与一个滚动体的接触频率

fi=fr(1+d/Dcos )

fc -外环上一点与一个滚动体的接触频率

fc=fr(1-d/Dcos )

fb -滚动体上一点与外环上或内环的接触频率

fb=f2D/d[1-(d/Dcos )]/2

注：实际频谱的故障频率往往在fr、fi、fc、fb

等频率为间隔的上、下边频率

（2）包络分析法

原理：轴承运转时，轴承的某一零件表面的点蚀与其它零件接触会产生一系列的高频脉冲，其脉冲间隔即脉冲的重复速率就是指示故障部位的重要信息。

方法：a）从滚动轴承某元件共振区的高频部分中找出其谐波间隔

b）从包络信号中找出基波频率

（3）倒谱分析法

原理：利用其谐波和边频的特征可为轴承质量评定和故障诊断提供信息

案例：（对下图二个图形分析）

经分析解剖观察证实该故障是由于轴承内圈具有疲劳剥落和点蚀损伤引起的。

特点：在倒频谱上反映出轴的故障远比时域描述和频谱分析灵敏、清晰。

（4）振动简易诊断法

原理：用测振仪在高频段测取轴承的故障信息，以此判断轴承的运行状态。

方法：

（a）当用测振仪直接以轴承振动值时，一般以相对标准做为诊断标准。

（b）也可用测取轴承振动的冲击峰值与其有效值之比来判断轴承的故障状态。

2.2冲击脉冲法诊断故障

适用：诊断滚动轴承故障

设备：SPM－43A型和国产CMJ－1型冲击脉冲计

测量原理：基于轴承的损伤－冲击－寿命间的关联性而工作的。基于这个原理，通过检测轴承内滚珠或滚轴与滚道的撞击程度就可有效了解轴承的工作状态。

分析：1）滚动轴承因损伤或制造装配不良等原因引起的周期性冲击，损伤越严重，冲击越剧烈。

2）其输出时域波形即成为高频周期性减幅振幅信号。

3）当冲击脉冲值达到初始目标值i的1000倍，轴承寿命终止。

初始冲击值：i—表面良好但n或D不同时的冲击量i=nd0.61/2150 其分贝值用dBi表示

绝对冲击值——任何时候的冲击量5v，也用分尺dBsv

故障级（倍数）N=sv/i 用分尺时dBn

dBN=dBsv-dBi

良好：dBi<20dB(绿区)

有损：dBN=20~35c/B(黄)