滚动轴承故障检测..

机械测试技术基础

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班级：机自11103班

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学号：************

专业：机械设计制造及其自动化

学院：机械工程学院

滚动轴承故障诊断

[摘要]设备故障诊断技术是一种了解和掌握设备在使用过程中的状态，确定其整体或局部是正常或异常，早期发现故障及其原因，并能预报故障发展趋势的技术。安装合适的传感器可以获得故障的特征信号，通过信号反映故障产生原因。滚动轴承是机械中的易损元件，据统计旋转机械的故障有30%是由轴承引起的，它的好坏对机器的工作状态影响极大。轴承的缺陷会导致机器剧烈振动和产生噪声，甚至会引起设备的损坏。滚动轴承的振动可由于外部的振源引起，也可由于轴承本身的结构特点及缺陷引起。滚动轴承故障监测诊断方法有很多种，它们各具特点，其中振动信号法应用最广泛。

[关键词]故障诊断；传感器；轴承；振动

旋转机械是各种类型机械设备中数量最多应用最广泛的一类机械，如果旋转机械发生故障，其造成的损失及影响将是十分严重的。因此，对旋转机械的监测和诊断是很必要的，它愈来愈受到普遍地重视。从诊断技术的观点来看，滚动轴承是旋转式机械的关键部位，是监测和诊断的主要对象。所以，对滚动轴承监测和诊断方法的研究是具有一定典型和普遍意义的。可以根据滚动轴承的诊断信号特征，选择合适的传感器和监测方法，获取滚动轴承故障的特征信号。滚动轴承的振动可由于外部的振源引起，也可由于轴承本身的结构特点及缺陷引起。滚动轴承故障监测诊断方法有很多种，如振动信号法、声发射法、油污染分析法等。

它们各具特点，其中振动信号法应用最广泛。下面针对电线电缆绞线机中关键部位的滚动轴承进行监测诊断。

1测振传感器

振动测量仪器与系统通常是由测振传感器、测量放大器和记录显示装置等部分所组成。测振传感器，一般简称测振器或测振仪，它的作用是把被测对象的机械振动量（位移、速度或加速度）在要求的范围内正确地接受下来，并将此机械量转换成电信号输出或显示出来。

测振传感器种类很多，以所测参数形式来分，主要有：1）位移式传感器———输出电量与振动位移成正比；

位移式传染器

接触式电阻式

应变!式

非接触式电容式电涡流!式

"2）速度式传感器———输出电量与振动速度成正比；速度式传染器

接触式动圈式

动磁!

式非接触式（变间隙式!

）

3）加速度式传感器———输出电量与输入加速度成正比。加速度式传感器

压电式

应变!式

2分析频带的选择

用低通、带通或高通滤波器对振动信号进行预处理再分析。1）低频段：用低通滤波器（截止频率fb≤1kHz）滤去高频成分后再作频谱分析。由于轴承的故障特征频率（通过频率）通常在1kHz以下，可直接观察频谱图上对应的特征谱线，做出判断。但由于在这个频峰范围易受到机械及电源干扰，并且在故障初期反映故障的频率成分在低频段的能量很小。因此，信噪比低、故障检测灵敏度差，目前已很少应用。

2）中频段：1~20kHz范围：a.用高通滤波器（截止频率为1kHz）滤去1kHz以下的低频成分，以消除机械干扰。然后用信号的峰值、RMS值或峭度系数作为监测系数。许多简易的轴承监测仪表用这种方式，如日本NSK公司的NB－3、NB－4型轴承监测仪。b.用带通滤波器提取轴承零件或结构零件的共振频率成分。滤波器的通带截止频率根据轴承类型及尺寸选择。用通带内的信号总功率作为监测参数。例如对309球轴承，通带中心频率为2.2kHz左右，带宽可选为1~2kHz。

3）高频段：20~80kHz：由于轴承故障引起的冲击有很大部分冲击能量分布在高频段，将加速度传感器的谐振频率取得较高。利用传感器的谐振或电路的谐振增强所得到的衰减振动信号。因此，根据以上频率范围要求选择压电式加速度传感器。压

电式加速度传感器的适用领域式测定0.1Hz～40kHz 范围内的10- 3~104G的振动加速度。这是因为这种传感器具有体积小、重量轻、精度高、适用温度范围广等特点，加上仪器本身的不断改进和充电过程的实用化，使过去存在于应用中的各种难点在很大程度上得到了解决。当石英、酒石酸钾钠（罗谢耳盐）受到机械力的作用时，两端会产生电荷。利用这种压电现象的转换器，称为压电式传感器，它专门用于测定振动加速度。图 1 所示为压电式加速度传感器的结构。

3 测试点的选择

滚动轴承因故障引起的冲击振动由冲击点以半球面波方式向外传播，通过轴承零件、轴承座传到箱体或机架。由于冲击振动所含的频率很高，通过零件的界面传递一次，其能量损失约80%。因此，测量点应尽量靠近被测轴承的承载区，应尽量减少中间环节，探测点离轴承外圈的距离越短越直接越好。

4 传感器的安装

对于压电式加速度传感器，最好的安装方为钢制双头螺栓的安装法，如图 2 所示.

这种安装的特点是按频率特性大体可将传感器与被测体看成为整体。传感器安装在轴承座上的位置如图3 所示。

因为绞线机可以向两个方向旋转，所以采用第二种方式安装传感器。压电式加速度传感器经过轴承座上的小孔，安装轴承座的外表面上，通过监测和诊断滚动轴承的振动情况，反映滚动轴承的工作状态正常与否。

5 测量仪器及方法

滚动轴承中有缺陷时，如有疲劳剥落、裂纹、磨损和混杂物时，就会发生冲击，引起脉冲性振动。由于阻尼的作用，这是一种衰减性振动。冲击脉冲的强弱反映了故障的程度，它还和轴承的线速度有关。SPM冲击脉冲法（ShockPulseMethod ）就是基于这个原理。

脉冲值与轴承寿命的关系如图4 所示。

在无损伤或极微小的损伤期，脉冲值（dB值）大体在水平线上下波动。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。总的冲击能量dBv与初始冲击能量dBi之差称为标准冲击能量dBN。