国际标准ISO

滚动轴承的振动
• 轴承的故障诊断与状态监测是机械设备故 障诊断技术的重要内容。 • 旋转机械的故障中轴承的损坏故障约占 30%。 • 轴承的运行质量除轴承元件本身的加工质 量外，轴承的安wenku.baidu.com及装配质量影响很大。
滚动轴承的失效形式
• 疲劳点蚀 : 因受滚动压应力 • 磨损: 因受压力又有与内外座圈的相对滑动 • 腐蚀: 润滑油中的水分几其它化学物质产生 锈蚀 • 裂纹: 由于磨削或淬火时作用而产生 • 磨粒磨损: 由于磨屑作用而磨损
基本频率的 四个谐波
带滚动轴承的机械的频谱特点
3.5
3.0 Velocity in mm/s pk
不平衡
不对中
2.5
2.0
松动
滚动轴承故障频率
1.5
1.0
0.5
0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50×R Frequency in order
倒频谱分析诊断法
• 倒频谱分析用于识别频谱图中的周期 结构 • 倒频谱的定义和有关的术语 • 倒频谱分析主要应用于滚动轴承和齿
强 迫 振 动 类 故 障
不对中 磁拉力 不平衡 松 动
正进动
齿轮故障
反进动
自 激 振 动 类 故 障
滚动轴承
R: 转动频率
TO
TI
转子不平衡故障的频谱
轴向很小
齿轮 风机 透平 箱 • 波形为简谐波，少毛刺。 • 轴心轨迹为圆或椭圆。 • 1X频率为主。 • 轴向振动不大。 • 振幅随转速升高而增大。
轮的故障诊断
电机
水泵
1X 频率
• 出现 2X 频率成分。
• 轴心轨迹成香蕉形或 8字形。
• 轴向振动一般较大。
叶片通 过频率
• 本例中，出现叶片通 过频率。
转子系统松动故障的频谱
PI PO
本例中最高 出现16X成 分
电机
水泵
转速的精确 倍频成分 噪声水平高
• 波形出现许多毛刺。
• 谱图中噪声水平高。 • 出现精确的倍频2X， 3X…等成分。 • 松动结合面两边， 振幅有明显差别。
1X频率(铅垂 ) 1X频率(水平 ) 轴向很小
1X频率(铅垂 ) 1X频率(水平 )
• 过临界转速有共振峰。
转子不平衡的类型
不平衡类型 质量不平衡 永久弯曲 热弯曲 部件位移或脱落 部件结垢 联轴器不平衡 低速晃动小 低速晃动大 振动随负荷增大，但有滞后 振动阶跃增加，然后稳定 特 征 消除措施 平衡 静态校直 找出原因 停车检查
节圆直径 滚珠直径 接触角 滚珠数 轴的转速
保持架碰外环 保持架碰内环
f
f
1 d (1 cos ) R 2 D
1 d (1 cos ) R 2 D
滚动轴承故障的频谱
PI
PO
1X 2X 频 率 故障基本 频率6.71X
电机
离心泵
• 轴承每一种零件有 其特殊的故障频率。 • 随着故障发展，它 的幅值增加，并有 谐波；谐波两边产 生边频。 • 还可用非频率域的 诊断方法，如共振 解调。
不平衡
7.5 不对中 5.0 松动引起的谐波
2.5
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Frequency in order
从油膜涡动发展到油膜振荡
转 子 转 速 r/min
涡动频率 c/min
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振动缓慢增加，轴向振动和轴 清垢 向推力增大，机器效率降低 相邻轴承振动大，相位相同 平衡
转子不对中的类型
正确对中 e = 0, = 0
平行不对中 e 0, = 0
角度不对中 e = 0, 0
综合不对中 e 0, 0
转子不对中故障的频谱
MO
MI PI PO
2X 频率
IS
下辊
• 齿轮啮合频率GMF等于齿 数乘以齿轮转速频率。 • 齿轮啮合频率两边有边频， 间距为1X。 • 随着齿轮故障发展，边频 越来越丰富，幅值增加。
下边频
上边 频
2X
• 可用倒频谱作进一步分析。
带滑动轴承的机械的频谱特点
12.5
油膜涡动、碰摩
Displacement in m pk to pk 10.0
松动故障引起的间入谐量
• 未松动时的 频谱 • 松动时的频 谱
出现0.5X， 1.5X，2.5X， 3.5X...等频 率成分
松动结合面两边振动差别大
50 40 38
不松 动
松动 ！ 松动 ！
5 8
25
35
18
15 12 10
不松 动
齿轮箱
BS 输 入 轴
齿轮故障的频谱
上辊
啮合频率 GMF
OU OL
滚动轴承故障的特征频率
外环故障频率 d D D— d — — z — R —

f z d (1 cos ) R 2 D
内环故障频率 z d f (1 cos ) R
2 D
D d 滚珠故障频率 f 1 ( ) d
cos2 R D
2
一小时学会机器故障诊断
陶洛文
工学博士，高级工程师
频谱分析法
• 频谱分析法是最基本和最常用的故障诊 断方法。
• 每种故障有其对应的特征频率。
• 根据特征频率及其变化确定机器的故障 性质和严重程度。
转动机械常见故障的频率特征
故障名称 不平衡 永久弯曲 频率特征 1¬R 1¬R 2¬R 2N¬R N 为磁极对数 1¬R, 2¬R 等 也 有 1.5 ¬ R, 2.5¬R 等 啮合频率等于 齿数¬R ， 边带频率… 外环故障… 内环故障… 滚珠故障… 转动特征 同步正进动 同步正进动 正进动 正进动 故障名称 频率特征 转动特征 正进动 正进动 正进动 正进动 油膜涡动 (0.4~0.49)¬R 等于低阶固有 油膜振荡 频率 等于低阶固有 气隙振荡 频率 失稳前 0.5¬R 内腔积液 失稳后为低阶 固有频率 失稳前 0.5¬R 转子内阻 失稳后为低阶 固有频率 失稳前小于低 阶固有频率 径向摩擦 失稳后等于低 阶固有频率 失稳前小于低 阶固有频率 轴向摩擦 失稳后等于低 阶固有频率