轴承故障诊断技术课件.ppt

鞍钢职工大学,滚动轴承的 状态监测与故障诊断,机械系机械基础教研室,滚动轴承的故障分类,疲劳点蚀 磨 损 塑性变形 锈 蚀 胶 合 压 痕 破 裂 保持架损坏,现场振动监测及分析诊断的一般步骤,问 诊→ 监 测→ 诊 断→ 措 施 问诊：充分收集有关机器的工作原理、结构参数、操作性能、故障历史及检查维修情况 监测: 测取旋转机械在运行过程中的振动信号 诊断：根据测得的信号进行分析，结合振动特征、故障机理及历史运行情况 对机器状态进行识别、分析故障原因、部位及发展趋势 措施：提出诊断结论及操作、维修建议炼铁厂点检总站6号高炉1#助燃风机,问诊：结构简图,电机,风机,测点,1,测点,测点,,,,问诊：设备参数,电动机转速：n=1450rpm 电动机功率：P=110-135Kw 叶轮叶片数：8-10个 轴承型号： 1、 2、 3、324 深沟球轴承Z=15 D=190mm d=46.7mm 4、6324 调心辊子轴承Z=15 D=190mm d=35mm,问诊：频率计算,轴转频: fr =n/60=1450/60=24. 2Hz,叶片通过频率: f=叶片数×fr=(8-10) × 24.2 =193.6-242Hz,滚动轴承的频率结构,故障特征频率(Hz) 1) 内圈的故障特征频率： 2) 外圈的故障特征频率： 3) 滚动体的故障特征频率： 4) 保持架的故障特征频率：,,,,,,,,故障特征频率简化公式,1) 内圈的故障特征频率：fi=0.6 fr Z 2) 外圈的故障特征频率：fo=0.4 frZ 3) 保持架的故障特征频率：fc=0.4 fr 4) 滚动体的故障特征频率： 0.23fr Z (Z10),,{,fb =,滚动轴承的固有频率（1-20KHZ）,滚动轴承内、外圈固有频率按以下公式计算： 滚动体固有频率计算公式：,,,,滚动轴承的频率结构,back,,线材厂精轧区域轴承名细表,,back,监测,振动速度、振动加速度,测试参数： 测点位置： 测定方向： 测试周期：,轴承座或刚性大的基础部分,水平H、垂直V、轴向A,尽量长但两次测试间不可有故障。

测点,测点,,,,,,,,测点,,,,监测,本次测试，取3个测点并分别在水平、垂直 、轴向三个方向，测量速度、加速度，共18个测量值back,诊断：滚动轴承振动诊断步骤,测值分析 时域指标分析 时域波形分析 频谱分析,诊断⑴ 分析振动测量值,测量值（通频）的大小 哪一方向 与标准相比较 绝对标准 相对标准 类比标准 与前几次的测试结果相比，做趋势分析 初步判断设备处在何种状态,,诊断⑴ 分析振动测量值,根据国际ISO2372振动标准，三个测点的振动烈度基本上均处在不允许状态尤其是测点3的振动烈度都在20 mm/s以上从振动加速度的幅值可看出测点2和3的加速度幅值较大测点2轴向加速度幅值达237 mm/s2 相比之下，振动烈度基本上是轴向水平垂直，这就排除了松动故障怀疑不平衡或不对中等故障back,ISO 2372标准,,back,A-良好 B-允许 C-较差 D-不允许 I级-小型15KW 以下电机 II级-中型15-75KW电机 III级-大型，刚性基础 IV级-大型，柔性基础,诊断（2）时域指标分析,波峰因数 均方根值 峭度系数,滚动轴承的时域指标,波峰因数Cf（又称峰值系数）：是指峰值与有效值之比。

即XP/Xrms） 第一阶段：Cf ＜5，轴承正常； 第二阶段：Cf =5— 10，轴承轻微损伤； 第三阶段：Cf =10—20 ，轴承严重损伤； 第四阶段：Cf减小，轴承损伤加剧； 第五阶段：Cf恢复到初始值时，必须更换轴承滚动轴承的时域指标,峭度系数 无故障轴承，峭度系数β ≈3； 如果出现故障，峭度值的变化规律同于波峰因数的变化 均方根值Vrms（振动速度有效值或振动烈度）： 稳定性较好，但对早期故障信号不敏感 它最能反映振动的烈度 注：为了取得较好的效果，常将β与Vrms同时应用，以兼顾敏感性和稳定性诊断（2）时域指标分析,测点2轴向加速度幅值达237 mm/s2 其峭度值达7左右（正常值在3左右） 测点3轴向加速度幅值达138.4 mm/s2 其峭度值达5.47左右go,诊断（3）时域波形分析,信号的时域分析--时域波形分析 信号波形是某种物理量随时间变化的关系信号在时域内的变换或分析称为时域分析故障轴承的振动波形,c—内外圈疲劳剥落 d—外圈椭圆度超差,go,a—正常轴承,b—滚道面疲劳,诊断（4）频域分析,方法：频谱分析 动态信号的诸频率成分的幅值、相位、功率、能量与频率的关系表达出来就是频谱。

带滚动轴承的机械频谱特点,不平衡,不对中,松动,滚动轴承故障,滚动轴承的频谱分析,1、方法：由于滚动轴承振动的频带很宽，既有高频振动，也有低频成分在进行频谱分析时，可以选低频段和高频段两个频段进行分析 低频段：范围≤1000HZ，覆盖轴承的故障特征频率； 高频段：范围1000-10000HZ，主要是轴承的固有频率及其高次谐波滚动轴承的频谱分析,高频段是否有能量堆积或峰群出现,无：没有早中期故障,有：存在早期故障,在低频段出现轴承的通过频率 通过频率的峰值增大，故障恶化,,,,,,,,,,,,2、诊断思路,1）轴承疲劳后，加速度谱图上出现高频峰群 2）确认故障特征频率处有峰，表明存在该种故障，若还有明显的倍频成分，表明故障严重 确认外圈故障特征频率n f0处有峰，表明外圈有故障 确认内圈故障特征频率n fi处有峰，还有间隔为1×的边频，表明内圈存在故障 确认滚动体故障特征频率n zfb处有峰，还有边频，边带间隔为保持架故障特征频率，表明滚动体有故障滚动轴承的频谱分析 3、理论依据,滚动轴承的频谱分析 4、滚动轴承的故障频谱特征,第 一 阶 段 第 二 阶 段 第 三 阶 段 第 四 阶 段,滚动轴承的故障频谱特征,第 一 阶 段：轴承故障出现在超声段20-60kHz。

冲击能量、高频振动（5-20kHz或更高）和冲击脉冲 第一个信号是10-20倍的轴承基本损坏频率 在此阶段，滚动轴承声音、温度正常，轴承大约还有10-20％的使用寿命滚动轴承的故障频谱特征,第 二 阶 段：轴承固有频率附近开始有轻微的轴承损坏迹象 频率范围大约是500-2000Hz，末期固有频率附近出现边频旁波振幅的大小相对于轴承损坏频率的谐波是非常重要的指标 轴承略有噪声、温度有小幅上升，轴承大约还有5-10％的使用寿命滚动轴承的故障频谱特征,第 三 阶 段：滚动轴承出现磨损故障频率和谐波出现磨损发展时出现更多故障频率谐波，边带数目增多 轴承有噪声、温度上升，轴承大约还有2-5％的使用寿命滚动轴承的故障频谱特征,第 四 阶 段：滚动轴承损坏到了最末阶段 引起1倍转速频率的振幅上升，通常还导致2倍、 3倍、 4倍…等倍频分量的上升 滚动轴承故障频率和固有频率“开始消失” 轴承大约还有1％的寿命厚板厂矫直线热矫直机减速机,采样时间：2004-03-26 和2004-02-23 测 量 值：24.00 m/s^ 2和21.6 m/s^ 2 测点编号：1Ha 设备简图：,两次测量的频谱图,,,,,,87.4Hz,87.4Hz,,,轴承在轴承座内松动或部件配合松动,包括如下几方面的故障 轴承在轴承座内松动 轴承内圈间隙大 轴承保持架在轴承盖内松动 轴承松动或与轴有相对转动,,轴承在轴承座内松动或部件配合松动,振 动 特 征: 常常出现大量的高次谐频,有时10X甚至20X，松 动严重时还会出现半频及谐频 (0.5X, 1.5X)成分。

半频及谐频往往随不平衡或不对中等故障出现 振动具有方向性和局部性 振动幅值变化较大，相位有时也不稳定诊断（4）频域分析,原则：一般先通看一遍，然后从中找出振动值较大、振动特征明显的测点的时域波形图和频谱图再仔细分析测点2轴向加速度,back,测点3轴向速度,测点4轴向速度,诊断（4）频域分析,从测点3水平方向加速度幅值谱可看到，在高频段有能量堆积，尽管峰值普遍不高，但频带较宽这说明风机靠近联轴器侧的滚动轴承可能存在着早期故障也有可能电机端故障是原发性故障，而测点3的较大振动是由电机振动引发的 测点4在高频段无能量堆积，且加速度幅值很小这说明测点4处的滚动轴承目前正处在正常状态诊断（4）频域分析,从测点3轴向及测点4水平方向的速度幅值谱可看出，出现了转轴旋转频率25Hz(1450/60)及其倍频并且基本上高次谐波的幅值大于转频这是典型的平行不对中故障特征 测点2轴向加速度时域波形，存在着冲击现象幅值谱图在高频段有能量堆积并有较高的峰值这说明电机侧测点2处滚动轴承可能存在这着中期故障诊断 结论,该设备可能存在着较严重的不对中它是该设备振动较大的主要原因 电机轴承2，风机靠近联轴器侧轴承3运行较差，属带病运行。

相比之下，电机轴承故障较严重 测点4轴承目前基本处在正常工作状态措施,仔细查找不对中原因，及早排除故障隐患 定期检测，严密注视轴承故障的劣化趋势 注意联轴器的润滑滚动轴承状态监测方法小结,测试参数：振动速度、振动加速度 测点位置：轴承座或刚性大的基础部分 测定方向：水平H、垂直V、轴向A 测试周期：尽量长但两次测试间不可有故障 判别标准：绝对标准、相对标准或类比标准 设备劣化趋势分析,滚动轴承故障诊断方法小结,测值分析 时域指标分析 时域波形分析 频谱分析,实例1线材厂增速机滚动轴承故障的分析,精轧机增速箱 传动示意图,,奇 数 架,偶 数 架,①,②,设备参数,主电机: 转速可调，一般在1150—1250之间波动 当时n=1160r/min 齿轮：斜齿轮，Z1=158，Z2 =67 ，Z3 =55 轴承： 测点①处为摩根mcs -140-106型圆柱滚子轴 承，其参数： Z=22, D=260.28mm, d=28.75mm, 测点②处为U-1228-EMR-C1型圆柱滚子轴承,=0°,数据采集,自2002年9月11日开始使用HY-106巡检仪，一直比较稳定，其中10月9日到12月8日因故没测，12月9日发现振动加速度明显增大 ，见下表。

单位:m/s2,趋势图与趋势分析,图1、2分别是垂直方向和水平方向的加速度趋势图；,趋势分析法,通频值趋势分析 简单易行，不易发现早期故障,频谱趋势分析 能早期发现齿轮、轴承等早期故障 能较快判定故障的部位,目的 监视机器的劣化过程、预测机器的失效时间 方法,某厂压缩机滑动轴承的趋势管理,事故发生前后的频谱图对比,某厂压缩机滑动轴承的趋势管理,,通频值趋势分析,,滚动轴承机械的报警参考值,,制定报警值和危险值的方法,根据各种标准，ISO、GB、 API等 以机器正常状态的振动值，乘一倍数，如X4、X10,轴 转 频: fr=n/60=1160/60=19.33HZ 轴 承 内 圈: fi = = 236.00Hz 轴 承 外 圈: fo = = 189.32 Hz 滚 动 体: fb = = 87.00 Hz 保 持 架： fc = = 10.73 Hz 齿轮啮合频率:fm = fr× Z1 =3054.67HZ,频率计算,正常状态的频谱图,异常状态下水平方向的频谱图,异常状态下垂直方向的频谱图,,异常状态的频谱图,182,851,频率分析,根据故障诊断理论，高频段信号反映的是滚动轴承故障及严重程度，低频段一般可以诊断故障部位。

由此推断增速机的滚动轴承存在故障 从低频段信号分析中发现，其中一高峰值182 Hz对应的频率恰好为滚动轴承外圈的通过频率，而另一高峰值851Hz恰好为轴承滚动体通过频率的10倍（滚动体通过频率fb=87Hz），同时。