滾動軸承故障

小天鵝

滾動軸承故障
    現(xiàn)代工業(yè)通用機械都配備了相當數(shù)量的滾動軸承。一般說來，滾動軸承都是機器中最精密的部件。通常情況下，它們的公差都保持在機器的其余部件的公差的十分之一。但是，多年的實踐經(jīng)驗表明，只有10%以下的軸承能夠運行到設(shè)計壽命年限。而大約40%的軸承失效是由于潤滑引起的故障，30%失效是由于不對中或“卡住”等裝配失誤，還有20%的失效是由過載使用或制造上缺陷等其它原因所致。
    如果機器都進行了精確對中和精確平衡，不在共振頻率附近運轉(zhuǎn)，并且軸承潤滑良好，那么機器運行就會非?？?。機器的實際壽命也會接近其設(shè)計壽命。然而遺憾的是，大多數(shù)工業(yè)現(xiàn)場都沒有做到這些。因此有很多軸承都因為磨損而永久失效。你的工作是要檢測出早期癥狀并估計故障的嚴重程度。振動分析和磨損顆粒分析都是很好的診斷方法。
1、頻譜特征
) z, t2 `5 W: k4 ?    故障軸承會產(chǎn)生與1X基頻倍數(shù)不完全相同的振動分量——換言之，它們不是同步的分量。對振動分析人員而言，如果在振動頻譜中發(fā)現(xiàn)不同步分量那么極有可能是軸承出現(xiàn)故障的警告信號。 振動分析人員應(yīng)該馬上診斷并排除是否是其它故障引起的這些不同步分量。

+ ^4 G! Y4 G& Y: g3 S如果看到不同步的波峰，那極有可能與軸承磨損相關(guān)。如果同時還有諧波和邊頻帶出現(xiàn)，那么軸承磨損的可能性就非常大——這時候你甚至不需要再去了解軸承準確的擾動頻率。
  p: p! d1 n: X. y8 |" ]# T0 o) R2、擾動頻率計算
有四個與軸承相關(guān)的擾動頻率：球過內(nèi)圈頻率（BPI）、球過外圈頻率（BPO）、保持架頻率（FT）和球的自旋頻率（BS）。軸承的四個物理參數(shù)：球的數(shù)量、球的直徑、節(jié)徑和接觸角。其中，BPI和BPO的和等于滾珠/滾柱的數(shù)量。例如，如果BPO等于3.2 X，BPI等于4.8 X，那么滾珠/滾柱的數(shù)量必定是8。

5 x: o' z# P  g7 q4 s- e軸承擾動頻率的計算公式如下：
8 z# v* `% q' _" ~
注意：BS的值可能會加倍，因為所給的公式針對的是球撞擊內(nèi)圈或外圈的情況。如果有庇點的滾球/滾柱同時撞擊內(nèi)圈和外圈，那么其頻率值應(yīng)該加倍。
8 L% [; X6 m! E8 X0 u9 K! b需要說明的是由于受到各種實際情況如滑動、打滑、磨損、軸承各參數(shù)的不精確（如直徑可能不完全精確）等的影響，我們所計算出來的頻率值可能會與真實值有小范圍的差異。
在檢查過程中你可能會經(jīng)常涉及到滾珠的數(shù)目，對于軸承而言你所能了解到的信息可能只有滾珠（或滾柱）的數(shù)目。如果能夠根據(jù)頻譜（或其它地方）確定其中一個的擾動頻率，我們就可以根據(jù)它計算出其它的頻率。
1 j) Y0 F* t3 ?: X" f! Z對于四個擾動頻率計算還有一個近似的經(jīng)驗公式可供參考。對于8～12個滾珠/滾柱的軸承：BPO通常等于滾珠數(shù)量的0.4倍，BPI是滾珠數(shù)量的0.6倍，而FT等于0.4 X。

0 Z5 U  Z, u( |% d' r9 ]5 V7 r8 d3、軸承失效的九個階段
有人把軸承失效劃分為四個階段，在此我們?yōu)榱嗣枋龅酶釉敿殞⑺毞譃榫艂€階段。
# M2 a% d6 |: R) h) h& K第一階段：
在軸承失效的最初階段，其頻率范圍大約在20 KHz～60 KHz之間——或更高。有多種電子設(shè)備可以用來檢測這些頻率，包括峰值能量、 HFD、 沖擊脈沖、 SEE等超音頻測量裝置。在這個階段，普通的頻譜上不會出現(xiàn)任何顯示。
第二階段：
由于軸承上的庇點增大，使它在共振（固有）頻率處發(fā)出鈴叫聲。同時該頻率還作為載波頻率調(diào)制軸承的故障頻率。

第三階段：
% o0 f0 ^) ~3 A0 O# \出現(xiàn)軸承故障頻率。開始的時候我們只能觀察到這個頻率本身。圖中所示為軸承內(nèi)圈故障時的頻譜顯示。當軸承磨損進一步加劇后，在故障頻率（例子中的BPI）處的波峰值將會升高。大多數(shù)情況下波峰值將隨著時間線性增加。

第四階段：
隨著故障的發(fā)展，故障頻率將產(chǎn)生諧波。這表明發(fā)生了一定程度的沖擊。故障頻率的諧波有時可能會比基頻波峰更早被發(fā)現(xiàn)。因此，我們首先要查找頻譜中的非同步波峰，并查證是否有諧波。對應(yīng)的時域波形中同時也會出現(xiàn)沖擊脈沖的顯示。
) g1 r& t- U5 f7 E# T% U故障頻率及其諧波的幅值在開始階段都比較低。如果你僅僅通過線性坐標圖表來查看數(shù)據(jù)，很容易錯過這些重要的故障信號。因此，建議結(jié)合對數(shù)坐標來進行分析，從而及時發(fā)現(xiàn)軸承故障的早期顯示。

如果你想要進行軸承的早期故障預(yù)報，那么就應(yīng)該使用加速度為單位來采集高頻時域波形（使用加速度傳感器）——也就是說，不要進行積分。加速度能突出信號中的高頻成分，這對于我們的應(yīng)用來說是很理想的方法。
4 U; ~" I0 j  _7 i第五階段：
3 v5 r8 l9 ^. ~0 P7 ^/ ~隨著故障狀態(tài)的惡化，軸承的損壞更加嚴重，振動級將繼續(xù)升高，同時出現(xiàn)更多的諧波。由于故障自身的性質(zhì)，這時還會出現(xiàn)邊頻帶。時域波形上的尖峰波將更加清晰和明顯，你甚至能夠通過測量尖峰間的時間間隔來計算故障頻率。高頻率的軸承檢測，如峰值能量和沖擊脈沖所得到的趨勢都在持續(xù)上升。

$ B# [" Z0 ^& D( X此時引起調(diào)制的原因有二個：第一種情形是當內(nèi)圈出現(xiàn)故障時，如果它位于加載區(qū)域時，產(chǎn)生的沖擊會更加劇烈，從而產(chǎn)生更高的振幅。當內(nèi)圈故障位置移出加載區(qū)后，其振幅又會降低，并在軸承頂部達到最小值。在這種情況下內(nèi)圈的故障頻率將被（內(nèi)圈的）旋轉(zhuǎn)頻率所調(diào)制，于是我們可以在頻譜中看到1 X邊頻帶出現(xiàn)。
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如果滾珠出現(xiàn)問題，也會因相同的原因，產(chǎn)生調(diào)制。當滾珠運轉(zhuǎn)在載荷區(qū)會產(chǎn)生比運轉(zhuǎn)在非載荷區(qū)更強烈的沖擊。越接近載荷區(qū)，振幅越高。滾珠沿軸承以保持架頻率FT滾動。該頻率低于1 X——典型的FT大約等于0.4 X。
9 b+ @$ y4 K1 l) _  b. Q當我們能夠從頻譜中觀察到諧波，特別是邊頻帶后，軸承上的磨損就已經(jīng)能夠用肉眼觀察到了。這時候，你就可以建議更換軸承了。

風(fēng)的影子

資料很好，很適用。明天我多復(fù)印幾份發(fā)給我們的維修工，謝謝樓主分享！?。。?/td>

向前沖

這些都是理論上的闡述，對實際軸承的運動狀態(tài)故障沒有具體的分析。

hhr

好東西 啊
以前找到癥狀就是找補到理論依據(jù)

想半天

謝謝樓主分享  資料不錯啊

志偉

很好的資料，謝謝分享！

003366

你就換SKF軸承,問題就可以迎刃而解

淡飲綠茶

好資料，不知有沒有數(shù)據(jù)采集方面的資料

sammin

好資料
收藏了

banzhongyi

這些都是理論上的闡述，對實際軸承的運動狀態(tài)故障沒有具體的分析