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滾動(dòng)軸承故障
. u) M/ D% h! I( x% h 現(xiàn)代工業(yè)通用機(jī)械都配備了相當(dāng)數(shù)量的滾動(dòng)軸承。一般說(shuō)來(lái)，滾動(dòng)軸承都是機(jī)器中最精密的部件。通常情況下，它們的公差都保持在機(jī)器的其余部件的公差的十分之一。但是，多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，只有10%以下的軸承能夠運(yùn)行到設(shè)計(jì)壽命年限。而大約40%的軸承失效是由于潤(rùn)滑引起的故障，30%失效是由于不對(duì)中或“卡住”等裝配失誤，還有20%的失效是由過(guò)載使用或制造上缺陷等其它原因所致。' b; L7 y; q3 `4 ]' E& J' f, R2 S
如果機(jī)器都進(jìn)行了精確對(duì)中和精確平衡，不在共振頻率附近運(yùn)轉(zhuǎn)，并且軸承潤(rùn)滑良好，那么機(jī)器運(yùn)行就會(huì)非?？?。機(jī)器的實(shí)際壽命也會(huì)接近其設(shè)計(jì)壽命。然而遺憾的是，大多數(shù)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)都沒(méi)有做到這些。因此有很多軸承都因?yàn)槟p而永久失效。你的工作是要檢測(cè)出早期癥狀并估計(jì)故障的嚴(yán)重程度。振動(dòng)分析和磨損顆粒分析都是很好的診斷方法。2 Z" w1 T( B! a; }
1、頻譜特征
6 u6 k/ {4 e0 } 故障軸承會(huì)產(chǎn)生與1X基頻倍數(shù)不完全相同的振動(dòng)分量——換言之，它們不是同步的分量。對(duì)振動(dòng)分析人員而言，如果在振動(dòng)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(hào)。 振動(dòng)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。
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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(shí)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(shí)候你甚至不需要再去了解軸承準(zhǔn)確的擾動(dòng)頻率。
& _( l0 [, N6 I/ D4 A. ~- x8 q7 P3 z2、擾動(dòng)頻率計(jì)算% l* d6 ?) D/ B! U5 c
有四個(gè)與軸承相關(guān)的擾動(dòng)頻率：球過(guò)內(nèi)圈頻率（BPI）、球過(guò)外圈頻率（BPO）、保持架頻率（FT）和球的自旋頻率（BS）。軸承的四個(gè)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。4 W3 o7 R+ r$ X) _$ y6 X9 r Y) J
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軸承擾動(dòng)頻率的計(jì)算公式如下：
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注意：BS的值可能會(huì)加倍，因?yàn)樗o的公式針對(duì)的是球撞擊內(nèi)圈或外圈的情況。如果有庇點(diǎn)的滾球/滾柱同時(shí)撞擊內(nèi)圈和外圈，那么其頻率值應(yīng)該加倍。
$ U9 s7 i# S! w4 k9 ?% f) m2 u: a需要說(shuō)明的是由于受到各種實(shí)際情況如滑動(dòng)、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(jì)算出來(lái)的頻率值可能會(huì)與真實(shí)值有小范圍的差異。, Y; v0 O# E9 v4 m% ~) j( b
在檢查過(guò)程中你可能會(huì)經(jīng)常涉及到滾珠的數(shù)目，對(duì)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(gè)的擾動(dòng)頻率，我們就可以根據(jù)它計(jì)算出其它的頻率。9 \, E$ k; }/ `2 l/ h. k; L
對(duì)于四個(gè)擾動(dòng)頻率計(jì)算還有一個(gè)近似的經(jīng)驗(yàn)公式可供參考。對(duì)于8～12個(gè)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。
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9 U! @7 D/ Q: L0 S9 x0 |3、軸承失效的九個(gè)階段
! |+ A9 V8 X9 ^0 h6 J7 F: W, U) b有人把軸承失效劃分為四個(gè)階段，在此我們?yōu)榱嗣枋龅酶釉敿?xì)將它細(xì)分為九個(gè)階段。
# K3 g" Y: ]; Y' A5 b第一階段：
; \) R/ e' f9 R& Y4 z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(lái)檢測(cè)這些頻率，包括峰值能量、 HFD、 沖擊脈沖、 SEE等超音頻測(cè)量裝置。在這個(gè)階段，普通的頻譜上不會(huì)出現(xiàn)任何顯示。+ n W9 M3 K* l- f
第二階段：
9 D' L7 ^4 t l; X$ [由于軸承上的庇點(diǎn)增大，使它在共振（固有）頻率處發(fā)出鈴叫聲。同時(shí)該頻率還作為載波頻率調(diào)制軸承的故障頻率。
) [' r: r3 D7 f% W/ u) {5 h4 t 1 {) R" x4 o" P6 x; b2 ?
第三階段：
- M9 s6 y- |1 b% t6 p% Z8 f7 T出現(xiàn)軸承故障頻率。開(kāi)始的時(shí)候我們只能觀察到這個(gè)頻率本身。圖中所示為軸承內(nèi)圈故障時(shí)的頻譜顯示。當(dāng)軸承磨損進(jìn)一步加劇后，在故障頻率（例子中的BPI）處的波峰值將會(huì)升高。大多數(shù)情況下波峰值將隨著時(shí)間線性增加。/ r$ }9 w$ X; x0 x. u$ g7 r( t
( ?9 L u9 h5 L4 S# q( K第四階段：
. Y1 ^( A1 g! ~6 Y! E' ~) K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(shí)可能會(huì)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(duì)應(yīng)的時(shí)域波形中同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)沖擊脈沖的顯示。
& ?9 |8 T8 g& k0 i故障頻率及其諧波的幅值在開(kāi)始階段都比較低。如果你僅僅通過(guò)線性坐標(biāo)圖表來(lái)查看數(shù)據(jù)，很容易錯(cuò)過(guò)這些重要的故障信號(hào)。因此，建議結(jié)合對(duì)數(shù)坐標(biāo)來(lái)進(jìn)行分析，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)軸承故障的早期顯示。
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如果你想要進(jìn)行軸承的早期故障預(yù)報(bào)，那么就應(yīng)該使用加速度為單位來(lái)采集高頻時(shí)域波形（使用加速度傳感器）——也就是說(shuō)，不要進(jìn)行積分。加速度能突出信號(hào)中的高頻成分，這對(duì)于我們的應(yīng)用來(lái)說(shuō)是很理想的方法。# e) K& u; z o, [- _9 |
第五階段：
a/ b$ _9 u! \6 @隨著故障狀態(tài)的惡化，軸承的損壞更加嚴(yán)重，振動(dòng)級(jí)將繼續(xù)升高，同時(shí)出現(xiàn)更多的諧波。由于故障自身的性質(zhì)，這時(shí)還會(huì)出現(xiàn)邊頻帶。時(shí)域波形上的尖峰波將更加清晰和明顯，你甚至能夠通過(guò)測(cè)量尖峰間的時(shí)間間隔來(lái)計(jì)算故障頻率。高頻率的軸承檢測(cè)，如峰值能量和沖擊脈沖所得到的趨勢(shì)都在持續(xù)上升。7 g8 u1 V7 f* z5 k8 x
6 C. \# z; ^. [3 C此時(shí)引起調(diào)制的原因有二個(gè)：第一種情形是當(dāng)內(nèi)圈出現(xiàn)故障時(shí)，如果它位于加載區(qū)域時(shí)，產(chǎn)生的沖擊會(huì)更加劇烈，從而產(chǎn)生更高的振幅。當(dāng)內(nèi)圈故障位置移出加載區(qū)后，其振幅又會(huì)降低，并在軸承頂部達(dá)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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0 T0 ~6 u$ d; t3 P' U如果滾珠出現(xiàn)問(wèn)題，也會(huì)因相同的原因，產(chǎn)生調(diào)制。當(dāng)滾珠運(yùn)轉(zhuǎn)在載荷區(qū)會(huì)產(chǎn)生比運(yùn)轉(zhuǎn)在非載荷區(qū)更強(qiáng)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(dòng)。該頻率低于1 X——典型的FT大約等于0.4 X。
, v' i$ r" D* s當(dāng)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(shí)候，你就可以建議更換軸承了。 |
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發(fā)表于 2008-6-30 00:34:53
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