机械故障诊断技术7滚动轴承故障诊断

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1、第七章滚动轴承故障诊断7．1滚动轴承的失效形式7．2滚动轴承的振动机理与信号特征7．3滚动轴承信号分析方法7．4滚动轴承故障诊断案例实例1宣化钢铁公司高速线材轧机26架实例2宣化钢铁公司高速线材轧机20架实例3唐山钢铁公司高速线材轧机的增速箱实例4安阳钢铁公司高速线材轧制线上吐丝机7．1滚动轴承的失效形式1.滚动轴承的磨损失效磨损是滚动轴承最常见的一种失效形式。在滚动轴承运转中，滚动体和套圈之间均存在滑动，这些滑动会引起零件接触面的磨损。尤其在轴承中侵入金属粉末、氧化物以及其他硬质颗粒时，则形成严重的磨料磨损，使之更为加剧。另外，由于振动和磨

2、料的共同作用，对于处在非旋转状态的滚动轴承，会在套圈上形成与钢球节距相同的凹坑，即为摩擦腐蚀现象。如果轴承与座孔或轴颈配合太松，在运行中引起的相对运动，又会造成轴承座孔或轴径的磨损。当磨损量较大时，轴承便产生游隙噪声，振动增大。2.滚动轴承的疲劳失效在滚动轴承中，滚动体或套圈滚动表面由于接触载荷的反复作用，表层因反复的弹性变形而致冷作硬化，下层的材料应力与表层出现断层状分布，导致从表面下形成细小裂纹，随着以后的持续负荷运转，裂纹逐步发展到表面，致使材料表面的裂纹相互贯通，直至金属表层产生片状或点坑状剥落。轴承的这种失效形式称为疲劳失效。随着滚

3、动轴承的继续运转，损坏逐步增大。因为脱落的碎片被滚压在其余部分滚道上，并给那里造成局部超载荷而进一步使滚道损坏。轴承运转时，一旦发生疲劳剥落，其振动和噪声将急剧恶化。3.滚动轴承的腐蚀失效轴承零件表面的腐蚀分三种类型。a.化学腐蚀，当水、酸等进入轴承或者使用含酸的润滑剂，都会产生这种腐蚀。b.电腐蚀，由于轴承表面间有较大电流通过使表面产生点蚀。c.微振腐蚀，为轴承套圈在机座座孔中或轴颈上的微小相对运动所至。结果使套圈表面产生红色（Fe2O3）或黑色的锈斑。轴承的腐蚀斑则是以后损坏的起点。4.滚动轴承的塑变失效压痕主要是由于滚动轴承受负荷后，在

4、滚动体和滚道接触处产生塑性变形。载荷过大时会在滚道表面形成塑性变形凹坑。另外，若装配不当，也会由于过载或撞击造成表面局部凹陷。或者由于装配敲击，而在滚道上造成压痕。5.滚动轴承的断裂失效造成轴承零件的破断和裂纹的重要原因是由于运行时载荷过大、转速过高、润滑不良或装配不善而产生过大的热应力，也有的是由于磨削或热处理不当而导致的。6.滚动轴承的胶合失效滑动接触的两个表面，当一个表面上的金属粘附到另一个表面上的现象称为胶合。对于滚动轴承，当滚动体在保持架内被卡住或者润滑不足、速度过高造成摩擦热过大，使保持架的材料粘附到滚子上而形成胶合。其胶合状为螺

5、旋形污斑状。还有的是由于安装的初间隙过小，热膨胀引起滚动体与内外圈挤压，致使在轴承的滚道中产生胶合和剥落。7．2滚动轴承的振动机理与信号特征引起滚动轴承振动的因素很多。有与部件有关的振动，也有与制造质量有关的振动，还有与轴承装配以及工作状态有关的振动。如图7－1所示，我们通过对轴承振动的剖析，找出激励特点，并通过不同的检测分析方法的研究，从振动信号中，获取振源的可靠信息，用以进行滚动轴承的故障诊断。图7－1滚动轴承振动的时域信号(a)新轴承的振动波形(b)表面劣化后的轴承振动波形1.轴承刚度变化引起的振动当滚动轴承在恒定载荷下运转时(如图7—

6、2)，由于其轴承和结构所决定，使系统内的载荷分布状况呈现周期性变化。如滚动体与外圈的接触点的变化，使系统的刚度参数形成周期的变化，而且是一种对称周期变化，从而使其恢复力呈现非线性的特征。由此便产生了分数谐波振动。此外，当滚动体处于载荷下非对称位置时，转轴的中心不仅有垂直方向的，而且还有水平方向的移动。这类参数的变化与运动都将引起轴承的振动，也就是随着轴的转动，滚动体通过径向载荷处即产生激振力。这样在滚动轴承运转时，由于刚度参数形成的周期变化和滚动体产生的激振力及系统存在非线性，便产生多次谐波振动并含有分谐波成分，不管滚动轴承正常与否，这种振动

7、都要发生。图7—2滚动轴承刚度的变化2.由滚动轴承的运动副引起的振动当轴承运转时，滚动体便在内外圈之间滚动。轴承的滚动表面虽加工得非常平滑，但从微观来看，仍高低不平，特别是材料表面产生疲劳斑剥时，高低不平的情况更为严重。滚动体在这些凹凸面上转动，则产生交变的激振力。所产生的振动，既是随机的，又含有滚动体的传输振动，其主要频率成分为滚动轴承的特征频率。滚动轴承的特征频率(即接触激发的基频)，完全可以根据轴承元件之间滚动接触的速度关系建立的方程求得。计算的特征频率值往往十分接近测量数值，所以在诊断前总是先算出这些值，作为诊断的依据。滚动轴承的特征

8、频率（内圈旋转，外圈固定时）1)内圈旋转频率ƒ1：Hz2)保持架旋转频率ƒ2：3）滚动体自转频率ƒ3：4）保持架过内圈频率ƒ4：5）滚动体通过内圈频率ƒ5：6）滚动