滚动轴承故障和诊断方法.ppt

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1、滚动轴承故障诊断概述旋转机械是设备状态监测与故障诊断工作的重点，而旋转机械的故障有相当大比例与滚动轴承有关。滚动轴承是机器的易损件之一，据不完全统计，旋转机械的故障约有30％是因滚动轴承引起的轴承结构：由内环、外环、滚动体和保持架组成滚动体类型有球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子和球面滚子等安装轴承损坏内环缺陷1滚动轴承异常的基本形式滚动轴承在运转过程中可能会由于各种原因引起损坏，如装配不当、润滑不良、水分和异物侵入、腐蚀和过载等都可能会导致轴承过早损坏。即使在安装、润滑和使用维护都正常的情况下，经过一段时间运转，轴承也会出现

2、疲劳剥落和磨损而不能正常工作。滚动轴承的主要故障形式与原因如下：这是滚动轴承常见的一种异常形式。在滚动轴承中，滚道和滚动体表面既承受载荷，又相对滚动。由于交变载荷的作用，首先在表面下一定深度处形成裂纹，继而扩展到接触表面使表层发生剥落坑，最后发展到大片剥落，这种疲劳剥落现象造成运转时的冲击载荷，使得振动和噪声加剧。1滚动轴承异常的基本形式(1).疲劳剥落轻微剥落严重是滚动轴承另一种常见的异常形式。轴承滚道、滚动体、保持架、座孔或安装轴承的轴颈，由于机械原因及杂质异物的侵入引起表面磨损。磨粒的存在是轴承磨损的基本原因，润滑

3、不良会使磨损加剧。磨损导致轴承游隙增大，表面粗糙，增大振动和噪声。1滚动轴承异常的基本形式(2).磨损轴承因受到过大的冲击载荷、静载荷、落入硬质异物等在滚道表面上形成凹痕或划痕。而一旦有了压痕，压痕引起的冲击载荷会进一步引起附近表面的剥落。这样，载荷的累积作用或短时超载就有可能引起轴承塑性变形。1滚动轴承异常的基本形式(3).塑性变形润滑油、水或空气水分引起表面锈蚀（化学腐蚀）轴承内部有较大的电流通过造成的电腐蚀以及轴承套圈在座孔中或轴颈上微小相对运动造成的微振腐蚀(是微动磨损与腐蚀协同作用的结果)1滚动轴承异常的基本形

4、式(4).腐蚀过高的载荷会可能引起轴承零件断裂。磨削、热处理和装配不当都会引起残余应力，工作时热应力过大也会引起轴承零件断裂。另外，装配方法、装配工艺不当，也可能造成轴承套圈挡边和滚子倒角处掉块。1滚动轴承异常的基本形式(5).断裂所谓胶合是指一个零部件表面上的金属粘附到另一个零件部件表面上的现象。在润滑不良、高速重载情况下工作时，由于摩擦发热，轴承零件可以在极短时间内达到很高的温度，导致表面烧伤及胶合。1滚动轴承异常的基本形式(6).胶合由于装配或使用不当可能会引起保持架发生变形，增加它与滚动体之间的摩擦，甚至使某些滚

5、动体卡死不能滚动，也有可能造成保持架与内外圈发生摩擦等。这一损伤会进一步使振动、噪声与发热加剧，导致轴承损坏。1滚动轴承异常的基本形式(7).保持架损坏2滚动轴承的振动类型及其故障特征在工作过程中，滚动轴承的振动通常分为两类：与轴承的弹性有关的振动，其二为与轴承滚动表面的状况（波纹、伤痕等）有关的振动前者与异常状态无关，后者反映了轴承的损伤情况。滚动轴承在运转时，滚动体在内、外圈之间滚动。如果滚动表面损伤，滚动体在损伤表面转动时，便产生一种交变的激振力。由于滚动表面的损伤形状是不规则的，所以激振力产生的振动，将是由多种频

6、率成分组成的随机振动。2滚动轴承的振动类型及其故障特征从轴承滚动表面状况产生振动的机理可以看出，轴承滚动表面损伤的形态和轴的转速，决定了激振力的频率。轴承和外壳，决定了振动系统的传递性。振动系统的最终振动频率，由上述二者决定。即，轴承异常所引起的振动频率，由轴的旋转速度、损伤部分的形态与外壳振动系统的传递特性所决定。通常，轴的转速越高，损伤越严重，其振动的频率就越高；轴承的尺寸越小，其固有振动频率越高。2.1滚动轴承的固有振动频率滚动轴承在工作时，滚动体与内环或外环之间可能产生冲击而引起轴承各元件的固有振动。各轴承元件的

7、固有频率与轴承的外形、材料和质量有关与轴的转速无关。轴承元件的固有频率值，受安装状态的影响。一般情况下，滚动轴承的固有频率通常可达数千赫到数十千赫。滚动轴承的几何参数主要有：轴承节径D：轴承滚动体中心所在的圆的直径滚动体直径d：滚动体的平均直径内圈滚道半径rl：内圈滚道的平均半径外圈滚道半径r2：外圈滚道的平均半径接触角a：滚动体受力方向与内外滚道垂直线的夹角滚动体个数Z：滚珠或滚珠的数目2.2滚动轴承的特征频率为分析轴承各部运动参数，先做如下假设：(1)滚道与滚动体之间无相对滑动；(2)每个滚道体直径相同，且均匀分布在

8、内外滚道之间(3)承受径向、轴向载荷时各部分无变形；方法：研究出不承受轴向力时轴承缺陷特征频率，进而，推导出承受轴向力时轴承缺陷特征频率2.2滚动轴承的特征频率(1)外环固定，内环随轴线转动时，单个滚动体（或保持架）相对于外环的旋转频率：由图(a)可知，内环滚道的切线速度为式中，fr为轴的旋转频率，d为滚动体的直径，