振动和噪声分析在滚动轴承故障诊断中的应用.doc

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1、振动和噪声分析在滚动轴承故障诊断中的应用黄勇波    摘  要 举例说明，对滚动轴承运行中出现的振动和噪声进行故障诊断与分析，能有效地解决问题。    关键词 滚动轴承 振动噪声 故障诊断    当振动和噪声相互伴随时，振动和噪声问题常按其中一个来定性，这是因为人们能听到噪声及感到振动，但并不是依据它们的频率。很少人能听到低频声，而高频振动人们也感觉不到。因此，低频是“振动问题”，而高频是“噪声问题”。根据经验，区分振动和噪声的适宜界限为1000Hz。换句话说，认为频率为1000Hz以下是振动问题，高于

2、1000Hz为噪声问题。    一、噪声分析    即使使用了最先进的制造技术，滚动轴承中也存在固有的振动和噪声。由于这种振动和噪声并不影响轴承的性能，因此作为正常的轴承特性而被人们所接受。较为常见的噪声如滚道噪声，它是一种平滑和连续的声响，没有什么特别的措施来完全消除它，只能通过提高轴承的整体质量和精度可以减小它。其他的声音均可认为是异常声音需要进行故障分析和诊断。    1．轴承辗轧声分析    秦山第三核电厂1#和2#机组的海水泵房中各安装有两台循环泵，电机为立式电机，功率3040kW。    从

3、2003年开始，2台循环泵电机的下轴承就出现了辗轧声，它不同于正常运行时的滚道声音，听起来像滚珠在金属上的滑动，为“苛鲁、苛鲁”的刺耳金属声，用听诊器可以定位噪声源于电机下轴承。循环泵辗轧声问题曾经困扰了一年，每次出现异音后，添加很少量的润滑脂（从6g到85g）均能使异音消失。电机轴承座振动值合格（0.22～0.45mm/s），通过频谱分析无异常。旧轴承送瓦房店轴承集团检测确认无故障。目前状况良好，但是由于根本原因没有解决，因此仍然会偶尔出现异音。    轴承异常声音来源分析：循环泵电机下轴承为分离型角

4、接触球轴承SKFS7234（旧号为6234M），辗轧声发生机理参见图1。图中的径向负载使电机转子的不平衡力，由于轴承存在径向游隙，在非负载区的滚珠是不受压力的，但是被保持架推动，所以滚珠在滚道表面滑动，滑动摩擦而出现异常声音。所以轴承辗轧声最直接的原因是轴承径向游隙造成的。    电机下轴承的结构参见图2，轴承的外圈被下方均匀分布的弹簧顶住，安装后弹簧有预紧压缩量。该弹簧使下轴承时刻受到预压，对轴承微量磨损和轴向位移进行补偿。当电机转子轴受热伸长下移时，内圈随之下移，消除轴承径向游隙，在此运行状态下的轴

5、承是不会发出辗轧声的。当电机转子轴相对定子少量轴向收缩（小于0.5mm）时，轴承内圈随之上移，一般情况下，外圈由于弹簧作用也随之上移，轴承仍处于预紧压状态。当外圈与轴承座的配合较紧时，由于存在较大摩擦力，被压缩的弹簧的弹力不足以推动轴承外圈上移，此时轴承处于松弛的无预压状态，所以轴承轴向并没有负载进而产生了径向游隙。在运转过程中无负载区的滚珠被保持架推动而公转并产生滑动摩擦而发出声音，出现异音时电机下轴承温度下降，从温度上可以反映出下轴承受到的载荷变小了。当加入较少量的油脂可以暂时填充较小的游隙而消除声

6、音，并不能从根本上解决问题，因为电机转子相对定子的伸缩是反复的。    纠正措施：原设计中的预紧弹簧的目的就是要时刻消除轴承的游隙并保持适当的预压，所以要考虑到弹簧的推力要大于外圈与轴承座之间的摩擦力，因此要注意轴承外圈与轴承座的配合，通过查阅轴承手册对于内孔直径为170mm的轴承（轴承外圈可作轴向调整），轴承座孔的公差应为+51μm到0μm。在检修时应检查轴承座孔的公差是否在要求的范围内，并检查预紧弹簧的强度，必要时更换。其目的就是使外圈承受一定的轴向负载来消除游隙。    2.轴承金属敲击声分析  

7、  秦山第三核电厂1#和2#机组的海水泵房中各安装四台海水泵，电机为立式电机，功率950kW，转速596r/min，上轴承为圆锥滚子轴承，型号为SKF30320（旧号7320），黄铜保持架，滚子数目为12颗。    2005年3月，1#机组4号海水泵电机的上轴承开始出现异常声音，为非常清脆的“叮叮”之声，时大时小，间歇性，8s左右一次，用听诊器能辨别声音来源于电机上轴承，为金属敲击声。当时怀疑风箱中有松动部件，在拆除风箱之后，进行带载试验，发现异常声音依然存在。在线仪表显示振动基本稳定在1.5mm/s左

8、右，在噪声较为明显的时候进行了频谱分析和对比。出现噪声时通过振动频谱分析发现40Hz的频率较为明显，无上轴承故障频率。为了查明故障原因进行了空载试验，发现无噪声，振动良好，带载试验发现噪声依旧。为了彻底查明故障，请专家进行了诊断，认为定子部件有松动。后送电机厂解体修理未发现松动部件，进行了电机动平衡试验，结果正常。更换了电机上轴承。在现场进行空载试验，无噪声，振动良好，带载后噪声依旧。电机厂的专家来现场诊断，认为是轴承跑外圈。在电机运行时，