滾動(dòng)軸承的故障分析振動(dòng)

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1、第七章滾動(dòng)軸承故障診斷7．1滾動(dòng)軸承的失效形式7．2滾動(dòng)軸承的振動(dòng)機(jī)理與信號(hào)特征7．3滾動(dòng)軸承信號(hào)分析方法7．4滾動(dòng)軸承故障診斷案例實(shí)例1宣化鋼鐵公司高速線材軋機(jī)26架實(shí)例2宣化鋼鐵公司高速線材軋機(jī)20架實(shí)例3唐山鋼鐵公司高速線材軋機(jī)的增速箱實(shí)例4安陽(yáng)鋼鐵公司高速線材軋制線上吐絲機(jī)7．1滾動(dòng)軸承的失效形式1.滾動(dòng)軸承的磨損失效磨損是滾動(dòng)軸承最常見(jiàn)的一種失效形式。在滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中，滾動(dòng)體和套圈之間均存在滑動(dòng)，這些滑動(dòng)會(huì)引起零件接觸面的磨損。尤其在軸承中侵入金屬粉末、氧化物以及其他硬質(zhì)顆粒時(shí)，則形成嚴(yán)重的磨料磨損，使之更為加劇。另外，由于振動(dòng)和磨料的共同作用，對(duì)于處在非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的滾

2、動(dòng)軸承，會(huì)在套圈上形成與鋼球節(jié)距相同的凹坑，即為摩擦腐蝕現(xiàn)象。如果軸承與座孔或軸頸配合太松，在運(yùn)行中引起的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，又會(huì)造成軸承座孔或軸徑的磨損。當(dāng)磨損量較大時(shí)，軸承便產(chǎn)生游隙噪聲，振動(dòng)增大。2.滾動(dòng)軸承的疲勞失效在滾動(dòng)軸承中，滾動(dòng)體或套圈滾動(dòng)表面由于接觸載荷的反復(fù)作用，表層因反復(fù)的彈性變形而致冷作硬化，下層的材料應(yīng)力與表層出現(xiàn)斷層狀分布，導(dǎo)致從表面下形成細(xì)小裂紋，隨著以后的持續(xù)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，裂紋逐步發(fā)展到表面，致使材料表面的裂紋相互貫通，直至金屬表層產(chǎn)生片狀或點(diǎn)坑狀剝落。軸承的這種失效形式稱為疲勞失效。隨著滾動(dòng)軸承的繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，損壞逐步增大。因?yàn)槊撀涞乃槠粷L壓在其余部分滾道上，并

3、給那里造成局部超載荷而進(jìn)一步使?jié)L道損壞。軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，一旦發(fā)生疲勞剝落，其振動(dòng)和噪聲將急劇惡化。3.滾動(dòng)軸承的腐蝕失效軸承零件表面的腐蝕分三種類型。a.化學(xué)腐蝕，當(dāng)水、酸等進(jìn)入軸承或者使用含酸的潤(rùn)滑劑，都會(huì)產(chǎn)生這種腐蝕。b.電腐蝕，由于軸承表面間有較大電流通過(guò)使表面產(chǎn)生點(diǎn)蝕。c.微振腐蝕，為軸承套圈在機(jī)座座孔中或軸頸上的微小相對(duì)運(yùn)動(dòng)所至。結(jié)果使套圈表面產(chǎn)生紅色（Fe2O3）或黑色的銹斑。軸承的腐蝕斑則是以后損壞的起點(diǎn)。4.滾動(dòng)軸承的塑變失效壓痕主要是由于滾動(dòng)軸承受負(fù)荷后，在滾動(dòng)體和滾道接觸處產(chǎn)生塑性變形。載荷過(guò)大時(shí)會(huì)在滾道表面形成塑性變形凹坑。另外，若裝配不當(dāng)，也會(huì)由于過(guò)載或撞擊

4、造成表面局部凹陷?；蛘哂捎谘b配敲擊，而在滾道上造成壓痕。5.滾動(dòng)軸承的斷裂失效造成軸承零件的破斷和裂紋的重要原因是由于運(yùn)行時(shí)載荷過(guò)大、轉(zhuǎn)速過(guò)高、潤(rùn)滑不良或裝配不善而產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力，也有的是由于磨削或熱處理不當(dāng)而導(dǎo)致的。6.滾動(dòng)軸承的膠合失效滑動(dòng)接觸的兩個(gè)表面，當(dāng)一個(gè)表面上的金屬粘附到另一個(gè)表面上的現(xiàn)象稱為膠合。對(duì)于滾動(dòng)軸承，當(dāng)滾動(dòng)體在保持架內(nèi)被卡住或者潤(rùn)滑不足、速度過(guò)高造成摩擦熱過(guò)大，使保持架的材料粘附到滾子上而形成膠合。其膠合狀為螺旋形污斑狀。還有的是由于安裝的初間隙過(guò)小，熱膨脹引起滾動(dòng)體與內(nèi)外圈擠壓，致使在軸承的滾道中產(chǎn)生膠合和剝落。7．2滾動(dòng)軸承的振動(dòng)機(jī)理與信號(hào)特征引起

5、滾動(dòng)軸承振動(dòng)的因素很多。有與部件有關(guān)的振動(dòng)，也有與制造質(zhì)量有關(guān)的振動(dòng)，還有與軸承裝配以及工作狀態(tài)有關(guān)的振動(dòng)。如圖7－1所示，我們通過(guò)對(duì)軸承振動(dòng)的剖析，找出激勵(lì)特點(diǎn)，并通過(guò)不同的檢測(cè)分析方法的研究，從振動(dòng)信號(hào)中，獲取振源的可靠信息，用以進(jìn)行滾動(dòng)軸承的故障診斷。圖7－1滾動(dòng)軸承振動(dòng)的時(shí)域信號(hào)(a)新軸承的振動(dòng)波形(b)表面劣化后的軸承振動(dòng)波形1.軸承剛度變化引起的振動(dòng)當(dāng)滾動(dòng)軸承在恒定載荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)(如圖7—2)，由于其軸承和結(jié)構(gòu)所決定，使系統(tǒng)內(nèi)的載荷分布狀況呈現(xiàn)周期性變化。如滾動(dòng)體與外圈的接觸點(diǎn)的變化，使系統(tǒng)的剛度參數(shù)形成周期的變化，而且是一種對(duì)稱周期變化，從而使其恢復(fù)力呈現(xiàn)非線性的

6、特征。由此便產(chǎn)生了分?jǐn)?shù)諧波振動(dòng)。此外，當(dāng)滾動(dòng)體處于載荷下非對(duì)稱位置時(shí)，轉(zhuǎn)軸的中心不僅有垂直方向的，而且還有水平方向的移動(dòng)。這類參數(shù)的變化與運(yùn)動(dòng)都將引起軸承的振動(dòng)，也就是隨著軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，滾動(dòng)體通過(guò)徑向載荷處即產(chǎn)生激振力。這樣在滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于剛度參數(shù)形成的周期變化和滾動(dòng)體產(chǎn)生的激振力及系統(tǒng)存在非線性，便產(chǎn)生多次諧波振動(dòng)并含有分諧波成分，不管滾動(dòng)軸承正常與否，這種振動(dòng)都要發(fā)生。圖7—2滾動(dòng)軸承剛度的變化2.由滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)副引起的振動(dòng)當(dāng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，滾動(dòng)體便在內(nèi)外圈之間滾動(dòng)。軸承的滾動(dòng)表面雖加工得非常平滑，但從微觀來(lái)看，仍高低不平，特別是材料表面產(chǎn)生疲勞斑剝時(shí)，高低不平的情況更為嚴(yán)

7、重。滾動(dòng)體在這些凹凸面上轉(zhuǎn)動(dòng)，則產(chǎn)生交變的激振力。所產(chǎn)生的振動(dòng)，既是隨機(jī)的，又含有滾動(dòng)體的傳輸振動(dòng)，其主要頻率成分為滾動(dòng)軸承的特征頻率。滾動(dòng)軸承的特征頻率(即接觸激發(fā)的基頻)，完全可以根據(jù)軸承元件之間滾動(dòng)接觸的速度關(guān)系建立的方程求得。計(jì)算的特征頻率值往往十分接近測(cè)量數(shù)值，所以在診斷前總是先算出這些值，作為診斷的依據(jù)。滾動(dòng)軸承的特征頻率（內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，外圈固定時(shí)）1)內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻率?1：Hz2)保持架旋轉(zhuǎn)頻率?2：3）滾動(dòng)體自轉(zhuǎn)頻率?3：4）保持架過(guò)內(nèi)圈頻率?4：5）滾動(dòng)體通過(guò)內(nèi)圈頻率?5：6）滾動(dòng)