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2、級,第五級,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,滾動軸承的振動診斷,Anhui University of Technology,.,軸承主要故障形式,一、概述,滾動軸承是機器中最易損壞的零件之一，約占旋轉(zhuǎn)機械故障的,30%,產(chǎn)生各種各樣軸承缺陷原因：由于設(shè)計、加工、安裝不好，或軸承服役條件不佳，突出載荷的襲擊等，運行一段時間后出現(xiàn),檢測這些缺陷的方法很多，如：振動信號檢測、聲發(fā)射、鐵譜等技術(shù)或直接測定溫度,振動監(jiān)測技術(shù)最為可靠容易實現(xiàn),因為大部分可歸
3、納為表面劣化而使振動加劇，所以與表面狀態(tài)有關(guān)的振動信號成了檢測軸承狀態(tài)的重要資料,專用儀器，如：測定波峰因素的,BK-2511,振動儀、日本,NB-3,軸承監(jiān)視器、瑞典,MEPA-43,沖擊脈沖儀、,SPM,及美國,IRD820,振動脈沖能量和峰值分析儀（用于在線）,研究目標,Anhui University of Technology,.,軸承主要故障形式,二、軸承主要故障形式,磨損：磨料磨損（雜質(zhì)）和摩擦磨損（潤滑惡化）,疲勞剝落：交變應(yīng)力作用、微小裂紋的發(fā)展、生繡等原因引起,裂紋：由材料缺陷或交變載荷、應(yīng)力集中、潤滑不良等引起,腐蝕：濕氣或水侵入潤滑油、較大電流引起電腐蝕,壓痕：過載、撞
4、擊或異物進入滾道,膠合和點蝕：因為各種原因，當(dāng)軸承在高溫、高速、重載、瞬間載荷等使用條件下，滾道或滾動體表面產(chǎn)生微小燒損點，滾道和滾動體表面溫度過高而使局部熔合在一起即膠合。,其他故障形式：破損、燒損、電蝕等,研究目標,Anhui University of Technology,.,滾動軸承振動信號特征,滾動軸承元件出現(xiàn)缺陷時，隨著軸承的旋轉(zhuǎn)，缺陷每接觸一次就會產(chǎn)生一次沖擊振動，具有一定的周期性，其振動頻率在,0,20kHz,。,一、滾動軸承的低頻振動（接觸頻率,-,缺陷特征頻率）,假設(shè)：（,1,）滾動環(huán)和滾動體之間無滑動；,（,2,）徑向、軸向受載荷時個部分無變形,滾珠軸承對應(yīng)于元件缺陷的
5、頻率為（不是滾柱軸承）：,滾珠通過內(nèi)圈滾道,滾珠通過外圈滾道,滾動體缺陷,保持架不平衡,式中：,z,滾動體個數(shù)；,d,滾動體直徑；,D,滾道節(jié)徑；,f,0,軸承回轉(zhuǎn)頻率，為每秒轉(zhuǎn)數(shù),n/60,。,接觸角：滾動體受力方向與內(nèi)外滾道垂直線的夾角。,研究目標,Anhui University of Technology,與軸承結(jié)構(gòu)有關(guān),(,由于外力的激勵就會引起振動，不管軸承有無故障均存在，但不能表征軸承的異常，所以要加以區(qū)分類型,),.,滾動軸承振動信號特征,二、滾動軸承的固有頻率（共振頻率）,鋼球的固有頻率為,軸承圈在圈平面內(nèi)的固有頻率（內(nèi)外圈彎曲方向的）為,式中：,E,彈性模量；,I,軸承圈橫
6、截面的慣性矩；,材料密度；,A,軸承圈橫截面積；,n,振動,階數(shù)。,G,重力加速度；,R,鋼球半徑；,D,軸承圈橫截面中性軸直徑。,此為圓環(huán)彎曲方向的振動頻率，還有內(nèi)外徑半徑方向、扭力方向的振動，式中計,算為單體共振頻率，具結(jié)構(gòu)其計算有變化。,一般固有頻率在數(shù)千,HZ,到數(shù)十千,HZ,，人耳聽不見,研究目標,Anhui University of Technology,.,滾動軸承振動信號特征,三、,滾動軸承振動信號特征,（,特征頻率成分）,其中，,n,為正整數(shù)；,Z,為鋼球數(shù)目；,f,c,為保持架頻率；,f,0,為軸承回轉(zhuǎn)頻率。,研究目標,Anhui University of Techno
7、logy,.,滾動軸承振動信號特征,其中，,f,bi,為鋼球在內(nèi)圓滾道上的通過頻率；,f,0,振動頻率；,f,c,為保持架轉(zhuǎn)速；,f,b,滾動體相對于保持架的頻率。,研究目標,Anhui University of Technology,.,滾動軸承故障診斷法,一、簡易診斷法（僅判斷有無異常）,1,、測定部位的選擇,注意：（,1,）測定部位不要改變，以保證前提一致，最好是軸承座；,（,2,）測頭接觸表面光滑牢固；,（,3,）一般在垂直、軸向兩方向上測量。速度需三個方向，加速度一個方向即可。,軸承座露在外面，測定部位：軸承座；,軸承座在內(nèi)部，測定部位：軸承座剛性高的部位或基礎(chǔ)。,2,、測定參數(shù),
8、軸承振動頻率范圍在幾,HZ,到數(shù)千,HZ,。,一般 小于,10HZ,，測位移；,10HZ,至,1KHZ,（中頻），測速度；,大于,1KHZ,（高頻），測加速度（常用于大于,10KHZ,）。,常用速度和加速度，為去除其它振動信號，用濾波器取所需帶寬。,3,、測定周期,測定時間間隔取決于經(jīng)濟性，且不漏異常情況，越短越好。,研究目標,4,、判別標準,絕對值判別標準和相對判別標準，兼用。,適用于所有軸承的絕對標準是不存在的，同一種軸承用于不同的場合其判別標準也是不同的。所以一定要注意使用場合選擇合適的判別標準。,低頻部分的絕對值判別標準難以確定，用相對標準或相對判定法，故對于同時存在高、低頻的軸承振動
9、要用兩個判別標準來判別。,5,、簡易診斷,首先檢查潤滑狀態(tài)，加油后數(shù)小時數(shù)天后測量，發(fā)現(xiàn)振動明顯增大，則要判別是否異常；,根據(jù)各自情況制定出專門的絕對值標準，測定同條件下的振動初始值，即相對值判別標準；,確定判定方案，包括：位置、方向、參數(shù)、周期等。,測量振動信號，作出比較判斷或進一步作譜分析。,Anhui University of Technology,.,滾動軸承故障診斷法,研究目標,二、低頻信號診斷法,Anhui University of Technology,.,滾動軸承故障診斷法,低頻信號診斷法,通過直接測量滾動軸承損壞出現(xiàn)的振動，從振動譜圖上觀察突出的譜線頻率來診斷軸承故障。,
10、研究目標,Anhui University of Technology,頻率成分,激發(fā)頻率,故障說明,理論值,Hz,實驗值,Hz,保持架回轉(zhuǎn)頻率,f,c,18.80,36.10,2,倍保持回轉(zhuǎn)頻率，滾動元件或保持架不規(guī)則,轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)頻率,f,0,50.00,50.65,轉(zhuǎn)子不平衡,內(nèi)圈軌道頻率,F,Bi,206.25,200.95,內(nèi)圈不規(guī)則,滾動體回轉(zhuǎn)頻率,f,b,187.50,380.00,2,倍關(guān)系，滾動體缺陷,.,滾動軸承故障診斷法,低頻信號診斷法,研究目標,Anhui University of Technology,.,滾動軸承故障診斷法,包絡(luò)法,三、,包絡(luò)法（共振解調(diào)法,）,軸承發(fā)
11、生故障時，將引起一系列沖擊脈沖，在頻域中含有基頻及其一系列高階諧波，經(jīng)過傳感器拾取及電路諧振，,-,高頻自由衰減振動，即傳感器振動被故障脈沖響應(yīng)調(diào)制，此高頻振動的幅值受到軸承缺陷引起的脈動激發(fā)力的調(diào)制,包絡(luò)法中，信號先被濾去其他低頻分量（燥聲）而只取經(jīng)調(diào)制的高頻分量（高頻自由衰減振動），再經(jīng)放大、濾波后送入峰值跟蹤器解調(diào)（或低通濾波器），即可得到原來的低頻脈動信號，在此基礎(chǔ)上進行軸承缺陷的頻譜分析。,所得解調(diào)波與故障脈沖有唯一對應(yīng)關(guān)系，解調(diào)波的幅度反映故障嚴重程度，而解調(diào)波的基頻為軸承故障頻率（特征頻率）,包絡(luò)法的優(yōu)點是它有效地消除了各種低頻成分的干擾，更為突出地顯示故障的頻譜特征，提取有用信
12、息使診斷結(jié)果更準確。,研究目標,Anhui University of Technology,.,滾動軸承故障診斷法,包絡(luò)法,低頻信號接收法和包絡(luò)法拾取信號過程,研究目標,Anhui University of Technology,.,滾動軸承故障診斷法,包絡(luò)法,低頻信號接收法和包絡(luò)法得到的譜圖,圖中,a,、,c,無故障，,b,、,d,有故障，,a,、,b,低頻信號接收法，,c,、,d,包絡(luò)法,研究目標,Anhui University of Technology,.,滾動軸承故障診斷法,聲發(fā)射診斷法,四、聲發(fā)射診斷法,原理：疲勞斷裂,交變載荷作用，金屬產(chǎn)生錯位運動，首先產(chǎn)生疲勞裂,紋，再沿
13、著最大切向應(yīng)力方向擴展（一般是外圈），,直至斷裂。,疲勞磨損,循環(huán)接觸壓應(yīng)力周期地作用在摩擦表面上，金屬晶格,的彈性應(yīng)力達到臨界值就會產(chǎn)生微觀裂紋，進而擴展,出現(xiàn)麻點、微粒脫落。,這些軸承故障的發(fā)生與發(fā)展都伴隨著聲發(fā)射信號的發(fā)出。金屬材料聲發(fā)射頻率為幾十到幾百兆赫，信號強度為幾微伏到幾百伏。故障的聲發(fā)射明顯強于燥聲的聲發(fā)射。所以以聲發(fā)射信號作為分析源，來研究其頻譜。（特別用于初期診斷效果好）,聲發(fā)射：當(dāng)固體受力的作用時，由于內(nèi)部缺陷的存在，會產(chǎn)生應(yīng)力集中，,使塑性變形加大或形成裂紋及擴展，這時均要釋放彈性波（應(yīng)變能）。,當(dāng)零件多時或系統(tǒng)復(fù)雜時，振動信號分析法信號復(fù)雜而受到限制。,研究目標,An
14、hui University of Technology,.,滾動軸承故障診斷法,聲發(fā)射診斷法,聲發(fā)射法特（優(yōu)）點,、特征頻率明顯,用振動加速度計和聲發(fā)射傳感器在同一部位測得信號進行頻譜分析，比較如圖：,a),軸承聲發(fā)射頻譜圖,b),軸承振動信號頻譜圖,研究目標,Anhui University of Technology,.,滾動軸承故障診斷法,聲發(fā)射診斷法,、預(yù)報故障時間早,軸承微裂紋的擴展有一個過程，這個階段不足以引起明顯振動，而只要有裂紋產(chǎn)生，就有聲發(fā)射。,五、軸承其他診斷方法,、油液分析法,、油膜電阻診斷法,軸承零件之間有較好的油膜則內(nèi)外圈之間的電阻大，可達兆歐，不受尺寸限制，但低速不行，不適合點蝕診斷。,、光纖檢測診斷法,、溫度檢測法,、間隙測定診斷法,
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