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滾動(dòng)軸承異常的分析方法及診斷技巧
發(fā)布時(shí)間：2023-02-23
1 異常旋轉(zhuǎn)音分析診斷
異常旋轉(zhuǎn)音檢測(cè)分析是采用聽診法對(duì)軸承工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的分析方法。常用工具是木柄長螺釘旋具，也可以使用外徑為20mm左右的硬塑料管。相對(duì)而言，使用電子聽診器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，更有利于提高監(jiān)測(cè)的可靠性。軸承處于正常工作狀態(tài)時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、輕快，無停滯現(xiàn)象，發(fā)生的聲響和諧而無雜音，可聽到均勻而連續(xù)的“嘩嘩”聲，或者較低的“轟轟”聲。異常聲響所反映的軸承故障如下。
（1）軸承發(fā)出均勻而連續(xù)的“咝咝”聲，這種聲音由滾動(dòng)體在內(nèi)外圈中旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生，包含有與轉(zhuǎn)速無關(guān)的不規(guī)則的金屬振動(dòng)聲響。一般表現(xiàn)為軸承內(nèi)加脂量不足，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充。若設(shè)備停機(jī)時(shí)間過長，特別是在冬季的低溫情況下，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有時(shí)會(huì)發(fā)出“咝咝沙沙”的聲音，這與軸承徑向間隙變小、潤滑脂工作針入度變小有關(guān)。應(yīng)適當(dāng)調(diào)整軸承間隙，更換針入度大一點(diǎn)的新潤滑脂。
（2）軸承在連續(xù)的“嘩嘩”聲中發(fā)出均勻的周期性“嗬羅”聲，這種聲音是由于滾動(dòng)體和內(nèi)外圈滾道出現(xiàn)傷痕、溝槽、銹蝕斑而引起的。聲響的周期與軸承的轉(zhuǎn)速成正比。應(yīng)對(duì)軸承進(jìn)行更換。
（3）軸承發(fā)出不規(guī)律、不均勻的“嚓嚓”聲，這種聲音是由于軸承內(nèi)落入鐵屑、砂粒等雜質(zhì)而引起的。聲響強(qiáng)度較小，與轉(zhuǎn)數(shù)沒有聯(lián)系。應(yīng)對(duì)軸承進(jìn)行清洗，重新加脂或換油。
（4）軸承發(fā)出連續(xù)而不規(guī)則的“沙沙”聲，這種聲音一般與軸承的內(nèi)圈與軸配合過松或者外圈與軸承孔配合過松有關(guān)系。聲響強(qiáng)度較大時(shí)，應(yīng)對(duì)軸承的配合關(guān)系進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修理。
2 振動(dòng)信號(hào)分析診斷
軸承振動(dòng)對(duì)軸承的損傷很敏感，例如剝落、壓痕、銹蝕、裂紋、磨損等都會(huì)在軸承及振動(dòng)測(cè)量中反映出來。所以，通過采用特殊的軸承振動(dòng)測(cè)量器（頻率分析器等）可測(cè)量出振動(dòng)的大小，通過頻率分布可推斷出異常的具體情況。測(cè)得的數(shù)值因軸承的使用條件或傳感器安裝位置等而不同，因此需要事先對(duì)每臺(tái)機(jī)器的測(cè)量值進(jìn)行分析比較后確定判斷標(biāo)準(zhǔn)。
滾動(dòng)軸承故障的檢測(cè)診斷技術(shù)有很多種，如振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)、潤滑油液分析檢測(cè)、溫度檢測(cè)、聲發(fā)射檢測(cè)等。在各種診斷方法中，基于振動(dòng)信號(hào)的診斷技術(shù)應(yīng)用Z為廣泛，該技術(shù)分為簡易診斷法和精密診斷法兩種。
簡易診斷利用振動(dòng)信號(hào)波形的各種參數(shù)，如幅值、波形因數(shù)、波峰因數(shù)、概率密度、峭度系數(shù)等，以及各種解調(diào)技術(shù)對(duì)軸承進(jìn)行初步判斷以確認(rèn)是否出現(xiàn)故障；精密診斷則利用各種現(xiàn)代信號(hào)處理方法判斷在簡易診斷中被認(rèn)為是出現(xiàn)了故障的軸承的故障類別及原因。
3 滾動(dòng)軸承故障的簡易診斷法
在利用振動(dòng)對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行簡易診斷的過程中，通常是要測(cè)得的振值（峰值、有效值等）與預(yù)先給定的某種判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，根據(jù)實(shí)測(cè)的振值是否超出了標(biāo)準(zhǔn)給出的界限來判斷軸承是否出現(xiàn)了故障，以決定是否需要進(jìn)一步進(jìn)行精密診斷。用于滾動(dòng)軸承簡易診斷的判斷標(biāo)準(zhǔn)可大致分為三種：
（1）判定標(biāo)準(zhǔn)：是用于判斷實(shí)測(cè)振值是否超限的量值；
（2）相對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)：是對(duì)軸承的同一部位定期進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，并按時(shí)間先后進(jìn)行比較，以軸承無故障的情況下的振值為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)實(shí)測(cè)振值與該基準(zhǔn)振值之比來進(jìn)行診斷的標(biāo)準(zhǔn)；
（3）類比判定標(biāo)準(zhǔn)：是把若干同一型號(hào)的軸承在相同的條件下在同一部位進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，并將振值相互比較進(jìn)行判斷的標(biāo)準(zhǔn)。
判定標(biāo)準(zhǔn)是在規(guī)定的檢測(cè)方法的基礎(chǔ)上制定的標(biāo)準(zhǔn)，因此必須注意其適用頻率范圍，并且必須按規(guī)定的方法進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)。適用于所有軸承的判定標(biāo)準(zhǔn)是不存在的，因此一般都是兼用判定標(biāo)準(zhǔn)、相對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)和類比判定標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能獲得準(zhǔn)確、可靠的診斷結(jié)果。
4 滾動(dòng)軸承故障的精密診斷法
滾動(dòng)軸承的振動(dòng)頻率成分十分豐富，既含有低頻成分，又含有高頻成分，而且每一種特定的故障都對(duì)應(yīng)有特定的頻率成分。精密診斷的任務(wù)，就是要通過適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理方法將特定的頻率成分分離出來，從而指示特定故障的存在。常用的精密診斷有下面幾種。
（1）低頻信號(hào)分析法
低頻信號(hào)是指頻率低于8kHz的振動(dòng)。一般測(cè)量滾動(dòng)軸承振動(dòng)時(shí)都采用加速度傳感器，但對(duì)低頻信號(hào)都分析振動(dòng)速度。因此，加速度信號(hào)要經(jīng)過電荷放大器后由積分器轉(zhuǎn)換速度信號(hào)，然后再經(jīng)過上限截止頻率為8kHz的低通濾波器去除高頻信號(hào)，Z后對(duì)其進(jìn)行頻率成分分析，以找到信號(hào)的特征頻率，進(jìn)行診斷。
（2）中、高頻信號(hào)解調(diào)分析法
中頻信號(hào)的頻率范圍為8kHz-20kHz，高頻信號(hào)的頻率范圍為20kHz-80kHz。由于對(duì)中、高頻信號(hào)可直接分析加速度，傳感器信號(hào)經(jīng)過電荷放大器后，直接通過高通濾波器去除低頻信號(hào)，然后對(duì)其進(jìn)行解調(diào)，Z后進(jìn)行頻率分析，以找出信號(hào)的特征頻率。
5 軸承的溫度分析診斷
軸承的溫度，一般有軸承室外面的溫度就可推測(cè)出來，如果利用油孔能直接測(cè)量軸承外圈溫度，則更為合適。通常，軸承的溫度隨著軸承運(yùn)轉(zhuǎn)開始慢慢上升，1-2小時(shí)后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。軸承的正常溫度因機(jī)器的熱容量、散熱量、轉(zhuǎn)速及負(fù)載而不同。如果潤滑、安裝不合適，則軸承溫都會(huì)急驟上升，會(huì)出現(xiàn)異常高溫，這時(shí)必須停止運(yùn)轉(zhuǎn)，采取必要的防范措施。
用高溫經(jīng)常表示軸承已處于異常情況。高溫也有害于軸承潤滑劑。有時(shí)軸承過熱可歸諸于軸承的潤滑劑。若軸承在超過125℃的溫度長期連轉(zhuǎn)會(huì)降低軸承壽命。引起高溫軸承的原因包括：潤滑不足或過分潤滑、潤滑劑內(nèi)含有雜質(zhì)、負(fù)載過大、軸承損壞、間隙不足及油封產(chǎn)生的高摩擦等等。
因此，連續(xù)性的監(jiān)測(cè)軸承溫度是有必要的，無論是量測(cè)軸承本身或其它重要的零件。如果是在運(yùn)轉(zhuǎn)條件不變的情況下，任何的溫度改變可表示已發(fā)生故障。軸承溫度的定期量測(cè)可藉助于溫度計(jì)，例如SKF數(shù)字型溫度計(jì)，可精確地測(cè)軸承溫度并依℃或華氏溫度定單位顯示。重要性的軸承，意味著當(dāng)其損壞時(shí)，會(huì)造成設(shè)備的停機(jī)，因此這類軸承Z好應(yīng)加裝溫度探測(cè)器。正常情況下，軸承在剛潤滑或再潤滑過后會(huì)有自然的溫度上升并且持續(xù)一天或二天。
6 潤滑劑分析診斷
潤滑劑分析法是利用鐵譜分析技術(shù)，鐵譜分析技術(shù)是特別適合于鑒定和預(yù)測(cè)滾動(dòng)疲勞的一種方法。
將滾動(dòng)軸承的潤滑油抽取一部分作為油樣，利用高梯度磁場(chǎng)使流過該磁場(chǎng)的油樣中所含的固體異物，按大小比例沉積在玻璃片上，得以觀察異物顆粒的形狀，大小，色澤和材質(zhì)，從而能清楚地判明磨損的類型，預(yù)告機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患。鐵譜技術(shù)原則上以鑒定鋼鐵等強(qiáng)磁體為主要目標(biāo)，但對(duì)銅等非鐵金屬、砂、有機(jī)物和密封碎屑等異物也有相當(dāng)出色的鑒定能力。
當(dāng)油樣中出現(xiàn)直徑為1-5μm鋼鐵類球形顆粒時(shí)，肯定軸承已開始出現(xiàn)疲勞微裂紋。當(dāng)油樣中出現(xiàn)長度與厚度比為10：1的疲勞剝落顆粒，而長度大于10μm時(shí)，軸承中非正常疲勞磨損已經(jīng)開始，當(dāng)長度大于100μm時(shí)，軸承已經(jīng)失效。
第三種疲勞碎屑為長度與厚度比為30：1的疲勞薄片，其長度在20-50μm之間，薄片往往帶有空洞。在疲勞開始出現(xiàn)時(shí)，這種薄片的數(shù)量會(huì)明顯增加，這可與球形顆粒共同作為疲勞出現(xiàn)的標(biāo)志。
7 聲發(fā)射檢測(cè)
聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)原理，材料受到外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或者裂紋擴(kuò)展時(shí)，以彈性波的形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。
用儀器檢測(cè)、分析聲發(fā)射信號(hào)和利用聲發(fā)射信號(hào)推斷聲發(fā)射源的技術(shù)稱為聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)，其利用物質(zhì)內(nèi)部微粒由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)而以彈性波的形式釋放應(yīng)變能的現(xiàn)象來識(shí)別和了解物質(zhì)或結(jié)構(gòu)內(nèi)部狀態(tài)。
聲發(fā)射信號(hào)包括突發(fā)型和連續(xù)型兩種。突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào)由區(qū)別于背景噪聲的脈沖組成，且在時(shí)間上可以分開；連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)的單個(gè)脈沖不可分辨。實(shí)際上，連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)也是由大量小的突發(fā)型信號(hào)組成的，只不過太密集而不能分辨而已。
滾動(dòng)軸承在運(yùn)行不良的情況下，突發(fā)型和連續(xù)型的聲發(fā)射信號(hào)都有可能產(chǎn)生。軸承各組成部分（內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體以及保持架）接觸面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、碰摩所產(chǎn)生的赫茲接觸應(yīng)力，以及由于失效、過載等產(chǎn)生的諸如表面裂紋、磨損、壓痕、切槽、咬合、潤滑不良造成的的表面粗糙、潤滑污染顆粒造成的表面硬邊以及通過軸承的電流造成的點(diǎn)蝕等故障，都會(huì)產(chǎn)生突發(fā)型的聲發(fā)射信號(hào)。
連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)主要來源于潤滑不良（如潤滑油膜的失效、潤滑脂中污染物的浸入）導(dǎo)致軸承表面產(chǎn)生氧化磨損而產(chǎn)生的全局性故障、過高的溫度以及軸承局部故障的多發(fā)等，這些因素造成短時(shí)間內(nèi)的大量突發(fā)聲發(fā)射事件，從而產(chǎn)生了連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)。
滾動(dòng)軸承在運(yùn)行過程中，其故障（不管是表面損傷、裂紋還是磨損故障）會(huì)引起接觸面的彈性沖擊而產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)，該信號(hào)蘊(yùn)涵了豐富的碰摩信息，因此可利用聲發(fā)射來監(jiān)測(cè)和診斷滾動(dòng)軸承故障。
8 振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)
滾動(dòng)軸承故障檢測(cè)的簡易診斷利用滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)分析故障。診斷的方法可分為簡易診斷法和精密診斷法兩種。簡易診斷的目的是為了初步判斷被列為診斷對(duì)象的滾動(dòng)軸承是否出現(xiàn)了故障；精密診斷的目的是要判斷在簡易診斷中被認(rèn)為出現(xiàn)了故障的軸承的故障類別及原因。
下面主要介紹簡易診斷的幾種方法：
（1）振幅值診斷法。
這里所說的振幅值指峰值XP、均值X（對(duì)于簡諧振動(dòng)為半個(gè)周期內(nèi)的平均值，對(duì)于軸承沖擊振動(dòng)為經(jīng)值處理后的平均值）以及均方根值（有效值）Xrms。
這是一種Z簡單、Z常用的診斷法，它是通過將實(shí)測(cè)的振幅值與判定標(biāo)準(zhǔn)中給定的值進(jìn)行比較來診斷的。峰值反映的是某時(shí)刻振幅的Z大值，因而它適用于像表面點(diǎn)蝕損傷之類的具有瞬時(shí)沖擊的故障診斷。均值用于診斷的效果與峰值基本一樣，其優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)值較峰值穩(wěn)定，但一般用于轉(zhuǎn)速較高的情況（如300r/min以上）。均方根值是對(duì)時(shí)間平均的，因而它適用于像磨損之類的振幅值隨時(shí)間緩慢變化的故障診斷。
（2）概率密度診斷法。
無故障滾動(dòng)軸承振幅的概率密度曲線是典型的正態(tài)?布曲線；而一旦出現(xiàn)故障，則概率密度曲線可能出現(xiàn)偏斜或分散的現(xiàn)象。
（3）峭度系數(shù)診斷法。
振幅滿足正態(tài)分布規(guī)律的無故障軸承，其峭度值約為3。隨著故障的出現(xiàn)和發(fā)展，峭度值具有與波峰因數(shù)類似的變化趨勢(shì)。此方法的優(yōu)點(diǎn)在于與軸承的轉(zhuǎn)速、尺寸和載荷無關(guān)，主要適用于點(diǎn)蝕類故障的診斷。
（4）波形因數(shù)診斷法。
波形因數(shù)定義為峰值與均值之比（XP/X）。該值也是用于滾動(dòng)軸承簡易診斷的有效指標(biāo)之一。
（5）波峰因數(shù)診斷法。
波峰因數(shù)定義為峰值與均方根值之比（XP/Xrms）。該值用于滾動(dòng)軸承簡易診斷的優(yōu)點(diǎn)在于它不受軸承尺寸、轉(zhuǎn)速及載荷的影響，也不受傳感器、放大器等一、二次儀表靈敏度變化的影響。該值適用于點(diǎn)蝕類故障的診斷。
通過對(duì)XP/Xrms值隨時(shí)間變化趨勢(shì)的監(jiān)測(cè)，可以有效地對(duì)滾動(dòng)軸承故障進(jìn)行早期預(yù)報(bào)，并能反映故障的發(fā)展變化趨勢(shì)。當(dāng)滾動(dòng)軸承無故障時(shí)，XP/Xrms，為一較小的穩(wěn)定值；一旦軸承出現(xiàn)了損傷，則會(huì)產(chǎn)生沖擊信號(hào)，振動(dòng)峰值明顯增大，但此時(shí)均方根值尚無明顯的增大，故XP/Xrms增大；當(dāng)故障不斷擴(kuò)展，峰值逐步達(dá)到極限值后，均方根值則開始增大，XP/Xrms逐步減小，直至恢復(fù)到無故障時(shí)的大小。
通過在關(guān)鍵設(shè)備軸承部件應(yīng)用以上檢測(cè)手段對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)的跟蹤檢測(cè)，可有效地診斷出設(shè)備軸承部位的隱患，提早作出預(yù)防，確保設(shè)備正常使用。
（來源：網(wǎng)絡(luò)）
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