滚动轴承故障解释和频率计算课件.ppt

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1、轴承,轴承损坏,轴承,轴承：分为滚动轴承和滑动轴承两部分， 对于汽轮发电机组 、空气压缩机组和石化的大机组都是使用滑动轴承。一般滚动轴承应用于高速轻载的工况下，对于大多数通用设备（如风机、水泵、电机等）、冶金行业的轧机、纸业的造纸机等都使用滚动轴承。 滚动轴承是应用最广泛的机械零件之一,适用于各种行业(如电力、冶金、石化等）。滚动轴承是机器中最容易损坏的元件之一。许多旋转机械的故障都与滚动轴承的状态有关，大约有30%的旋转机械故障都是有轴承故障引起的。,现场设备,滚动轴承的故障监测,最原始的滚动轴承故障诊断方法是用听音棒接触轴承部位，依靠听觉来判断轴承有无故障。后来采用各式测振仪器并利用振动位

2、移、速度或加速度的均方根值或峰值来判断轴承有无故障（如恩态克、SKF、CSI等离线故障诊断仪器）。滚动轴承的监测位置：振动波的传播路径是通过轴-滚动轴承-轴承座。对于滚动轴承的监测，我们一般选用轴承座三个方向（水平、垂直和轴向）进行监测，就可以掌握旋转机械的一些故障特征，如不平衡、不对中、松动和滚动轴承等故障。,轴承故障原因及其解决,过负荷引起过早疲劳，（包括过紧配合，布式硬度凹痕和预负荷）减少负荷或重新设计过热征兆是滚道，球和保持架变色，从金色变为蓝色温度超过400F使滚道和滚动体材料退火硬度降低导致轴承承重降低和早期失效严重情况下引起变形，另外温升降低和破坏润滑性能,轴承故障原因及其解决,

3、正常疲劳失效疲劳失效指滚道和滚动体上发生碎裂，并随之产生材料碎片脱落这种疲劳为逐渐发生，一旦开始则迅速扩展，并伴随明显的振动增加更换轴承，和设计有更长疲劳寿命的轴承,轴承故障原因及其解决,污染污染是轴承失效的主要原因之一污染的征兆是在滚道和滚动体表面有点痕，导致振动加大和磨损清洁环境，工具，规范操作。新轴承的储运。润滑油失效滚道和滚子的变色（蓝、棕）是润滑失效的征兆，随之产生滚道、滚子和保持架磨损，导致过热和严重故障。滚动轴承的正常运行取决于各部件间存在良好油膜失效常常由润滑不足和过热引起,轴承故障原因及其解决,腐蚀其征兆是在滚道、滚子、保持架或其他位置出现红棕色区域原因是轴承接触腐蚀性流体和

4、气体严重情况下，腐蚀引起轴承早期疲劳失效除掉腐蚀流体，尽可能使用整体密封轴承,轴承故障原因及其解决,不对中不对中的征兆是滚珠在滚道上产生的磨痕与滚道边缘不平行如果不对中超过0.001in/in，会产生轴承和轴承座异常温升，和保持架球磨损配合松动配合松动导致配合部件的相对运动，如果这个相对运动轻微但不间断，则产生磨损这种磨损产生颗粒，并氧化成特殊的棕色。这导致研磨和松动加大。如果松动增大到内圈或外圈的显著运动，安装表面（孔径，外径和侧面）将磨损和发热，引起噪声和胱动。,滚动轴承故障发展过程的四阶段,通常约百分之八十至九十的轴承寿命,1,2,3,4,1,X,2,3,4,阶段轴承剩余寿命的百分之十至

5、二十,阶段轴承剩余寿命的百分之五至十,阶段轴承剩余寿命的百分之一至五,阶段一小时至轴承剩余寿命的百分之一,灾难性破坏,累积的损伤,时间,滚动轴承四种类型故障频率 1.随机的，超声频率-gSE ,HFD ,SPM； 2.轴承零部件自振频率-500至2000赫兹范围，与转速无关； 3旋转的故障频率-内环BPFI，外环BPFO，滚动体BSF和保 持架FTF故障频率 4.和频与差频-轴承若干故障频率之间及其它振源频率相加或相减得出的频率,滚动轴承故障发展过程的四阶段中典型特征,第一阶段：1噪声正常；2.温度正常；3.可用超声，振动尖峰能量gSE声发射测量出来，轴承外环有缺陷；4.振动总量较小，无离散的

6、轴承故障频率尖峰；5.轴承剩余寿命大于B-10规定的百分之十。第二阶段：1.噪声略增大；2.温度正常；3.超声，声发射，振动尖峰能量gSE明显增大，轴承外环有缺陷；4.振动总量略增大(振动加速度总量和振动速度总量)；5.在对数刻度的频谱上可清楚地看到轴承故障频率，而在线性刻度的频谱上则很难看到；噪声地平明显提高；6.轴承剩余寿命大于B-10规定的百分之五。第三阶段：1.可以听到噪声；2.温度略升高；3.非常高的超声，声发射，振动尖峰能量gSE，轴承外环有故障；4.振动加速度总量和振动速度总量大增；5.在线性刻度频谱上清楚地看出轴承故障频率及其谐波频率和边带频率；6.振动频谱的噪声地平明显提高；

7、7. .轴承剩余寿命大于B-10规定的百分之一。第四阶段：1.噪声的强度改变；2.温度明显升高；3.超声，声发射，振动尖峰能量gSE迅速增大，随后逐渐减小，轴承外环处于损坏之前的故障状态；4.振动速度总量和振动位移总量明显增大，振动加速度总量减小；5.频率较低的轴承故障频率尖峰占优势，振动频谱中噪声地平非常高；6.轴承剩余寿命大于B-10规定的百分之零点二。,滚动轴承故障四种类型频率,第 一 种 频 率 ： 随机的，超声频率 - 振动尖峰能量( g SE )，高频加速度( HFD)和冲击脉冲( SPM )；第二种频率： 轴承零部件的自振频率 - 在500到2000赫兹频率 范围内，与转速无关

8、；第三种频率：旋转的故障频率 - 轴承的内环故障(BPFI)，外环 故障(BPFO)，滚动体故障(BSF)和保持架故障(FTF)；第四种频率 ：和频与差频 - 轴承的若干故障频率之间及与其它 振源频率之间相加或相减,滚动轴承故障发展的四个阶段,第 一 阶 段 ：滚动轴承故障初始阶段 第 二 阶 段 ：滚动轴承轻微故障阶段 第 三 阶 段 ：滚动轴承宏观故障阶段 第 四 阶 段 ：滚动轴承故障最后阶段,滚动轴承故障发展的第一阶段,噪 声 正 常 轴 承 温 度 正 常可 以 用 超 声 ， 振 动 尖 峰 能 量 ， 声 发 射 测 量 出 来 ， 轴 承 外 环 有 缺 陷 振 动 总 量 比

9、 较 小 。 无 离 散 的 轴 承 故 障 频 率 尖 峰 轴 承 剩 余 寿 命 大 于 B-10 规 定 的 百 分 之 十 ( 注 ) 注 ： 基 于 百 分 之 九 十 的 置 信 度,滚动轴承故障发展的第二阶段,噪 声 略 增 大 轴 承 温 度 正 常 超 声 ， 声 发 射 ， 振 动 尖 峰 能 量 有 大 的 增 大 ， 轴 承 外 环 有 缺 陷 振 动 总 量 略 增 大 ( 振 动 加 速 度 总 量 和 振 动 速 度 总 量 )在 对 数 频 谱 上 可 清 楚 地 看 到 轴 承 故 障 频 率 ， 而 在 线 性 频 谱 上 难 以 看 到 ； 噪 声 地 平

10、 明 显 提 高 轴 承 剩 余 寿 命 小 于 B-10 规 定 的 百 分 之 五 ( 注 ) 注 ： 基 于 百 分 之 九 十 的 置 信 度,滚动轴承故障发展的第三阶段,可 以 听 到 噪 声 轴 承 温 度 略 升 高 非 常 高 的 超 声 ， 声 发 射 ， 振 动 尖 峰 能 量 ， 轴 承 外 环 有 故 障 振 动 加 速 度 总 量 和 振 动 速 度 总 量 有 大 的 增 大 在 线 性 频 谱 上 清 楚 地 看 出 轴 承 故 障 频 率 及 其 谐 波 频 率 和 边 带 频 率 振 动 频 谱 的 噪 声 地 平 明 显 提 高 轴 承 剩 余 寿 命 小

11、于 不 B-10 规 定 的 百 分 之 一 ( 注 ) 注 ： 基 于 百 分 之 九 十 的 置 信 度,滚动轴承故障发展的第四阶段,噪 声 的 强 度 改 变 轴 承 的 温 度 明 显 升 高 超 声 ， 声 发 射 ， 振 动 尖 峰 能 量 迅 速 增 大 ， 随 后 逐 渐 减 小 ， 轴 承 外 环 处 在 损 坏 之 前 的 故 障 状 态 振 动 速 度 总 量 和 振 动 位 移 总 量 明 显 增 大 ， 振 动 加 速 度 总 量 反 而 减 小出 现 较 低 频 率 的 轴 承 故 障 频 率 尖 峰 且 占 优 势 振 动 频 谱 中 噪 声 地 平 非 常 高

12、轴 承 剩 余 寿 命 小 于 B-10 规 定 的 百 分 之 零 点 二 (注 ： 基 于 百 分 之 九 十 的 置 信 度),滚 动 轴 承 故 障 发 展 的 第 三 和 第 四 阶 段 gSE 和 振 动 频 谱特 征 的 比 较,滚 动 轴 承 故 障 谱 特 征 (2),区 域 A 区 域 B 区 域 C 区 域 D 常 规 振 动 频 率 区 轴 承 故 障 频 率 区 轴 承 零 件 自 振 频 率 区 振 动 尖 峰 能 量 区,滚动轴承故障频率计算(1),滚动轴承保持架故障频率： FTF=(N/2)1-（d/D）Cos 滚动轴承滚动体旋转故障频率： BSF=(N/2)(

13、D/d)1-(d/D)Cos 滚动轴承外环故障频率： BPFO=(N/2)n1-(d/D)Cos 滚动轴承内环故障频率： BPFI=(N/2)n1+(d/D)Cos以上符号： d=滚动体直径； D=滚动轴承平均直径(滚动体中心处直径)； =径向方向接触角； n=滚动体数目； N=轴的转速。注：1.滚动轴承没有滑动；2.滚动轴承几何尺寸没有变化；3.轴承外环固定不旋转.,滚动轴承故障频率计算(2)-经验公式,外环故障频率： BPFOr0.4Nn 内环故障频率： BPFIr0.6Nn 保持架故障频率： FTFr0.4N 以上符号： n=滚动体数目； N=轴的转速。注：1.滚动轴承没有滑动；2.滚动

14、轴承几何尺寸没有变化；3.轴承外环固定不旋转.,滚动轴承故障各阶段振动频谱和解调频谱的特征,以上所示左图为常规振动频谱；右图为解调频谱，此图中基准电平是任意选的平的噪声电平。 正常情况下滚动轴承的常规振动频谱和解调频谱，如上图所示。,VdB,dB,40,30,20,10,常规振动频谱,解调频谱,任意的基准电平,1X,2X,3X,频率,频率,A. 正常状态,常规振动频谱中，没有任何轴承故障频率分量，转速频率的谐波频率说明有一点松动迹象；解调频谱中，在基准噪声电平以上有2至3分贝轴承故障频率分量，还有一些转速频率谐波。解调频谱中的转速频率谐波，说明轴承间隙增大，使松动略有增大。这一阶段中，不需要更

15、换轴承，但是，应该密切跟踪监视轴承的状态变化。,VdB,dB,40,30,20,10,常规振动频谱,解调频谱,1X,2X,3X,常见转速频率的谐波,2至3分贝轴承故障频率,频率,频率,B. 轴承内环有一条微小裂纹，故障第一阶段,轴承又降了一级。常规振动频谱仍然不能显示出明显的滚动轴承故障频率分量；解调频谱中可出现高于基准噪声电平5至10分贝的轴承故障频率分量。说明该轴承已处于低劣状态，但是，仍然有较长的使用寿命。,VdB,dB,40,30,20,10,常规振动频谱,解调频谱,1X,2X,3X,2X,5至10分贝BPFO或BPFI,频率,频率,C. 轴承处于低劣状态，但仍有较长使用寿命,常规振动

16、频谱中，已出现轴承故障频率分量；解调频谱中，在轴承故障频率的两侧出现转速频率的边带，并且，整个解调频谱的电平提高约10分贝，轴承故障频率分量的幅值高于噪声背景10分贝或更高。,VdB,dB,40,30,20,10,常规振动频谱,解调频谱,1X,2X,3X,很小幅值的轴承故障频率分量,BPFI伴有1X转速频率边带,2BPFI,频率,频率,D. 轴承已降级到不能接受的状态,常规振动频谱和解调频谱都出现轴承故障频率分量并都伴有转速频率边带。解调频谱的背景噪声电平几乎又提高了约10分贝。说明这时应该立即更换轴承!,VdB,dB,40,30,20,10,常规振动频谱,解调频谱,1X,2X,3X,BPFI

17、,2BPFI,BPFI-1X,BPFI-2X,BPFI+2X,2BPFI-1X,2BPFI+1X,2BPFI-2X,BPFI,2BPFI,2BPFI+1X,2BPFI-1X,BPFI+1X,BPFI-1X,BPFI-2X,1X,2X,3X,频率,频率,E. 需立即更换轴承的阶段,常规振动频谱和解调频谱表明，该轴承即将完全破坏。因为轴承故障已发展成散布在轴承跑道上，而不是局部故障，因此，轴承故障频率反而消失了。常规振动频谱中转速频率谐波频率增多，幅值增大，这是由于滚动体与跑道之间的间隙增大的结果。,VdB,dB,40,30,20,10,常规振动频谱,解调频谱,1X,2X,3X,严重松动!,轴承故障频率不明显，幅值反而下降,频率,频率,F. 轴承即将完全破坏,轴承故障振动频谱和解调频谱特征,振动速度频谱是评定大多数滚动轴承故障的最佳参数，甚至在低速机器上；滚动轴承故障频率都不是转速频率的谐波频率轴承外环故障频率(BPFO)的幅值大于轴承内环故障频率(BPFI)幅值，这是因为振动传感器通常都安装在靠近轴承外环处之故； 通常，首先出现轴承外环故障频率和轴承内环故障频率；在轴承故障发展的早期阶段，轴承保持架故障频率(FTF)以轴承外环故障频率(BPFO)的边带频率出现，到故障发展后期，FTF才以其基频形式出现,