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滚动轴承的失效形式与故障诊断

滚动轴承的失效形式与故障诊断
滚动轴承的失效形式与故障诊断

滚动轴承的失效形式与故障诊断

卓兰

【摘要】滚动轴承作为旋转机械中应用最为广泛的通用机械零件,广泛应用于冶金、电力、石化、航空航天等领域,其运行性能的好坏直接影响到整台机械设备的性能,其故障往往导致巨大的经济损失.本文在分析滚动轴承常见的失效形式基础上,给出了对其进行诊断的一般流程,并对现有的滚动轴承故障诊断方法进行了回顾,对未来的发展趋势进行了预测.

【期刊名称】赤峰学院学报(自然科学版)

【年(卷),期】2012(000)012

【总页数】2

【关键词】滚动轴承;失效模式;故障诊断

滚动轴承由于具有摩擦系数小,运动精度高、对润滑剂的黏度不敏感、低速下亦能承受载荷、产品已经国际标准化,、成本低廉,互换性好等优点,广泛应用于冶金、电力、石化、航空航天等领域,是旋转机械中应用最为广泛的通用机械零件,也是最易损坏的元件之一.旋转机械的许多故障都与滚动轴承有关,轴承运行性能的好坏直接影响到其支撑的轴以及安装在轴上的齿轮乃至整台机械设备的性能,其缺陷往往会导致设备产生异常振动和噪声,甚至造成设备损坏,导致巨大的经济损失.据统计,旋转机械的故障有30%是由轴承引起的,由此可见开展滚动轴承故障诊断工作的重要性.

1 基本失效形式与成因分析

运转中的滚动轴承可能由于装配不当、润滑不良、水分和异物侵入、腐蚀、过热和过载等原因造成过早其损坏;另外,由“浴盆曲线”可知,即使在安装、

滚动轴承常见的失效形式及原因

滚动轴承常见的失效形式及原因分析 滚动轴承在使用过程中由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产 生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、 电腐蚀、保持架损坏等。 一,疲劳剥落 疲劳有许多类型,对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。滚动轴承套圈各滚动体表面在接触应力的反复作用下,其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象,但形状尺寸很小,点蚀扩展后将形成疲劳剥落。 疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积,使滚动表面呈凹凸不平的鳞状,有尖锐的沟角.通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路.产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面. 轴承疲劳失效的机理很复杂,也出现了多种分析理论,如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等。这些理论中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象,只能对其中的部分现象作出解释。目前对疲劳失效机理比较统一的观点有: 1、次表面起源型 次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时,滚动表面是以内部

(次表面)为起源产生的疲劳剥落。 2、表面起源型 表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时,滚动表面是以表面为起源产生的疲劳剥落。 3、工程模型 工程模型认为在一般工作条件下,轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。 疲劳产生的原因错综复杂,影响因素也很多,有与轴承制造有关的因素,如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等;也有与轴承使用有关的因素,如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。具体因素如下: A、制造因素 1、产品结构设计的影响:产品的结构设计是根据使用性能目标值来确定的,这些目标值如载荷容量、寿命、精度、可靠性、振动、磨损、摩擦力矩等。在设计时,由于各种原因,会造成产品设计与使用的不适用或脱节,甚至偏离了目标值,这种情况很容易造成产品的早期失效。 2、材料品质的影响:轴承工作时,零件滚动表面承受周期性交变载荷或冲击载荷。由于零件之间的接触面积很小,因此,会产生极高的接触应力。在接触应力反复作用下,零件工作表面将产生接触疲劳而导致金属剥落。就材料本身的品质来讲,其表面缺陷有裂纹、表面夹渣、折叠、结疤、氧化皮和毛刺等,内部缺陷有严重偏析和疏松、显微孔隙、缩孔、气泡、白点、过烧等,这些缺陷都是造成轴承早期疲劳剥落的主要原因。

滚动轴承故障诊断分析

滚动轴承故障诊断分析 学院名称:机械与汽车工程学院专业班级: 学生姓名: 学生学号: 指导教师姓名:

摘要 滚动轴承故障诊断 本文对滚动轴承的故障形式、故障原因、常用诊断方法等诊断基础和滚动轴承故障的振动机理作了研究,并建立了相应的滚动轴承典型故障(外圈损伤、内圈损伤、滚动体损伤)的理论模型,给出了一些滚动轴承故障诊断常见实例。通过对滚动轴承故障振动机理的研究可以帮助我们了解滚动轴承故障的本质和特征。本文对特征参数的提取,理论推导,和过程都进行了详细的阐述, 关键词:滚动轴承;故障诊断;特征参数;特征; ABSTRACT : The Rolling fault diagnosis In the thesis ,the fault types,diagnostic methods an d vibration principle of rolling bearing are discussed.the thesis sets up a series of academic m odels of faulty rolling bearings and lists some sym ptom parameters which often used in fault diagnosis of rolling bearings . the study of vibration prin ciple of rolling bearings can help us to know the essence and feature of rolling bearings.In this pa

简析滚动轴承故障诊断方法及要点

简析滚动轴承故障诊断方法及要点 滚动轴承是应用最为广泛的机械零件质疑,同时,它也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。据统计,在使用滚动轴承的旋转机械中,大约有30%的机械故障都是由于轴承而引起的。可见,轴承的好坏对机器工作状态影响极大。 通常,由于轴承的缺陷会导致机器产生振动和噪声,甚至会引起机器的损坏。而在精密机械中(如精密机床主轴、陀螺等),对轴承的要求就更高,哪怕是在轴承上有微米级的缺陷,都会导致整个机器系统的精度遭到破坏。 最早使用的轴承诊断方法是将听音棒接触轴承部位,依靠听觉来判断轴承有无故障。这种方法至今仍在使用,不过已经逐步使用电子听诊器来替代听棒以提高灵敏度。后来逐步采用各式测振仪器、仪表并利用位移、速度或加速度的均方根值或峰峰值来判断轴承有无故障。这可以减少对设备检修人员的经验的依赖,但仍然很难发现早期故障。 滚动轴承在设备中的应用非常广泛,滚动轴承状态好坏直接关系到旋转设备的运行状态,尤其在连续性大生产企业,大量应用于大型旋转设备重要部位,因此,实际生产中作好滚动轴承状态监测与故障诊断是搞好设备维修与管理的重要环节。我们经过长期实践与摸索,积累了一些滚动轴承实际故障诊断的实用技巧。 一、滚动轴承故障诊断的方式及要点: 对滚动轴承进行状态监测和故障诊断的实用方法是振动分析。 实用中需注意选择测点的位置和采集方法。要想真实准确反映滚动轴承振动状态,必须注意采集的信号准确真实,因此要在离轴承最近的地方安排测点,在电机自由端一般有后风扇罩,其测点选择在风扇罩固定螺丝有较好监测效果。另外必须注意对振动信号进行多次采集和分析,综合进行比较。才能得到准确结论。 二、滚动轴承正常运行的特点与实用诊断技巧: 我们在长期生产状态监测中发现,滚动轴承在其使用过程中表现出很强的规律性,并且重复性非常好。正常优质轴承在开始使用时,振动和噪声均比较小,但频谱有些散乱,幅值都较小,可能是由于制造过程中的一些缺陷,如表面毛刺等所致。 运动一段时间后,振动和噪声维持一定水平,频谱非常单一,仅出现一、二倍频。极少出现三倍工频以上频谱,轴承状态非常稳定,进入稳定工作期。 继续运行后进入使用后期,轴承振动和噪声开始增大,有时出现异音,但振动增大的变化较缓慢,此时,轴承峭度值开始突然达到一定数值。我们认为,此时轴承即表现为初期故障。

滚动轴承习题

Unit17 轴承 一、单选题(每题2分) 1. 对于工作温度变化较大的长轴,轴承组应采用的轴向固定方式。 A 两端固定 B 一端固定,一端游动 C 两端游动 D 左端固定,右端游动 2. 轴承预紧的目的为提高轴承的。 A 刚度和旋转精度 B 强度和刚度 C 强度 D 刚度 3. 皮碗密封,密封唇朝里的主要目的为。 A 防灰尘,杂质进入 B 防漏油 C 提高密封性能 D 防磨损 4. 密封属于非接触式密封。 A 毛毡 B 迷宫式 C 皮碗 D 环形 5. 在轴承同时承受径向载荷和轴向载荷时,当量动载荷指的是轴承所受的。 A 与径向载荷和轴向载荷等效的假想载荷 B 径向载荷和轴向载荷的代数和 C 径向载荷 D 轴向载荷 6. 内部轴向力能使得内、外圈产生。

A 分离的趋势 B 接合更紧的趋势 C 摩擦的趋势 D 转动的趋势 7. 一般转速的滚动轴承,其主要失效形式是疲劳点蚀,因此应进行轴承的。 A 寿命计算 B 静强度计算 C 硬度计算 D 应力计算 8. 某轴承的基本额定动载荷下工作了6 10转时,其失效概率为。 A 90% B 10% C 50% D 60% 9. 从经济观点考虑,只要能满足使用要求,应尽量选用轴承。 A 球 B 圆柱 C 圆锥滚子 D 角接触 10. 滚动轴承的公差等级代号中,级代号可省略不写。 A 2 B 0 C 6 D 5 11. 只能承受轴向载荷而不能承受径向载荷的滚动轴承是。 A 深沟球轴承 B 推力球轴承 C 圆锥滚子轴承 D 圆柱滚子轴承 12. 在相同的尺寸下,能承受的轴向载荷为最大。 A 角接触球轴承 B 深沟球轴承 C 圆锥滚子轴承 D 圆柱滚子轴承 13 若转轴在载荷作用下弯曲较大或轴承座孔不能保证良好的同轴度,宜选用类型代号为的轴承。 A. 1或2 B. 3或7

滚动轴承故障诊断与分析..

滚动轴承故障诊断与分析Examination and analysis of serious break fault down in rolling bearing 学院:机械与汽车工程学院 专业:机械设计制造及其自动化 班级:2010020101 姓名: 学号: 指导老师:王林鸿

摘要:滚动轴承是旋转机械中应用最广的机器零件,也是最易损坏的元件之一, 旋转机械的许多故障都与滚动轴承有关,轴承的工作好坏对机器的工作状态有很大的影响,其缺陷会产生设备的振动或噪声,甚至造成设备损坏。因此, 对滚动轴承故障的诊断分析, 在生产实际中尤为重要。 关键词:滚动轴承故障诊断振动 Abstract: Rolling bearing is the most widely used in rotating machinery of the machine parts, is also one of the most easily damaged components. Many of the rotating machinery fault associated with rolling bearings, bearing the work of good or bad has great influence to the working state of the machine, its defect can produce equipment of vibration or noise, and even cause equipment damage. Therefore, the diagnosis of rolling bearing fault analysis, is especially important in the practical production. Key words: rolling bearing fault diagnosis vibration 引言:滚动轴承是机器的易损件之一,据不完全统计,旋转机械的故障约有30% 是因滚动轴承引起的,由此可见滚动轴承故障诊断工作的重要性。如何准确判断出它的末期故障是非常重要的,可减少不必要的停机修理,延长设备的使用寿命,避免事故停机。滚动轴承在运转过程中可能会由于各种原因引起损坏,如装配不当、润滑不良、水分和异物侵入、腐蚀和过载等。即使在安装、润滑和使用维护都正常的情况下,经过一段时间运转,轴承也会出现疲劳剥落和磨损。总之,滚动轴承的故障原因是十分复杂的,因而对作为运转机械最重要件之一的轴承,进行状态检测和故障诊断具有重要的实际意义,这也是机械故障诊断领域的重点。 一滚动轴承故障诊断分析方法 1滚动轴承故障诊断传统的分析方法 1.1振动信号分析诊断 振动信号分析方法包括简易诊断法、冲击脉冲法(SPM法)、共振解调法(IFD 法)。振动诊断是检测诊断的重要工具之一。 (1)常用的简易诊断法有:振幅值诊断法,反应的是某时刻振幅的最大值,适用于表面点蚀损伤之类的具有瞬时冲击的故障诊断;波峰因素诊断法,表示的

滚动轴承的受力分析、载荷计算、失效和计算准则

1.滚动轴承的受力分析 滚动轴承在工作中,在通过轴心线的轴向载荷(中心轴向载荷)Fa作用下,可认为各滚动体平均分担载荷,即各滚动体受力相等。当轴承在纯径向载荷Fr作用下(图6),内圈沿Fr方向移动一距离δ0,上半圈滚动体不承载,下半圈各滚动体由于个接触点上的弹性变形量不同承受不同的载荷,处于Fr作用线最下位置的滚动体承载最大,其值近似为5Fr/Z(点接触轴承)或4.6Fr/Z(线接触轴承),Z为轴承滚动体总数,远离作用线的各滚动体承载逐渐减小。对于内外圈相对转动的滚动轴承,滚动体的位置是不断变化的,因此,每个滚动体所受的径向载荷是变载荷。 图6滚动轴承径向载荷的分析图7角接触轴承的载荷作用中心 2.滚动轴承的载荷计算 (1)滚动轴承的径向载荷计算 一般轴承径向载荷Fr作用中心O的位置为轴承宽度中点。 角接触轴承径向载荷作用中心O的位置应为各滚动体的载荷矢量与轴中心线的交点,如图7所示。角接触球轴承、圆锥滚子轴承载荷中心与轴承外侧端面的距离a可由直接从手册查得。 接触角α及直径D,越大,载荷作用中心距轴承宽度中点越远。为了简化计算,常假设载荷中心就在轴承宽度中点,但这对于跨距较小的轴,误差较大,不宜随便简化。

图8角接触轴承受径向载荷产生附加轴向力 1)滚动轴承的轴向载荷计算 当作用于轴系上的轴向工作合力为FA,则轴系中受FA作用的轴承的轴向载荷Fa=FA,不受FA作用的轴承的轴向载荷Fa=0。但角接触轴承的轴向载荷不能这样计算。 角接触轴承受径向载荷Fr时,会产生附加轴向力FS。图8所示轴承下半圈第i个球受径向力Fri。由于轴承外圈接触点法线与轴承中心平面有接触角α,通过接触点法线对轴承内圈和轴的法向反力Fi将产生径向分力Fri;和轴向分力FSi。各球的轴向分力之和即为轴承的附加轴向力FS。按一半滚动体受力进行分析,有 FS ≈ 1.25 Frtan α(1) 计算各种角接触轴承附加轴向力的公式可查表5。表中Fr为轴承的径向载荷;e为判断系数,查表6;Y为圆锥滚子轴承的轴向动载荷系数,查表7。 表-5 角接触轴承附加轴向力公式 轴承类型角接触球轴承圆锥滚子轴承

滚动轴承故障诊断频谱分析讲解学习

滚动轴承故障诊断1(之国外专家版) 滚动轴承故障 现代工业通用机械都配备了相当数量的滚动轴承。一般说来,滚动轴承都是机器中最精密的部件。通常情况下,它们的公差都保持在机器的其余部件的公差的十分之一。但是,多年的实践经验表明,只有10%以下的轴承能够运行到设计寿命年限。而大约40%的轴承失效是由于润滑引起的故障,30%失效是由于不对中或“卡住”等装配失误,还有20%的失效是由过载使用或制造上缺陷 等其它原因所致。 如果机器都进行了精确对中和精确平衡,不在共振频率附近运转,并且轴承润滑良好,那么机器运行就会非常可*。机器的实际寿命也会接近其设计寿命。然而遗憾的是,大多数工业现场都没有做到这些。因此有很多轴承都因为磨损而永久失效。你的工作是要检测出早期症状并估计故障的严重程度。振动分析和磨损颗粒分析都是很好的诊断方法。 1、频谱特征 故障轴承会产生与1X基频倍数不完全相同的振动分量——换言之,它们不是同步的分量。对振动分析人员而言,如果在振动频谱中发现不同步分量那么极有可能是轴承出现故障的警告信号。 振动分析人员应该马上诊断并排除是否是其它故障引起的这些不同步分量。 如果看到不同步的波峰,那极有可能与轴承磨损相关。如果同时还有谐波和边频带出现,那么轴承磨损的可能性就非常大——这时候你甚至不需要再去了解轴承准确的扰动频率。 2、扰动频率计算 有四个与轴承相关的扰动频率:球过内圈频率(BPI)、球过外圈频率(BPO)、保持架频率(FT)和球的自旋频率(BS)。轴承的四个物理参数:球的数量、球的直径、节径和接触角。其中,BPI 和BPO的和等于滚珠/滚柱的数量。例如,如果BPO等于3.2 X,BPI等于4.8 X,那么滚珠/滚柱 的数量必定是8。

滚动轴承的几种失效形式

滚动轴承的几种失效形式 滚动轴承是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦,从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件。滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成,内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转;外圈作用是与轴承座相配合,起支撑作用;滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间,其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命;保持架能使滚动体均匀分布,防止滚动体脱落,引导滚动体旋转起润滑作用。滚动轴承在使用过程中,由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏.常见的失效形式有磨损、腐蚀、蠕动、烧伤、电蚀、尺寸变化。 一、磨损 在力的作用下,两个相互接触的金属表面相对运动产生摩擦,形成摩擦副。磨擦引起金属消耗或产生残余变形,使金属表面的形状、尺寸、组织或性能发生改变的现象称为磨损。 磨损过程包含有两物体的相互作用、黏着、擦伤、塑性变形、化学反应等几个阶段。其中物体相互作用的程度对磨损的产生和发展起着重要的作用。 磨损的基本形工有:疲劳磨损、黏着磨损、磨料(粒)磨损、微动磨损和腐蚀磨损等。 产生磨损的主要原因: A、异物通过了密封不良的装置(或密封圈)进入了轴承内部。 B、润滑不当。如润滑油中的杂质未过滤干净、润滑方式不良、润滑剂选用不当、润滑剂变质等。 C、零件接触面上的材料颗粒脱离, D、锈蚀。如,由于轴承使用温度变化产生的冷凝水、润滑剂中添加剂的腐蚀性特质等原因形成的锈蚀。 实际中多数磨损属于综合性磨损,预防对策应根据磨损的形式和机理分别采取措施。 对于微动磨损,可以采用小游隙或过盈配合来减少使用过程中的微动磨损;可在套圈与滚动体之间采用稀润滑剂润滑或分别包装来减少运输过程的微动磨损;另外,轴承应放在无振动环境下保管,或将轴承内外圈隔离存放可以防止保管过程中产生的微动磨损。

滚动轴承故障诊断(附MATLAB程序)

第二组实验 轴承故障数据: Test2.mat 数据打开后应采用 X105_DE_time 作为分析数据,其他可作为参考,转速 1797rpm 轴承型号: 6205-2RS JEM SKF, 深沟球轴承 采样频率: 12k Hz 1、确定轴承各项参数并计算各部件的故障特征频率通过以上原始数据可知次轴承的参数为: 轴承转速 r=1797r/min;滚珠个数 n=9;滚动体直径 d=7.938mm;轴承节径 D=39mm;:滚动体接触角α=0 由以上数据计算滚动轴承不同部件故障的特征频率为:外圈故障频率 f1=r/60 * 1/2 * n(1-d/D *cos α )=107.34Hz 内圈故障频率 f2=r/60 * 1/2 * n(1+d/D *cos α)=162.21Hz 滚动体故障频率 f3=r/60*1/2*D/d*[1-(d/D)^2* cos^2( α)]=70.53Hz 保持架外圈故障频率 f4=r/60 * 1/2 * (1-d/D *cos α )=11.92Hz 2.对轴承故障数据进行时域波形分析 将轴承数据Test2.mat导入 MATLAB 中直接做 FFT 分析得到时域图如下:

并求得时域信号的各项特征: 1)有效值:0.2909; 3)峰值因子:5.2441;2)峰值: 1.5256;4)峭度: 5.2793;6)裕度因子:

3.包络谱分析 对信号做 EMD 模态分解,分解得到的每一个 IMF 信号分别和原信号做相关分析,找出相关系数较大的 IMF 分量并对此 IMF 分量进行 Hilbert 变换。 Empirical Mode Decomposition im 由图中可以看出经过 EMD 分解后得到的9个 IMF 分量和一个残余量。 IMF 分量分别和原信号做相关分析后得出相关系数如下: 由上表得:IMF1 的相关系数明显最大,所以选用 IMF1 做 Hilbert 包络谱分析。所得 Hilbert 包络谱图如下:

滚动轴承故障诊断与分析

滚动轴承故障诊断与分析 Examination and analysis of serious break fault down in rolling bearing

学院:机械与汽车工程学院 专业:机械设计制造及其自动化 班级:2010020101 姓名: 学号: 指导老师:王林鸿 :摘要,滚动轴承是旋转机械中应用最广的机器零件,也是最易损坏的元件之一 轴承的工作好坏对机器的工作状态有很旋转机械的许多故障都与滚动轴承有关,对滚动甚至造成设备损坏。因此, 大的影响,其缺陷会产生设备的振动或噪声, 轴承故障的诊断分析, 在生产实际中尤为重要。关键词:振动滚动轴承故 障诊断 Rolling bearing is the most widely used in rotating Abstract:easily machinery of the machine parts, is also one of the most damaged components. Many of the rotating machinery fault associated with rolling bearings, bearing the work of good or bad has great influence to the working state of the machine, even and of vibration or noise, produce its defect can equipment cause equipment damage. Therefore, the diagnosis of rolling bearing fault analysis, is especially important in the practical production. Key words: rolling bearing fault diagnosis vibration 引言:%30滚动轴承是机器的易损件之一,据不完全统计,旋转机械的故障约

滚动轴承故障诊断综述

摘要:滚动轴承是旋转机械中使用最多,最为关键,同时也是机械设备中最易损坏的机械零件之一。滚动轴承质量的好坏对机械设备运行质量影响很大,许多旋转机械设备的运行状况与滚动轴承的质量有很大的关系。滚动轴承作为旋转机械设备中使用频率较高,同时也是机械设备中较为薄弱的环节,因此对滚动轴承进行故障诊断具有重大意义。 引言:故障诊断技术是一门研究设备运行状况信息,查找故障源,研究故障发展趋势,确定相应决策,与生产实际紧密相结合的实用技术。故障诊断技术是20世纪中后迅速发展起来的一门新型技术。国外对滚动轴承故障诊断技术的研究开始于20世纪60年代。美国是世界上最早研究滚动轴承故障诊断技术的国家,于1967年对滚动轴承故障进行研究,经过几十年的发展,先后研制了基于时域分析,频域分析,和时频分析的滚动轴承故障诊断技术。 目前国外已经研制出先进的滚动轴承故障诊断仪器,并且已经应用于工业生产中,对预防机械事故,减少损失起到了至关重要的作用。国内对故障诊断技术的研究起步较晚,20世纪80年代我过开始研究滚动轴承故障诊断技术,经过多年的研究,先后出现了基于振动信号的滚动轴承故障诊断,基于声音信号的滚动轴承诊断方法,基于温度的滚动轴承诊断方法,基于油膜电阻的滚动轴承诊断方法和基于光钎的滚动轴承诊断方法。从实用性方面来看,基于振动信号的滚动轴承诊断方法具有实用性强,效果好,测试和信号处理简单等优点而被广泛采用。在滚动轴承故障诊断中,比较常用的振动诊断方法有特征参数法,频谱分析法,包络分析法,共振解调技术。其中共振解调技术是目前公认最有效的方法。 振动检测能检测轴承的剥落、裂纹、磨损、烧伤且适于早期检测和在线检测。因而,振动诊断法得到一致认可。包络检测是轴承故障振动诊断的一种有效方法,实际中已广泛使用。当轴承出现局部损伤类故障后,振动信号中包含了以故障特征频率为周期的周期性冲击成分,虽然这些冲击成分是周期出现的,但单个冲击信号却具有非平稳信号的特性。Fourier变换在频域上是完全局部化的,但由于其基函数在时域上的全局性使它没有任何的时间分辨率,因此不适合非平稳信号的分析。短时Fourier 变换虽然在时域和频域上都具有一定的分辨率而由于其基函数只能对信号进行等带宽的分解。因此基函数一旦确定,其时域和频域分辨率也就不能变化,从而不能自适应地确定信号在不同频段的分辨率。小波变

常见的滚动轴承失效形式

常见的滚动轴承失效形式 常见的滚动轴承失效形式1(接触疲劳失效接触疲劳失效系指轴承工作表面受到交变应力的作用而产生的材料疲劳失效。接触疲劳失效常见的形式是接触疲劳剥落发。接触疲劳剥落发生在轴承工作表面,往往也伴随着疲劳裂纹,首先从接触表面以下最大交变切应力处产生,然后扩展到表面形成不同的剥落形状,如点状为点蚀或麻点剥落,剥落成小片状的称浅层剥落。由于剥落面的逐渐扩大,而往往向深层扩展,形成深层剥落。深层剥落是接触疲劳失效的疲劳源。2(磨损失效磨损失效系指表面之间的相对滑动摩擦导致其工作表面金属不断磨损而产生的失效。持续的磨损将引起轴承零件逐渐损坏,并最终导致轴承尺寸精度丧失及其它相关问题。磨损失效是各类轴承常见的失效模式之一,按磨损形式通常可分为最常见的磨粒磨损和粘着磨损。磨粒磨损系指轴承工作表面之间挤入外来坚硬粒子或硬质异物或金属表面的磨屑且接触表面相对移动而引起的磨损,常在轴承工作表面造成犁沟状的擦伤。粘着磨损系指由于摩擦表面的显微凸起或异物使摩擦面受力不均,在润滑条件严重恶化时,因局部摩擦生热,易造成摩擦面局部变形和摩擦显微焊合现象,严重时表面金属可能局部熔化,接触面上作用力将局部摩擦焊接点从基体上撕裂而增大塑性变形。3( 断裂失效轴承断裂失效主要原因是缺陷与过载两大因素。当外加载荷超过材料强度极限而造成零件断裂称为过载断裂。过载原因主要是主机突发故障或安装不当。轴承零件的微裂纹、缩孔、气泡、大块外来杂物、过热组织及局部烧伤等缺陷在冲击过载或剧烈振动时也会在缺陷处引起断裂,称为缺陷断裂。应当指出,轴承在制造过程中,对原材料的入厂复验、锻造和热处理质量控制、加工过程控制中可通过仪器正确分析上述缺陷是否存在,今后仍必须加强控制。但一般来说,通常出现的轴承断裂失效大多数为过载失效。4( 腐蚀失效有些滚动轴承在实际运行当中不可避免的要接触到水、水汽以及腐蚀性介质等,这些物

声发射检测技术用于滚动轴承故障诊断的研究综述_郝如江

振 动 与 冲 击 第27卷第3期 J OURNAL OF V IBRAT I ON AND SHOCK Vo.l 27No .32008 声发射检测技术用于滚动轴承故障诊断的研究综述 基金项目:863计划(2006AA04Z438)资助;河北省自然科学基金(E2007000649)资助 收稿日期: 2007-06-25 修改稿收到日期:2007-07-12 第一作者郝如江男,博士生,副教授,1971年生 郝如江1,2 , 卢文秀1 , 褚福磊 1 (1.清华大学精密仪器与机械学系,北京 100084;2.石家庄铁道学院计算机与信息工程分院,石家庄 050043) 摘 要:声发射是材料受力变形产生弹性波的现象,故障滚动轴承在运转过程中会产生声发射。从几个方面综合 阐述了国内外轴承故障声发射检测技术的研究和发展现状,即轴承故障声发射信号的产生机理,故障声发射信号的传播衰减特性,声发射信号的参数分析法和波形分析法对故障特征的描述,轴承故障声发射源的定位问题,根据信号特征进行 故障模式识别以及声发射检测和振动检测的比较问题。通过分析总结出滚动轴承声发射检测技术下一步的研究方向,并指出滚动轴承故障的声发射检测是振动检测的有力补充工具,特别是在轴承低转速和故障早期的检测中更能发挥作用。 关键词:声发射;滚动轴承;故障诊断 中图分类号:TH 113,TG 115 文献标识码:A 滚动轴承是各种旋转机械中最常用的通用零部件之一,也是旋转机械易损件之一。据统计,旋转机械的故障有30%是轴承故障引起的,它的好坏对机器的工 作状况影响极大[1] 。滚动轴承主要损伤形式有:疲劳、 胶合、磨损、烧伤、腐蚀、破损、压痕等[2] 。轴承的缺陷会导致机器剧烈振动和产生噪声,甚至会引起设备的损坏。因此,对重要用途的轴承进行工况检测与故障诊断是非常必要的。 滚动轴承故障的检测诊断技术有很多种,如振动信号检测、润滑油液分析检测、温度检测、声发射检测等。在各种诊断方法中,基于振动信号的诊断技术应用最为广泛,该技术分为简易诊断法和精密诊断法两种。简易诊断利用振动信号波形的各种参数,如幅值、波形因数、波峰因数、概率密度、峭度系数等,以及各种解调技术对轴承进行初步判断以确认是否出现故障;精密诊断则利用各种现代信号处理方法判断在简易诊断中被认为是出现了故障的轴承的故障类别及原因。振动信号检测并非在任何场合都很适用,例如在汽轮机、航空器变速箱及液体火箭发动机等鲁棒性较低的系统中,轴承的早期微弱故障就会导致灾难性的后果,但是早期故障的振动信号很微弱,又容易被周围相对幅度较大的低频环境噪声所淹没,从而无法有效检测出故障的存在[3] 。由于声发射是故障结构本身发出的高频应力波 信号,不易受周围环境噪声的干扰[4] ,因此声发射检测方法在滚动轴承的故障诊断中得到了应用。 1 滚动轴承故障声发射检测机理 111 声发射检测技术原理 材料受到外力或内力作用产生变形或者裂纹扩展 时,以弹性波的形式释放出应变能的现象称为声发射[5] 。用仪器检测、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射检测技术,它是20世纪60年代发展起来的一种动态无损检测新技术,其利用物质内部微粒(包括原子、分子及粒子群)由于相对运动而以弹性波的形式释放应变能的现象来识别和了解物质或结构内部状态。 声发射信号包括突发型和连续型两种。突发型声发射信号由区别于背景噪声的脉冲组成,且在时间上可以分开;连续型声发射信号的单个脉冲不可分辨。实际上,连续型声发射信号也是由大量小的突发型信号组成的,只不过太密集而不能分辨而已。目前对于声发射信号的分析方法主要包括参数分析法和波形分析法。112 滚动轴承故障声发射源问题 滚动轴承在运行不良的情况下,突发型和连续型的声发射信号都有可能产生。轴承各组成部分(内圈、外圈、滚动体以及保持架)接触面间的相对运动、碰摩所产生的赫兹接触应力,以及由于失效、过载等产生的诸如表面裂纹、磨损、压痕、切槽、咬合、润滑不良造成的的表面粗糙、润滑污染颗粒造成的表面硬边以及通过轴承的电流造成的点蚀等故障,都会产生突发型的声发射信号。 连续型声发射信号主要来源于润滑不良(如润滑油膜的失效、润滑脂中污染物的浸入)导致轴承表面产生氧化磨损而产生的全局性故障、过高的温度以及轴承局部故障的多发等,这些因素造成短时间内的大量突发声发射事件,从而产生了连续型声发射信号。 滚动轴承在运行过程中,其故障(不管是表面损伤、裂纹还是磨损故障)会引起接触面的弹性冲击而产生声发射信号,该信号蕴涵了丰富的碰摩信息,因此可利用声发射来监测和诊断滚动轴承故障。与振动方法不同的是,声发射信号的频率范围一般在20kH z 以上,而振动信号频率比较低,因此它不受机械振动和噪声

滚动轴承常见失效形式及原因分析

滚动轴承常见失效形式及原因分析 滚动轴承在使用过程中,由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、电腐蚀、保持架损坏等。 一,疲劳剥落 疲劳有许多类型,对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。滚动轴承套圈各滚动体表面在接触应力的反复作用下,其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象,但形状尺寸很小,点蚀扩展后将形成疲劳剥落。 疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积,使滚动表面呈凹凸不平的鳞状,有尖锐的沟角.通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路.产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面。 轴承疲劳失效的机理很复杂,也出现了多种分析理论,如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等。这些理论

中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象,只能对其中的部分现象作出解释。目前对疲劳失效机理比较统一的观点有: >>>>1、次表面起源型 次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时,滚动表面是以内部(次表面)为起源产生的疲劳剥落。 >>>>2、表面起源型 表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时,滚动表面是以表面为起源产生的疲劳剥落。 >>>>3、工程模型 工程模型认为在一般工作条件下,轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。 疲劳产生的原因错综复杂,影响因素也很多,有与轴承制造有关的因素,如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等;也有与轴承使用有关的因素,如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。具体因素如下:

滚动轴承故障诊断技术

目录 摘要 (3) 第1章绪论 (4) 1.1滚动轴承故障诊断技术的发展现状 (4) 1.2滚动轴承故障诊断技术的发展趋势 (6) 1.3滚动轴承诊断基础 (7) 1.3.1滚动轴承的常见故障形式 (7) 1.3.2滚动轴承的诊断方法 (8) 1.4本课题的研究意义和内容 (9) 第2章滚动轴承振动机理 (11) 2.1滚动轴承的基本参数 (11) 2.1.1滚动轴承的典型结构 (7) 2.1.2滚动轴承的特征频率 (11) 2.1.3滚动轴承的固有频率 (13) 2.2滚动轴承故障诊断常用参数 (14) 2.2.1时间领域有量纲特征参数 (14) 2.2.2时间领域的无量纲特征参数 (15) 2.2.3频率领域的无量纲特征参数 (16) 第3章滚动轴承故障诊断实验系统及实验方案 (17) 3.1滚动轴承故障诊断实验系统 (17) 3.1.1滚动轴承故障实验机械平台 (18) 3.1.2设备的组成: (19) 3.1.3设备的主要参数: (19) 3.1.4实验平台信号采集及故障诊断系统 (21) 3.2实验方案 (23) 3.2.1轴承的故障状态 (23) 3.2.2实验步骤 (23) 第4章实验的操作过程及数据的提取 (25) 4.1装拆轴承 (25)

4.1.1实验前期准备 (25) 4.1.2试机 (25) 4.1.3拆卸并安装轴承 (25) 4.2信号的采集过程 (27) 4.2.1前期准备 (27) 4.2.2数据采集过程 (28) 4.3数据信号的处理过程 (30) 第5章结论 (35) 致谢 (36) 参考文献 (37)

旋转机械故障诊断特征参数的提取 摘要:本文对滚动轴承的故障形式、故障原因、常用诊断方法等诊断基础和滚动轴承故障的振动机理作了研究,并建立了相应的滚动轴承典型故障(外圈损伤、内圈损伤、滚动体损伤)的理论模型,给出了一些滚动轴承故障诊断常用的特征参数。通过对滚动轴承故障振动机理的研究可以帮助我们了解滚动轴承故障的本质和特征。本文对特征参数的提取,理论推导,和过程都进行了详细的阐述,本文所提出的方法不仅仅适用滚动轴承故障的诊断,还可推广适用旋转机械其它故障的诊断。 关键词:滚动轴承;故障诊断;特征参数;分辨指数;识别率 The Extraction on Fault Diagnosis Symptom Parameters of Rotating Machinery ABSTRACT:In the thesis ,the fault types,diagnostic methods and vibration principle of rolling bearing are discussed.the thesis sets up a series of academic models of faulty rolling bearings and lists some symptom parameters which often used in fault diagnosis of rolling bearings . the study of vibration principle of rolling bearings can help us to know the essence and feature of rolling bearings.In this paper, the parameters of the extraction, theoretical analysis, and process are described in detail, the paper by the way not only to the Rolling fault diagnosis, but also promote the application of other rotating machinery fault diagnosis. Keywords:Rolling Bearing; Fault Diagnosis; Symptom Parameter; Distinction Index; Distinction Rate

滚动轴承故障诊断

滚动轴承故障诊断 旋转机械是设备状态监测与故障诊断工作的重点,而旋转机械的故障有相当大比例与滚动轴承有关。滚动轴承是机器的易损件之一,据不完全统计,旋转机械的故障约有30%是因滚动轴承引起的,由此可见滚动轴承故障诊断工作的重要性。 最初的轴承故障诊断是利用听棒,靠听觉来判断。这种方法至今仍在沿用,其中的一部分已改进为电子听诊器,例如用电子听诊器来检查、判断轴承的疲劳损伤。训练有素的人员凭经验能诊断出刚刚发生的疲劳剥落,有时甚至能辨别出损伤的位置,但毕竟影响因素较多,可靠性较差。 继听棒、电子听诊器之后,在滚动轴承的状态监测与故障诊断工作中又引入了各种测振仪,用振动位移、速度和加速度的均方根值或峰值来判断轴承有无故障,这样减少了监测人员对经验的依赖性,提高了监测诊断的准确性,但仍很难在故障初期及时做出诊断。 1966年,全球主要滚动轴承生产商之一,瑞典SKF公司在多年对轴承故障机理研究的基础上发明了用冲击脉冲仪(Shock Pulse Meter)检测轴承损伤,将滚动轴承的故障诊断水平提高了一个档次。之后,几十家公司相继安装了大批传感器用于长期监测轴承的运转情况,在航空飞机上也安装了类似的检测仪器。 1976年,日本新日铁株式会社研制了MCV系列机器检测仪(Machine Checker),可分别在低频、中频和高频段检测轴承的异常信号。同时推出的还有油膜检查仪,利用超声波或高频电流对轴承的润滑状态进行监测,探测油膜是否破裂,发生金属间直接接触。1976-1983年,日本精工公司(NSK)相继研制出了NB 系列轴承监测仪,利用1~15kHz范围内的轴承振动信号测量其RMS值和峰值来检测轴承故障。由于滤除了低频干扰,灵敏度有所提高,其中有些型号的仪器仪表还具有报警、自动停机功能。 随着对滚动轴承的运动学、动力学的深入研究,对于轴承振动信号中的频率成分和轴承零件的几何尺寸及缺陷类型的关系有了比较清楚的了解,加之快速傅里叶变换技术的发展,开创了用频域分析方法来检测和诊断轴承故障的新领域。其中最具代表性的有对钢球共振频率的研究,对轴承圈自由共振频率的研究,对滚动轴承振动和缺陷、尺寸不均匀及磨损之间关系的研究。1969年,H. L. Balderston根据滚动轴承的运动分析得出了滚动轴承的滚动体在内外滚道上的通过频率和滚动体及保持架的旋转频率的计算公式,以上研究奠定了这方面的理论基础。目前已有多种信号分析仪可供滚动轴承的故障诊断,美国恩泰克公司根据滚动轴承振动时域波形的冲击情况推出的“波尖能量”法及相应仪器,对滚动轴承的故障诊断非常有效。还有多种信号分析处理技术用于滚动轴承的状态监测与故障诊断,如频率细化技术、倒频谱、包络线分析等。在信号预处理上也采用了各种滤波技术,如相干滤波、自适应滤波等,提高了诊断灵敏度。 除了利用振动信号对轴承运行状态进行诊断监测外,还发展了其他一些技术,如光纤维监测技术、油污染分析法(光谱测定法、磁性磁屑探测法和铁谱分析法等)、声发射法、电阻法等 简易诊断法确定轴承已经发生故障之后,进一步判定故障的类别和发生部位,以便采取相应对策。 滚动轴承的精密诊断与旋转机械、往复机械等精密诊断一样,主要采用频谱分析法。由于滚动轴承的振动频率成分十分丰富,既含有低频成分,又含有高频成分,而且每一种特定的故障都对应特定的频率成分。进行频谱分析之前需要通过适当的信号处理方法将特定的频率成分分离出来,然后对其进行绝对值处理,最后进行频率分析,以找出信号的特征频率,确定故障的部位和类别。 一、轴承内滚道损伤 轴承内滚道产生损伤时,如:剥落、裂纹、点蚀等(如图1所示),若滚动轴无径向间隙时,会产生频率为nZfi(n=1,2,…)的冲击振动。

滚动轴承的失效形式和原因

滚动轴承的失效形式及其原因 滚动轴承在使用过程中,由于很多原因造成其性能指标达不到使用要求时就产生了失效或损坏.常见的失效形式有疲劳剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、电腐蚀、保持架损坏等。 一,疲劳剥落 疲劳有许多类型,对于滚动轴承来说主要是指接触疲劳。滚动轴承套圈各滚动体表面在接触应力的反复作用下,其滚动表面金属从金属基体呈点状或片状剥落下来的现象称为疲劳剥落。点蚀也是由于材料疲劳引起一种疲劳现象,但形状尺寸很小,点蚀扩展后将形成疲劳剥落。 疲劳剥落的形态特征一般具有一定的深度和面积,使滚动表面呈凹凸不平的鳞状,有尖锐的沟角.通常呈显疲劳扩展特征的海滩装纹路.产生部位主要出现在套圈和滚动体的滚动表面. 轴承疲劳失效的机理很复杂,也出现了多种分析理论,如最大静态剪应力理论、最大动态剪应力理论、切向力理论、表面微小裂纹理论、油膜剥落理论、沟道表面弯曲理论、热应力理论等。这些理论中没有一个理论能够全面解释疲劳的各种现象,只能对其中的部分现象作出解释。目前对疲劳失效机理比较统一的观点有: 1、次表面起源型 次表面起源型认为轴承在滚动接触部位形成油膜的条件下运转时,滚动表面是以部(次表面)为起源产生的疲劳剥落。 2、表面起源型 表面起源型认为轴承在滚动接触部位未形成油膜或在边界润滑状态下运转时,滚动表面是以表面为起源产生的疲劳剥落。 3、工程模型 工程模型认为在一般工作条件下,轴承的疲劳是次表面起源型和表面起源型共同作用的结果。 疲劳产生的原因错综复杂,影响因素也很多,有与轴承制造有关的因素,如产品设计、材料选用、制造工艺和制造质量等;也有与轴承使用有关的因素,如轴承选型、安装、配合、润滑、密封、维护等。具体因素如下: A、制造因素

滚动轴承故障诊断的频谱分析

滚动轴承故障诊断的频谱分析 滚动轴承在机电设备中的应用非常广泛,滚动轴承状态的好坏直接关系到旋转设备的运行状态,因此在实际生产过程中作好滚动轴承的状态监测与故障诊断是搞好设备维修与管理的重要环节。 滚动轴承在其使用过程中表现出很强的规律性,并且重复性强。正常优质轴承在开始使用时振动和噪声均比较小,但频谱有些散乱,幅值比较小。运动一段时间后,振动和噪声保持在一定水平,频谱比较单一,仅出现一,二倍频,极少出现三倍工频以上频谱,轴承状态非常平稳,进入稳定工作期。持续运行后进入使用后期,轴承振动和噪声开始增大,有时出现异音,但振动增大的变化比较缓慢,此时,轴承峭度值开始突然到达一定值。可以认为此时轴承出现了初期故障。这时就要对轴承进行严密监测,密切注意其变化。此后轴承峭度值又开始快速下降,并接近正常值,而振动和噪声开始显著增大,其增大幅度开始加快,其振动超过标准时(ISO2372),其轴承峭度值也开始快速增大,当轴承超过振动标准,峭度值也超过正常值时,可认为轴承已进入晚期故障,需要及时检修设备,更换滚动轴承。 1、滚动轴承故障诊断方式 振动分析是对滚动轴承进行状态监测和故障诊断的常用方法。一般方式为:利用数据采集器在设备现场采集滚动轴承振动信号并储存,传送到计算机,利用振动分析软件进行深入分析,从而得到滚动轴承各种振动参数的准确数值,进而判断这些滚动轴承是否存在故障。采用恩递替公司的Indus3振动测量分析系统进行大中型电机滚动轴承的状态监测和故障诊断,经过近几年实际使用,其效果令人非常满意。要想真实准确反映滚动轴承振动状态,必须注意采集信号的准确真实,因此要在离轴承最近的地方安排测点。 2、滚动轴承正常运行特点与诊断技巧 滚动轴承的运转状态在其使用过程中有一定的规律性,并且重复性非常好。例如,正常优质轴承在开始使用时,振动幅值和噪声均比较小,但频谱有些散乱(图1)这可能是由于制造过程中的一些缺陷,如表面毛刺等所致。运行一段时间后,振动幅值和噪声维持一定水平,频谱非常单一,仅出现一、二倍频。极少出现三倍工频以上频谱(图2),轴承状态非常稳定,进入稳定工作期。继续运行一段时

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