故障诊断滚动轴承读书报告

《机械故障诊断技术》读书报告

滚动轴承诊断案例分析综述Summary of Case Analysis of Rolling Bearing Diagnosis

学院：机械与汽车工程学院

专业：测控技术与仪器

班级：13测控班

姓名：—

学号：13023150

指导教师：郑冬

学年学期：2016— 2017学年第一学期

摘要

随着科技的发展，现代工业的高速发展，工业设备的更新换代。工业正逐步向生产设备大型化、高速化、自动化方向发展，这使得生产率有了大幅度的提高，成本的降低，能源的节约，并且产品质量方面得到了极大的保证。

但是，由于故障所引起的灾难性事故及其所造成的对生命与财产的损失和对环境的破坏等也是很严重的。滚动轴承是机械设备中最常见的零部件，其性能与工况的好坏直接影响到与之相联的转轴以及安装在转轴上的齿轮乃至整个机器设备的性能。因此，研究滚动轴承的失效机理，提出相应的预防和维护措施，对于降低设备的维修费用，延长设备维修周期，提高经济效益，保证设备的长期安全稳定运行，均有现实的意义。

关键词：滚动轴承；故障诊断；监测方法；发展趋势

Abstract

With the developme nt of scie nee and tech no logy, the rapid developme nt of moder n in dustry, in dustrial upgrad ing of equipme nt. The in dustry is gradually to large scale product ion equipme nt, high-speed, automati on developme nt directi on, which makes the productivity has bee n greatly improved, reduced cost, energy saving, and the product quality is ensured.

However, due to the catastrophic accide nt caused by the failure of the cause of the loss of life and property and damage to the en vir onment is very serious. The rolli ng beari ng is the com mon comp onent in the mecha ni cal equipme nt, its performa nee and work ing con diti on directly affects the performa nee of shaft and conn ected and in stalled on the rotary shaft gear the whole machine equipment. Therefore, the failure mechanism of rolli ng beari ng, put forward the corresp onding preve nti on and maintenance measures, to reduce the cost of equipment maintenance, prolong the period of equipment maintenance, improve economic efficiency, ensure the Iong-term safe and stable operation of equipment, has practical sig nifica nee.

Keywords : Rolli ng Beari ng;Fault Diag no sis; Mon itori ng Method; Developme nt Trend

1机械故障诊断

述 .....................................................

(1)

2滚动轴承的故障形

式 ..................................................... (1)

3滚动轴承产生故障的原

因 ..................................................... (2)

4 滚动轴承故障诊断分析方

法 ....................................................... . (2)

5滚动轴承故障诊断案例分

析 ..................................................... . (2)

5.1 123 泵轴承的故障诊断分

析 ....................................................... (3)

5.2 压缩机轴承损

伤...................................................... .. (4)

5.3 风机滚动轴承障....................................................... .. (6)

5.4 煤气排送机障....................................................... (10)

5.5 旋转机械滚动轴承例....................................................... .. (11)

6结论......................................................

(13)

参考献.......................................................

1机械故障诊断概述

随着科学技术的不断发展与进步，工业设备逐渐趋向复杂，外型向大型化不断发展，系统逐渐实现自动化，这使得生产成本大大降低、生产效率不断提高、残品率有所下降、能源损耗相应减少。然而，设备运行过程中由机械故障而引发的事故，将会对人身安全和公司财产造成难以弥补的损失。因此，人们更加重视

大型设备的可靠性和安全性。通过对机械系统运行状态进行监控和诊断，控制相应的机械系统，对损坏性事故进行警告并提供有效的补救措施信息是提升机械系统安全性和可靠性的重要途径。首先，必须正确了解故障设备的相应故障状态和故障位置。其次，信号处理、信息传感和测试计算技术的高速进步使得机械故障诊断成为了可能，从而产生了一门新的学科机械故障诊断。

2滚动轴承的故障形式

滚动轴承在正常情况下，长时间运转也会出现疲劳剥落和磨损。而制造缺陷、对中偏差大、转子不平衡、基础松动、润滑油变质等因素会加速轴承的损坏。滚动轴承的主要故障形式与原因如下：

（1）疲劳剥落

滚动轴承的内外滚道和滚动体交替进入和退出承载区域，这些部件因长时间承受交变载荷的作用，首先从接触表面以下最大交变切应力处产生疲劳裂纹，继而扩展到接触表面在表层产生点状剥落，逐步发展到大片剥落，称之为疲劳剥落。疲劳剥落往往是滚动轴承失效的主要原因，一般所说的轴承寿命就是指轴承的疲劳寿命。

（2）磨损失效

由于滚道和滚动体的相对运动（包括滚动和滑动）和尘埃异物的侵入等都会引起表面磨损，而当润滑不良时更会加剧表面磨损。磨损的结果使滚动轴承游隙增大，表面粗糙度增加，降低了滚动轴承的运转精度，因而也降低了机器的整体运动精度，振动及噪声也随之增大。对于精密机械中所用的滚动轴承，往往就是因为磨损量限制了滚动轴承的寿命。此外，还有一种所谓的微振磨损。当滚动轴承本身不旋转而受到振动时，由于滚动体和滚道接触面间微小的，往复的相对滑动，因而导致微振磨损产生，其结果是在滚道上形成波纹状的磨痕。

（3）塑性变形

在工作负荷果重的情况下，滚动轴承受到过大的冲击载荷或者静载荷，或者因为热变形引起额外的载荷，或者当有高硬度的异物侵入时，都会在滚道表面形成凹痕或者划痕。这将使滚动轴承运转时产生剧烈的振动和噪声。而且，一旦产生上述凹痕，由此所引起的冲击载荷可能还会进一步引起附近表面的剥落。

（4）腐蚀失效

腐蚀也是滚动轴承的常见故障之一。当水分直接侵入滚动轴承时就会引起滚动轴承腐蚀，另一方面，当滚动轴承停止工作时，滚动轴承温度下降达到零点，空气中的水分凝结成水滴吸附在轴承的表面上也会引起腐蚀。此外当滚动轴承内

部有电流通过时，在滚道和滚动体之间的接触点处，电流通过很薄的油膜引起火花，使表面局部熔融，在表面上形成波纹状的凹凸不平。高精度的滚动轴承往往由于表面腐蚀，丧失精度而不能继续工作。

（5）断裂

当载荷超过滚动轴承或者滚动体的强度极限时会引起滚动轴承零件的破裂。

此外，由于磨削加工、热处理或者装配时引起的残余应力、工作时的热应力过大等也

都有可能造成滚动轴承零件的断裂。

（6）胶合

所谓胶合是指一个表面的金属粘附到另一表面的现象。在润滑不良，高速重

载的情况下，由于摩擦发热，滚动轴承零件可能在极短的时间内达到很高的温度，从而导致表面损伤及损坏。

3滚动轴承产生故障的原因

滚动轴承在实际的应用过程当中，由于不同的使用环境和工作条件，滚动轴承会发生如下异常现象：疲劳剥落、裂纹或断裂、压痕、磨损、电流腐蚀、锈蚀和保持架损坏等。以上异常现象引发的原因有：异物坠入造成的损伤、润滑不良造成的损伤、内外环倾斜造成的损伤、保持架受载引起的损伤、异常推力载荷引起的损伤、装配不良造成的损伤、微小真正造成的损伤和电蚀造成的损伤等等。

4滚动轴承故障诊断分析方法

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，表示的是峰值和均方根值之比，适用于点蚀情况下的诊断；概率密度诊断法，通过概率密度曲线进行故障判断，一般作为故障的定性分析；峭度系数诊断法具有与波峰类似的变化趋势，它的优点在于与轴承的转速、尺寸和载荷无关，但缺乏早期报警能力，在故障严重时会失去诊断能力，适用于点蚀故障诊断。

（2）冲击脉冲法（SPM）是在滚动轴承运转中，当滚动体接触到内外道面的缺陷区时会产生低频冲击作用，所产生的冲击脉冲信号会激起SPM专感器的共振，共振波形一般为20 kHz —60 kHz,包含了低频冲击和随机干扰的幅值调制波，

经过窄带滤波器和脉冲形成电路后，得到包含有高频和低频的脉冲序列。但这种固定中心频率和带宽的方法也有其局限性，因为滚动轴承局部损伤故障所激起的结构共振频率并不是固定不变的。在实际使用中，当背景噪声很强或有其他冲击源时，SPM 诊断效果很差，失去了实际意义。

（3）共振解调技术，亦称为包络检波技术。它是对低频（通常是数千Hz以内）的冲击所激起的高频（数十倍于冲击频率的）共振波形进行包络检波和低通滤波，即解调，以获得一个对应于低频冲击的、而又放大并展宽了的共振解调波。共振解调法诊断滚动轴承故障的基本原理可以完整地概述为：当轴承某一元件表

面出现局部损伤时，在受载运行过程中要撞击与其相互作用的其它的元件表面，产生冲击脉冲力，由于冲击脉冲力的频带很宽，必然包含轴承外圈、传感器甚至附加的谐振器（可以是机械式的，也可以是电的）等的固有频率而激起这个测试系统的高频固有振动。根据实际情况，可选择某一高频固有振动作为研究对象，通过中心频率等于轴承外圈或传感器等的谐振频率的带通滤波器对测取的轴承振

动信号进行带通滤波。然后，通过包络检波器进行检波，除去高频衰减振动的频率成分，得到只包含故障特征信息的低频包络信号，对这一包络信号进行频谱分析，在频谱图上即可找出特征频率分量和对应的故障元件。

5滚动轴承故障诊断案例分析

5.1 123泵轴承的故障诊断分析

（1）故障情况

大庆石化公司腈纶厂系统车间有盐水输送泵8台，属离心式双吸泵，功率较

大，是腈纶厂设备中长期运行，重要的生产设备。位号123泵由于长期运行，振动值较大，所以在不影响生产情况下让123泵备用。2004年9月10日，由于生产需要，要求123泵投人生产，在开启运行中，发现其振动值较大，继续运行可能发生事故，于是对其振动进行测量并采集频谱对其进行故障诊断。

（2）故障分析

123泵主要参数见表1-1，123泵测点位置图如图1-1所示。对其现场测量振动值见表1-2所示。通过现场测量数据，发现泵后轴承的轴向振动值超标，振动较大，并且杂声较大。对其进行频谱采集，时域谱和幅值谱图如图1-2、图1-3 所示。

图1-1 123 泵测点位置图