轴承故障诊断 PPT
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• 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。
滚动轴承故障诊断
在发生表面剥落等故障时，会产生下图所示的冲击振动， 这种振动从性质上可分成两类：
滚动轴承故障的主要形式
• 1.疲劳剥落 滚动轴承的内外滚道和滚动体表面既承受载荷又相对滚动， 由于交变载荷的作用，首先在表面下一定深度处（最大剪 应力处）形成裂纹，继而扩展到接触表面使表层发生剥落 坑，最后发展到大片剥落，这种现象就是疲劳剥落。疲劳 剥落会造成运转时的冲击载荷、振动和噪声加剧。
• 2.磨损 由于尘埃、异物的侵入，滚道和滚动体相对运动时会引起 表面磨损，润滑不良也会加剧磨损，磨损的结果使轴承游 隙增大，表面粗糙度增加，降低了轴承运转精度，因而也 降低了机器的运动精度，振动及噪声也随之增大。对于精 密机械轴承，往往是磨损量限制了轴承的寿命。
• 外环故障频率：
•
BPFOr≌0.4Nz
• 内环故障频率：
•
BPFIr≌0.6Nz
• 保持架故障频率：
•
FTFr≌0.4N
• 以上符号：
– z=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.
• 第二类是固有振动。根据频带不同，在轴承故障诊断中可 利用的固有振动有三种：
–（1）轴承外圈一阶径向固有振动，其频带在（1-8 ） kHz范围类。如离心泵、风机、轴承试验机这类简单机 械的滚动轴承故障诊断中，这是一种方便的诊断信息。
–（2）轴承其他元件的固有振动。其频带在（20-60） kHz范围内，能避开流体动力噪声，信噪比高。
–（3）加速度传感器的一节固有频率，合理利用加速度 传感器（安装）系统的一节谐振频率作为监测频带，常 在轴承故障信号提取中受到良好效果，其频率范围通常 选择在10kHz左右。
滚动轴承故障频率计算汇总
• 滚动轴承保持架故障频率：
•
FTF=(N/2)［1-（d/D）Cosα]
• 滚动轴承滚动体旋转故障频率：
•
BSF=(N/2)(D/d){1-[(d/D)Cosα ］²}
DR
• 滚动轴承外环故障频率：
•
BPFO=(N/2)z[1-(d/D)Cosα]
m
• 滚动轴承内环故障频率：
• 由于各种固有频率只取决于元件的材料、形状和质量，与 转速无关，一旦轴承元件出现疲劳剥落就会出现瞬态冲击， 从而激发起各种固有振动，所以利用这些固有振动当中的 某一种是否出现，即可诊断有否疲劳剥落。
轴承外环故障特征频谱
× 1
× 2
× 3
× 4
轴承外环故障及转子不平衡时特征频谱
轴频f
× 1
× 2
•
BPFI=(N/2)z[1+(d/D)Cosα ］
• 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)
– α=径向方向接触角
– z=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
2V1=V2
(1)
V1=2πf1*D/2
(2)
V2= 2πfr*(D-dcosα)/2 (3) (2),(3)代入(1)式：
2f1D=fr(D-dcosα)
(4)
当外圈有缺陷时：
fo=f1z= fr(1-d/Dcosα )z/2 当内圈有缺陷时：
fe=(fr-f1)z
= fr(1+d/Dcosα )z/2
• 7.保持架损坏 由于装配或使用不当可能会引起保持架发生变形，增加 它与滚动体之间的摩擦，甚至使某些滚动体卡死不能滚 动，也有可能造成保持架与内外圈发生摩擦等。这一损 伤会进一步使振动、噪声与发热加剧，导致轴承损坏。
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）。
• 5.断裂 过高的载荷会可能引起轴承零件断裂。磨削、热处理和 装配不当都会引起残余应力，工作时热应力过大也会引 起轴承零件断裂。另外，装配方法、装配工艺不当，也 可能造成轴承套圈挡边和滚子倒角处掉块。 6.胶合 在润滑不良、高速重载情况下工作时，由于摩擦发热， 轴承零件可以在极短时间内达到很高的温度，导致表面 烧伤及胶合。所谓胶合是指一个零部件表面上的金属粘 附到另一个零件部件表面上的现象。
× 3
× 4
ffff ffff
轴承内环故障特征频谱
轴频f 1f
× 1
× 2
2f
× 3
× 4
பைடு நூலகம்
ffff f f f f f f f f
轴承滚动体故障特征频谱
f 为保持架故障频率
× 2
× 4
1f
2f
× 6
× 8
ffff f f f f f f f f f f f f
第一类是由于轴承元件的缺陷，滚动体依次滚过工作 面缺陷受到反复冲击而产生的低频脉动，称为轴承的 “通过频率”，其发生周期可以从转速和零件的尺寸 求得。
滚动轴承故障的特征频率
假设：滚动体为纯滚动 f1：滚动体公转频率 d
D fr
V1
V2 内圈：fe=fr(1+d/Dcosα )z/2 外圈：fo=fr(1-d/Dcosα )z/2 滚动体： fg=fr(1-d2/D2 cos2α )D/d/2
• 3.塑性变形 当轴承受到过大的冲击载荷或静载荷时，或因热变形引起 额外的载荷，或有硬度很高的异物侵入时都会在滚道表面 上形成凹痕或划痕。这将使轴承在运转过程中产生剧烈的 振动和噪声。而且一旦有了压痕，压痕引起的冲击载荷会 进一步引起附近表面的剥落。
• 4.锈蚀 锈蚀是滚动轴承最严重的问题之一，高精度轴承可能会由 于表面锈蚀导致精度丧失而不能继续工作。水分或酸、碱 性物质直接侵人会引起轴承锈蚀。当轴承停止工作后，轴 承温度下降达到露点，空气中水分凝结成水滴附在轴承表 面上也会引起锈蚀。此外，当轴承内部有电流通过时，电 流有可能通过滚道和滚动体上的接触点处，很薄的油膜引 起电火花而产生电蚀，在表面上形成搓板状的凹凸不平。
滚动轴承故障诊断
在发生表面剥落等故障时，会产生下图所示的冲击振动， 这种振动从性质上可分成两类：
滚动轴承故障的主要形式
• 1.疲劳剥落 滚动轴承的内外滚道和滚动体表面既承受载荷又相对滚动， 由于交变载荷的作用，首先在表面下一定深度处（最大剪 应力处）形成裂纹，继而扩展到接触表面使表层发生剥落 坑，最后发展到大片剥落，这种现象就是疲劳剥落。疲劳 剥落会造成运转时的冲击载荷、振动和噪声加剧。
• 2.磨损 由于尘埃、异物的侵入，滚道和滚动体相对运动时会引起 表面磨损，润滑不良也会加剧磨损，磨损的结果使轴承游 隙增大，表面粗糙度增加，降低了轴承运转精度，因而也 降低了机器的运动精度，振动及噪声也随之增大。对于精 密机械轴承，往往是磨损量限制了轴承的寿命。
• 外环故障频率：
•
BPFOr≌0.4Nz
• 内环故障频率：
•
BPFIr≌0.6Nz
• 保持架故障频率：
•
FTFr≌0.4N
• 以上符号：
– z=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.
• 第二类是固有振动。根据频带不同，在轴承故障诊断中可 利用的固有振动有三种：
–（1）轴承外圈一阶径向固有振动，其频带在（1-8 ） kHz范围类。如离心泵、风机、轴承试验机这类简单机 械的滚动轴承故障诊断中，这是一种方便的诊断信息。
–（2）轴承其他元件的固有振动。其频带在（20-60） kHz范围内，能避开流体动力噪声，信噪比高。
–（3）加速度传感器的一节固有频率，合理利用加速度 传感器（安装）系统的一节谐振频率作为监测频带，常 在轴承故障信号提取中受到良好效果，其频率范围通常 选择在10kHz左右。
滚动轴承故障频率计算汇总
• 滚动轴承保持架故障频率：
•
FTF=(N/2)［1-（d/D）Cosα]
• 滚动轴承滚动体旋转故障频率：
•
BSF=(N/2)(D/d){1-[(d/D)Cosα ］²}
DR
• 滚动轴承外环故障频率：
•
BPFO=(N/2)z[1-(d/D)Cosα]
m
• 滚动轴承内环故障频率：
• 由于各种固有频率只取决于元件的材料、形状和质量，与 转速无关，一旦轴承元件出现疲劳剥落就会出现瞬态冲击， 从而激发起各种固有振动，所以利用这些固有振动当中的 某一种是否出现，即可诊断有否疲劳剥落。
轴承外环故障特征频谱
× 1
× 2
× 3
× 4
轴承外环故障及转子不平衡时特征频谱
轴频f
× 1
× 2
•
BPFI=(N/2)z[1+(d/D)Cosα ］
• 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)
– α=径向方向接触角
– z=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
2V1=V2
(1)
V1=2πf1*D/2
(2)
V2= 2πfr*(D-dcosα)/2 (3) (2),(3)代入(1)式：
2f1D=fr(D-dcosα)
(4)
当外圈有缺陷时：
fo=f1z= fr(1-d/Dcosα )z/2 当内圈有缺陷时：
fe=(fr-f1)z
= fr(1+d/Dcosα )z/2
• 7.保持架损坏 由于装配或使用不当可能会引起保持架发生变形，增加 它与滚动体之间的摩擦，甚至使某些滚动体卡死不能滚 动，也有可能造成保持架与内外圈发生摩擦等。这一损 伤会进一步使振动、噪声与发热加剧，导致轴承损坏。
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）。
• 5.断裂 过高的载荷会可能引起轴承零件断裂。磨削、热处理和 装配不当都会引起残余应力，工作时热应力过大也会引 起轴承零件断裂。另外，装配方法、装配工艺不当，也 可能造成轴承套圈挡边和滚子倒角处掉块。 6.胶合 在润滑不良、高速重载情况下工作时，由于摩擦发热， 轴承零件可以在极短时间内达到很高的温度，导致表面 烧伤及胶合。所谓胶合是指一个零部件表面上的金属粘 附到另一个零件部件表面上的现象。
× 3
× 4
ffff ffff
轴承内环故障特征频谱
轴频f 1f
× 1
× 2
2f
× 3
× 4
பைடு நூலகம்
ffff f f f f f f f f
轴承滚动体故障特征频谱
f 为保持架故障频率
× 2
× 4
1f
2f
× 6
× 8
ffff f f f f f f f f f f f f
第一类是由于轴承元件的缺陷，滚动体依次滚过工作 面缺陷受到反复冲击而产生的低频脉动，称为轴承的 “通过频率”，其发生周期可以从转速和零件的尺寸 求得。
滚动轴承故障的特征频率
假设：滚动体为纯滚动 f1：滚动体公转频率 d
D fr
V1
V2 内圈：fe=fr(1+d/Dcosα )z/2 外圈：fo=fr(1-d/Dcosα )z/2 滚动体： fg=fr(1-d2/D2 cos2α )D/d/2
• 3.塑性变形 当轴承受到过大的冲击载荷或静载荷时，或因热变形引起 额外的载荷，或有硬度很高的异物侵入时都会在滚道表面 上形成凹痕或划痕。这将使轴承在运转过程中产生剧烈的 振动和噪声。而且一旦有了压痕，压痕引起的冲击载荷会 进一步引起附近表面的剥落。
• 4.锈蚀 锈蚀是滚动轴承最严重的问题之一，高精度轴承可能会由 于表面锈蚀导致精度丧失而不能继续工作。水分或酸、碱 性物质直接侵人会引起轴承锈蚀。当轴承停止工作后，轴 承温度下降达到露点，空气中水分凝结成水滴附在轴承表 面上也会引起锈蚀。此外，当轴承内部有电流通过时，电 流有可能通过滚道和滚动体上的接触点处，很薄的油膜引 起电火花而产生电蚀，在表面上形成搓板状的凹凸不平。