峭度系数诊断法诊断滚动轴承故障

峭度系数诊断法诊断滚动轴承故障机械1202 3120301052 马也摘要：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。

据统计，在使用轴承的旋转机械中，大约有30％的故障都是由于轴承引起的。

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。

滚动轴承的振动诊断方法有：振动信号简易诊断法,美国恩泰克公司开发的g/SE诊断法等。

还有其他诊断方法，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，重点研究傅里叶变换。

关键词：滚动轴承；故障；振动；诊断Kurtosis coefficient of diagnosis method in the diagnosisof rolling bearing faultAbstract.Rolling bearing is the mechanical equipment is the most common parts, its p erformance and modes of the direct influence on the shaft and the associated with the ge ar axis installed in the whole machine equipment performance. According to statistics, in t he use of rotating machine, bearing about 30% of the fault is due to bearing cause. There fore, the study of rolling bearings failure mechanism and corresponding preventive and m aintenance measures, for reducing the equipment of the cost of maintenance of the equip ment, prolong maintenance cycle, to improve the economic benefit and guarantee the saf e and stable operation of the equipment's long-term, all have realistic significance. Vibrati on of rolling bearings diagnosis methods are: vibration signal simple diagnostics, America n grace tektronix company developed the g/SE diagnostics, etc. There are other diagnost ic methods, such as optical fiber monitoring technology, oil pollution process (spectrometr ic method, magnetic crumbs detection method and iron spectral analysis, etc.), acoustic emission method, resistance method, key research Fourier transformation.Key words：Bearing；vibration；fault；diagnosis0 引言：机械故障诊断过程本质上是一个故障模式识别的过程[1]，针对某一个具体的机械故障诊断问题，选择不同的模式识别方法，其分类精度和准确性可能会有较大的差异[2,3]。

对于不同类型的故障以及故障在不同机械上的存在，我们应该选择合适的方法对其进行诊断，以保证高的分类精度和准确性。

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。

据统计，在使用轴承的旋转机械中，大约有30％的故障都是由于轴承引起的。

滚动轴承的失效形式大概可以分为几类，第一类是滚动轴承的疲劳失效，滚动轴承在商接触应力的作用下，通过多次应力循环后，在套圈或滚动体工作表面的局部区域产生小片或小块金属剥落，形成麻点或凹坑，从而引起振动，噪声增大，磨损加剧，导致不能正常工作的现象称为接触疲劳失效，是滚动轴承失效的主要形式。

由于材质、工作条件、润滑环境等不同，接触疲劳失效分为麻点剥落、浅层剥落、硬化层剥落。

滚动轴承的疲劳失效损伤结果是：使滚动体或滚幼表面产生剥落坑，并向大片剥落发展导致轴承失效。

第二类是滚动轴承的胶合失效，高速重载、润滑严重不足、滚子与套圈滚道或挡边产生严重滑动、轴承游隙过小摩擦力增大、滚子与保持架兜孔间隙过小或卡紧等现象都会造成金属间的直接接触产生固相焊合。

当汉和强度大于接触零件任一基本强度，使剪切力高于焊合强度，在接触一方或二方的金属深处产生的局部破坏称为胶合。

第三类是滚动轴承的磨损失效，轴承在工作过程中由于滚动体与内外滚道间的滚动和滑动运动，保持架与引导面间的滑动运动，引起轴承工作表面金属不断损失的现象叫做轴承的磨损。

由于轴承工作表面不断磨损使轴承零件产生尺寸和形状的变化导致轴承配合间隙增大，工作表面形貌变坏而丧失旋转精度，由此引起工作温度升高、振动、噪声、摩擦力矩增大等，致使轴承不能正常工作的现象称为磨损失效。

磨损失效与材料性质、粗糙度、润滑状态、接触应力、相对滑动率、表面摩擦系数、速度、温度及环境介质等有着密切联系。

滚动轴承的磨攒失效损伤结果是：损伤轴承，降低轴承运转周期。

第四类是滚动轴承的烧伤失效，滚动轴承的烧伤失效。

第五类是滚动轴承的腐蚀失效，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。

滚动轴承的腐蚀失效损伤结果是：表面由于电流、化学和机械作用产生损伤，丧失精度面不能继续工作。

第六类是滚动轴承的破损失效，过高的载荷会可能引起轴承零件产生裂纹或断裂。

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。

滚动轴承的破损失效结果是：导致产生裂纹，断裂，使轴承失效。

第七类是滚动轴承的压痕失效，由于滚动轴承承受的静载荷过大，冲击载荷过大，异物进入引起轴承的压痕失效，装配不当，滚道承受载荷不均匀也是引起滚动轴承压痕失效的主要原因。

滚动轴承的压痕失效损伤结果是：导致表面凹凸不平，降低使用寿命，。

图1是滚动轴承的示意图。

滚动轴承在发生表面剥落、裂纹、压痕等滚动面局部损伤时，会产生冲击振动。

这种振动从性质上可分成两类：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“通过振动”，其发生周期可从转速和零件的尺寸求得。

例如，在轴承零件的圆周上发生了一处剥落时，由于冲击振动所产生的相应频率称为“通过频率”，我们通常也叫“故障频率”，因剥落的位置不同而不同，表1给出了求取这种通过频率的相应公式。

其中Fz为轴转动频率，D为轴承节圆直径，d为滚动体直径，α为接触角，Z为滚动体数目。

本文将采用峭度系数诊断法诊断滚动轴承机械故障，旨在通过此方法准确、可靠地达到对滚动轴承故障的诊断和预防的目标，并且能够在准确诊断滚动轴承故障的基础上进行相应的处理，以消除故障从而保证其在一定的工作期限内可靠、有效地实现其功能。

1滚动轴承的基本参数1.1.1滚动轴承的典型结构图2标准滚动轴承图滚动轴承的典型结构如图2.1所示，它由内圈，外圈，滚动体和保持架四部分组成。

滚动轴承的几何参数主要有:滚动轴承节径D 、滚动体直径d 、内圈滚道半径r 1、外圈滚道半径r2、接触角α、滚动体个数Z 。

1.1.2滚动轴承的特征频率为分析滚动轴承各部分的运动参数，先做如下假设: (1)滚道与滚动体之间无相对滑动; (2)承受径向,轴向载荷时各部分无变形; (3)滚动轴承外圈固定，内圈(即轴)的旋转频率为fs;则滚动轴承工作时各点的转动速度如下:内圈滚道上一点的速度为:()αππcos 211d D f fr Vss-== （2-1）外圈滚道上一点的速度为:00=V（2-2）保持架上一点的速度为:()D fV V V cc π=+=0121（2-3）由此可得保持架的旋转频率(即滚动体的公转频率)为:()fV V fscD d D⎪⎭⎫ ⎝⎛-=+=απcos 121201（2-4）从固定在保持架上的动坐标系来看，滚动体与内圈作无滑动滚动，它的回转频率之比与r d12成反比: []⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=-==ααcos 1cos 21D d d D d D dr fF sb由此可得滚动体自转频率(滚动体通过内滚道或外滚道的频率)fb:⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-=α22cos 12D d dD fFs b（2-5） 同时考虑到滚动轴承有Z 个滚动体，则:(1)Z 个滚动体与外圈滚道上某一固定点的接触频率f为:fffscD d Z Z⎪⎭⎫ ⎝⎛-==αcos 1210（2-6）(2)Z 个滚动体与内圈滚道上某一固定点的接触频率fi为:()f fffscsiD d Z Z⎪⎭⎫⎝⎛+=-=αcos 121 （2-7）(3)Z 个滚动体上某一固定点与外圈或者内圈滚道的接触频率fb为:⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-=α22cos 1*21D d dDffs b （2-8） f，fi，fb分别为外圈、内圈和滚动体的通过频率.当“某一固定点”是局部损伤点(如点蚀点、剥落点等)时，f、fi和fb分别成为局部损伤点撞击滚动轴承元件的频率，因此f、fi和fb又分别称为外圈、内圈和滚动体的故障特征频率.1.1.3滚动轴承的固有频率滚动轴承在运行过程中，由于滚动体与内圈或外圈冲击而产生振动，这时的振动频率为滚动轴承各部分的固有频率。

固有振动中，内、外圈的振动表现最明显，滚动轴承元件的固有振动频率如下:1)轴承圈在自由状态下的径向弯曲振动的固有频率为:()AEIgDn n n fnλπ2224*121+-=（2-9） 式中E --弹性模量，钢材为210GPa; I--套圈横截面的惯性矩mm 4;γ --密度 ， 钢材为786x10-6kg/mm 3;A--套圈横截面积，A =bh ，mm 2;D --套圈横截面中性轴直径，mm; g --重力加速度，9=9800mm/s 2。