电机滚动轴承的故障分析判断方法

电机滚动轴承的故障分析判断方法轴承在机械中主要是起支撑及减少摩擦的作用，因此轴承的精度、噪声等都直接关系到机械的使用及寿命。

转动轴承在设备中的应用非常广泛，转动轴承状态好坏直接影响旋转设备的运行状态，尤其在连续性大型生产企业，大量应用于大型旋转设备重要部位。

因此实际生产中作好转动轴承状态监测与故障诊断是搞好设备维修与治理的重要环节。

我们经过长期实践与摸索，积累了一些转动轴承实际故障诊断的实用技巧。

本文将主要对转动轴承常见的故障诊断并做出分析。

一、转动轴承故障诊断的方式及要点转动轴承的早期故障是滚子和滚道剥落、凹坑、破裂、腐蚀和杂物嵌进。

产生的原因包括搬运粗心，安装不当、不对中、轴承倾斜、轴承选型不正确、润滑不足或密封失效、负载分歧适以及制造缺陷。

根据经验，对转动轴承进行状态监测和故障诊断的实用方法是振动分析。

振动分析对于转动轴承的诊断是将由加速度传感器获得的加速度信号，经过1kHz的高通滤波器往除低频信号后，对其进行包络处理，将调制信号移至低频，最后进行频谱分析，以便找出信号的特征频率。

根据转动轴承的结构特点、使用条件不同，它所引起的振动是频率在1kHz以上，数千赫乃至数十千赫的高频振动(固有振动)，通常情况下是同时包含了上述两种振动成分。

因此检测转动轴承振动速度和加速度信号时应同时覆盖或分别覆盖上述两个频带，必要时可以采用滤波器取出需要的频率成分。

考虑到转动轴承多用于中小型机械，其结构通常比较轻薄，因此传感器的尺寸和重量都应尽可能地小，以免对被测对象造成影响，改变其振动频率和振幅大小。

转动轴承的振动属于高频振动，对于高频振动的丈量，传感器的固定采用手持式方法显然分歧适，一般也不推荐磁性座固定，建议采用钢制螺栓固定，这样不仅谐振频率高，可以满足要求，而且定点性也好，对于衰减较大的高频振动，可以避免每次丈量的偏差，使数据具有可比性。

实用中需留意选择测点的位置和采集方法。

要想真实正确反映转动轴承振动状态，必须留意采集的信号要正确真实，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处有较好监测效果。

另外必须留意对振动信号进行多次采集和分析、综合进行比较，才能得到正确结论。

1转动轴承故障的频谱和波形特征(1)径向振动在轴承故障特征频率及其低倍频处有波峰，若有多个同类型故障(内滚道、外滚道等)，则在故障特征频率的低倍频处有较大的峰值；(2)内滚道故障特征频率有边带，边带间隔为l倍频的倍数；(3)转动体特征频率处的边带，边带间隔为保持架故障特征频率；(4)在加速度频谱的中高区域若有峰群忽然生出，表明有疲惫故障；(5)径向诊断时域波形有垂直复冲击迹象(有轴向负载时，轴向振动波形与径向相同，或者其波峰系数大于5，表明故障产生了高频冲击现象)。

2转动轴承的故障诊断方法转动轴承的振动信号分析故障诊断方法分为简易诊断和精密诊断两种。

简易诊断的目的是初步判定被列为诊断对象的转动轴承是否出现了故障；精密诊断的目的是要判定在简易诊断中被以为是出现故障轴承的故障种别及原因。

由于转动轴承自身的特点，一旦损坏普通维修很难修复，大多采用更换的维修方式进行处理；而精密诊断的主要作用是理论研究和在特殊场合(例如无配件的情况下)判定设备能够坚持运行的时间，进步设备的使用效率。

所以一般情况我们采用轴承简易诊断方法就可以满足日常设备维护的需要。

下面对轴承的常见故障以及轴承的简易诊断法作重点先容。

二、转动轴承常见故障分析1.滚道声滚道声是由于轴承旋转时转动体在滚道中转动而激发出一种平稳且连续性的噪声，只有当其声压级或声调极大时才引起人们留意。

实在滚道声所激发的声能是有限的，如在正常情况下，优质的6203轴承滚道声为25dB～27dB。

这种噪声以承受径向载荷的单列深沟球轴承为最典型，它有以下特点：(1)噪声、振动具有随机性；(2)振动频率在1kHz以上；(3)不论转速如何变化，噪声主频率几乎不变而声压级则随转速增加而进步；(4)当径向游隙增大时，声压级急剧增加；(5)轴承座刚性增大，总声压级越低，即使转速升高，其总声压级也增加不大；(6)润滑剂粘度越高，声压级越低，但对于脂润滑，其粘度、皂纤维的外形大小均能影响噪声值。

滚道声产生源于受到载荷后的套圈固有振动所致。

由于套圈和转动体的弹性接触构成非线性振动系统。

当润滑或加工精度不高时就会激发与此弹性特征有关的固有振动，传递到空气中则变为噪声。

众所周知，即使是采用了当代最高超的制造技术加工轴承零件，其工作表面总会存在程度不一的微小几何误差，从而使滚道与转动体间产生微小波动激发振动系统固有振动。

尽管它是不可避免的，然而可采取高精度加工零件工作表面，正确选用轴承及精确使用轴承使之降噪减振。

2.落体转动声该噪声一般情况下，都出现在低转速下且承受径向载荷的大型轴承。

当轴承在径向载荷下运转，轴承内分为载荷区与非载荷区，若轴承具有一定径向游隙时，非载荷区的转动体与内滚道不接触，但因离心力的作用则与外圈接触。

因此，在低转速下，当离心力小于转动体自重时，转动体会落下并与内滚道或保持架碰撞且激发轴承的固有振动和噪声，并且有以下特点：(1)脂润滑时易产生，油润滑时不易产生。

当用劣质润滑脂时更易产生；(2)冬季经常发生；(3)对于只作用径向载荷且径向游隙较大时也易产生；(4)在某特定范围内也会产生，且不同尺寸的轴承其速度范围也不同；(5)是断续声；(6)该强迫振动常激发外圈的二阶、三阶弯曲固有振动，从而发出该噪声。

通过采用预载荷方法可有效降低该噪声，减少装机后轴承工作径向游隙，选用良好润滑剂亦能有所改善，有些国外企业采用轻型转动体，如陶瓷滚子或空心滚子等技术措施来防止这种噪声的产生。

3.尖叫声尖叫声是金属间滑动摩擦产生相当剧烈的尖啼声，尽管此时轴承温升不高，对轴承寿命和润滑脂寿命也无多大影响，也不影响旋转，但不动听声令人不安，尤其是承受径向载荷的大型短圆柱滚子轴承常有此噪声，其特点为：(1)轴承径向游隙大时易产生；(2)通常出现在脂润滑中，油润滑则较罕见；(3)随着轴承尺寸增大而减小，且常在某转速范围内出现；(4)冬季时常出现；(5)它的出现是无规则的和不可预知的，且与填脂量及性能、安装运转条件有关。

这种噪声可采用减少轴承径向游隙和采用浅度外圈滚道结构来防止。

4.保持架声在轴承旋转过程中保持架的自由振动以及它与转动体或套圈相撞击就会发出此噪声。

它在各类轴承中都出现，但其声压级不太高且是低频率的。

其特点是：(1)冲压保持架及塑料保持架均可产生；(2)不论是稀油还是脂润滑均会出现；(3)当外圈承受弯矩时最易发生；(4)径向游隙大时轻易出现。

保持架兜孔间隙及保持架与套圈间隙在轴承成品中不可避免的存在，因此彻底消除保持架声十分困难，但可通过减少装配误差，优选公道的间隙和保持架窜动量来改善。

另一种保持架特殊声是由于保持架与其他轴承零件引导面间的摩擦引发保持架的自激振动而发生的喧嚣声。

深沟球轴承的冲压保持架较薄，在径向和轴向平面内的弯曲刚度较低，整体稳定性差，轴承高速旋转时就会因弯曲变形而产生自激振动，引起“蜂叫声”。

当轴承在径向载荷作用下且油脂性能差的情况下，运转初期会听到“咔嚓、咔嚓”的噪声，这主要是由于转动体在离开载荷区后，转动体忽然加速而与保持架相撞发出的噪声，这种撞击声不可避免，但随着运转一段时间后会消失。

防止保持架噪声措施如下：(1)为使保持架公转运动稳定，应尽量采用套圈引导方式并留意给予引导面的充分润滑。

对高速工况下的圆锥滚子轴承结构给予改进，将滚子引导的L型保持架改为套圈挡边引导的Z型保持架；(2)轴承高速旋转时，兜孔间隙大的轴承其保持架振动振幅远大于兜孔间隙小的保持架振动振幅，因此兜孔间隙取值尤为重要；(3)要留意尽量减小径向游隙；(4)尽量进步保持架制造精度，改善保持架表面质量，有利于减小转动体与保持架发生碰撞或摩擦产生的噪声；(5)积极采用先进的清洗技术，对零配件和合套后的产品进行有效彻底的清洗，进步轴承的洁净度。

5.转动体通过振动当轴承在径向载荷作用下运转，其内部只有若干个转动体承受载荷，由于与套圈的弹性接触构成的“弹簧”支承使转动体在通过径向载荷作用线产生了周期性振动，而转轴中心因此会上下垂直移动或做水平方向移动，同时引发噪声。

这类振动称之为转动体通过振动，尤其是在低速运转时表现更为明显。

而其振幅则与轴承类型、径向载荷、径向游隙及转动体数目有关。

通常该振幅较小，若振幅大时才形成危害，因此常采用减小径向游隙或施加适当的预载荷来降低。

三、转动轴承正常运行的特点与实用诊断技巧在长期生产状态监测中发现，转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，是由于制造过程中的一些缺陷，如表面毛刺等所致。

运动―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，进进稳定工作期。

继续运行后进进使用后期，轴承振动和噪声开始增大，有时出现异响，但振动增大的变化较缓慢，轴承峭度值开始忽然达到一定数值。

我们以为，此时轴承即表现为初期故障。

这时就要求对该轴承进行严密监测，密切留意其变化。

此后，轴承峭度值又开始快速下降，并接近正常值，而振动和噪声开始明显增大，其增大幅度开始加快，当振动超过振动标准时(如ISO2372标准)，其轴承峭度值也开始快速增大，立即超过振动标准，又超过峭度正常值(可参照峭度相对标准)时，我们以为轴承已进进晚期故障阶段，需及时检验设备，更换转动轴承。

轴承表现出晚期故障特征到出现严重故障(一般为轴承损坏如抱轴、烧伤、沙架散裂、滚道、珠粒磨损等)时间大都不超过一周，设备容量越大，转速越快，其间隔时间越短。

因此，在实际转动轴承故障诊断中，一旦发现晚期故障特征，应果断判定轴承存在故障，尽快安排检验。

转动轴承简易诊断法：(1)振幅值诊断法这里所说的振幅值指峰值XP、均匀值X(对于转动轴承来讲，应是加1K高通后测得的值)。

峰值反映的是某时刻振幅的最大值，因而它使用像表面点蚀损伤之类的具有瞬时冲击的故障。

另外，对于转速较低的情况(如300rpm以下)，也常采用峰值进行诊断。

从参数的选取上来讲，一般的检测仪器的峰值丈量都采用加速度峰值。

均值是对时间均匀的，它的诊断效果与峰值基本一样，其优点是丈量值比较稳定；因而它适用于像缺油、磨损之类的振幅随时间缓慢变化的故障诊断。

一般用于转速较高的情况，参数一般都选择加速度均值。

(2)波形指标诊断法波形指标定义为峰值与均值之比(XP/X)。

该值用于转动轴承简易诊断的有效指标之一。

当XP/X过大时，表明转动轴承发生了磨损。

(3)峰值指标诊断法峰值指标定义为峰值与均方根值之比(XP/Xrms)。