軸承故障分析五大方法及診斷小技巧
2025-05-211 異常旋轉(zhuǎn)音分析診斷
異常旋轉(zhuǎn)音檢測分析是采用聽診法對軸承工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測的分析方法。常用工具是木柄長螺釘旋具,，也可以使用外徑為20mm左右的硬塑料管,。相對而言，使用電子聽診器進(jìn)行監(jiān)測,，更有利于提高監(jiān)測的可靠性,。軸承處于正常工作狀態(tài)時，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),、輕快,，無停滯現(xiàn)象,，發(fā)生的聲響和諧而無雜音，可聽到均勻而連續(xù)的“嘩嘩”聲,，或者較低的“轟轟”聲,。異常聲響所反映的軸承故障如下。
（1）軸承發(fā)出均勻而連續(xù)的“咝咝”聲,，這種聲音由滾動體在內(nèi)外圈中旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生,，包含有與轉(zhuǎn)速無關(guān)的不規(guī)則的金屬振動聲響。一般表現(xiàn)為軸承內(nèi)加脂量不足,，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充,。若設(shè)備停機(jī)時間過長，特別是在冬季的低溫情況下,，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有時會發(fā)出“咝咝沙沙”的聲音,，這與軸承徑向間隙變小、潤滑脂工作針入度變小有關(guān),。應(yīng)適當(dāng)調(diào)整軸承間隙,，更換針入度大一點(diǎn)的新潤滑脂。
（2）軸承在連續(xù)的“嘩嘩”聲中發(fā)出均勻的周期性“嗬羅”聲,，這種聲音是由于滾動體和內(nèi)外圈滾道出現(xiàn)傷痕,、溝槽、銹蝕斑而引起的,。聲響的周期與軸承的轉(zhuǎn)速成正比,。應(yīng)對軸承進(jìn)行更換,。
（3）軸承發(fā)出不規(guī)律,、不均勻的“嚓嚓”聲，這種聲音是由于軸承內(nèi)落入鐵屑,、砂粒等雜質(zhì)而引起的,。聲響強(qiáng)度較小，與轉(zhuǎn)數(shù)沒有聯(lián)系,。應(yīng)對軸承進(jìn)行清洗,，重新加脂或換油。
（4）軸承發(fā)出連續(xù)而不規(guī)則的“沙沙”聲,，這種聲音一般與軸承的內(nèi)圈與軸配合過松或者外圈與軸承孔配合過松有關(guān)系,。聲響強(qiáng)度較大時，應(yīng)對軸承的配合關(guān)系進(jìn)行檢查,，發(fā)現(xiàn)問題及時修理,。
2 振動信號分析診斷
軸承振動對軸承的損傷很敏感，例如剝落,、壓痕,、銹蝕,、裂紋、磨損等都會在軸承及振動測量中反映出來,。所以,，通過采用特殊的軸承振動測量器（頻率分析器等）可測量出振動的大小，通過頻率分布可推斷出異常的具體情況,。測得的數(shù)值因軸承的使用條件或傳感器安裝位置等而不同,，因此需要事先對每臺機(jī)器的測量值進(jìn)行分析比較后確定判斷標(biāo)準(zhǔn)。
滾動軸承故障的檢測診斷技術(shù)有很多種,，如振動信號檢測,、潤滑油液分析檢測、溫度檢測,、聲發(fā)射檢測等,。在各種診斷方法中，基于振動信號的診斷技術(shù)應(yīng)用最為廣泛,，該技術(shù)分為簡易診斷法和精密診斷法兩種,。
簡易診斷利用振動信號波形的各種參數(shù)，如幅值,、波形因數(shù),、波峰因數(shù)、概率密度,、峭度系數(shù)等,，以及各種解調(diào)技術(shù)對軸承進(jìn)行初步判斷以確認(rèn)是否出現(xiàn)故障；精密診斷則利用各種現(xiàn)代信號處理方法判斷在簡易診斷中被認(rèn)為是出現(xiàn)了故障的軸承的故障類別及原因,。
2.1 簡易診斷法
在利用振動對滾動軸承進(jìn)行簡易診斷的過程中,，通常是要測得的振值（峰值、有效值等）與預(yù)先給定的某種判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較,，根據(jù)實測的振值是否超出了標(biāo)準(zhǔn)給出的界限來判斷軸承是否出現(xiàn)了故障,，以決定是否需要進(jìn)一步進(jìn)行精密診斷。
用于滾動軸承簡易診斷的判斷標(biāo)準(zhǔn)可大致分為三種：
（1）絕對判定標(biāo)準(zhǔn)：是用于判斷實測振值是否超限的絕對量值,；
（2）相對判定標(biāo)準(zhǔn)：是對軸承的同一部位定期進(jìn)行振動檢測,，并按時間先后進(jìn)行比較，以軸承無故障的情況下的振值為標(biāo)準(zhǔn),，根據(jù)實測振值與該基準(zhǔn)振值之比來進(jìn)行診斷的標(biāo)準(zhǔn),；
（3）類比判定標(biāo)準(zhǔn)：是把若干同一型號的軸承在相同的條件下在同一部位進(jìn)行振動檢測，并將振值相互比較進(jìn)行判斷的標(biāo)準(zhǔn),。
絕對判定標(biāo)準(zhǔn)是在規(guī)定的檢測方法的基礎(chǔ)上制定的標(biāo)準(zhǔn),，因此必須注意其適用頻率范圍，并且必須按規(guī)定的方法進(jìn)行振動檢測。適用于所有軸承的絕對判定標(biāo)準(zhǔn)是不存在的,，因此一般都是兼用絕對判定標(biāo)準(zhǔn),、相對判定標(biāo)準(zhǔn)和類比判定標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能獲得準(zhǔn)確,、可靠的診斷結(jié)果,。
簡易診斷主要有以下幾種方法：
（1）振幅值診斷法。
這里所說的振幅值指峰值XP,、均值X（對于簡諧振動為半個周期內(nèi)的平均值,，對于軸承沖擊振動為絕對值處理后的平均值）以及均方根值（有效值）Xrms。
這是一種最簡單,、最常用的診斷法,，它是通過將實測的振幅值與判定標(biāo)準(zhǔn)中給定的值進(jìn)行比較來診斷的。
峰值反映的是某時刻振幅的最大值,，因而它適用于像表面點(diǎn)蝕損傷之類的具有瞬時沖擊的故障診斷,。
均值用于診斷的效果與峰值基本一樣，其優(yōu)點(diǎn)是檢測值較峰值穩(wěn)定,，但一般用于轉(zhuǎn)速較高的情況（如300r/min以上）,。
均方根值是對時間平均的，因而它適用于像磨損之類的振幅值隨時間緩慢變化的故障診斷,。
（2）概率密度診斷法,。
無故障滾動軸承振幅的概率密度曲線是典型的正態(tài)分布曲線；而一旦出現(xiàn)故障,，則概率密度曲線可能出現(xiàn)偏斜或分散的現(xiàn)象,。
（3）峭度系數(shù)診斷法。
振幅滿足正態(tài)分布規(guī)律的無故障軸承,，其峭度值約為3,。隨著故障的出現(xiàn)和發(fā)展 ，峭度值具有與波峰因數(shù)類似的變化趨勢,。此方法的優(yōu)點(diǎn)在于與軸承的轉(zhuǎn)速,、尺寸和載荷無關(guān),，主要適用于點(diǎn)蝕類故障的診斷,。
（4）波形因數(shù)診斷法。
波形因數(shù)定義為峰值與均值之比（XP/X）,。該值也是用于滾動軸承簡易診斷的有效指標(biāo)之一,。
（5）波峰因數(shù)診斷法。
波峰因數(shù)定義為峰值與均方根值之比（XP/Xrms）,。該值用于滾動軸承簡易診斷的優(yōu)點(diǎn)在于它不受軸承尺寸,、轉(zhuǎn)速及載荷的影響，也不受傳感器、放大器等一,、二次儀表靈敏度變化的影響,。該值適用于點(diǎn)蝕類故障的診斷。通過對XP/Xrms值隨時間變化趨勢的監(jiān)測,，可以有效地對滾動軸承故障進(jìn)行早期預(yù)報,，并能反映故障的發(fā)展變化趨勢。
當(dāng)滾動軸承無故障時,，XP/Xrms,，為一較小的穩(wěn)定值；當(dāng)軸承出現(xiàn)了損傷時,，則會產(chǎn)生沖擊信號,，振動峰值明顯增大，但此時均方根值尚無明顯的增大,，故XP/Xrms增大,；當(dāng)故障不斷擴(kuò)展，峰值逐步達(dá)到極限值后,，均方根值則開始增大,，XP/Xrms逐步減小，直至恢復(fù)到無故障時的大小,。
2.2 精密診斷法
滾動軸承的振動頻率成分十分豐富,，既含有低頻成分，又含有高頻成分,，而且每一種特定的故障都對應(yīng)有特定的頻率成分,。精密診斷的任務(wù)，就是要通過適當(dāng)?shù)男盘柼幚矸椒▽⑻囟ǖ念l率成分分離出來,，從而指示特定故障的存在,。常用的精密診斷有下面幾種。
（1）低頻信號分析法
低頻信號是指頻率低于8kHz的振動,。一般測量滾動軸承振動時都采用加速度傳感器,，但對低頻信號都分析振動速度。因此,，加速度信號要經(jīng)過電荷放大器后由積分器轉(zhuǎn)換速度信號,，然后再經(jīng)過上限截止頻率為8kHz的低通濾波器去除高頻信號，最后對其進(jìn)行頻率成分分析,，以找到信號的特征頻率,，進(jìn)行診斷。
（2）中,、高頻信號解調(diào)分析法
中頻信號的頻率范圍為8kHz-20kHz,，高頻信號的頻率范圍為20kHz-80kHz。由于對中、高頻信號可直接分析加速度,，傳感器信號經(jīng)過電荷放大器后,，直接通過高通濾波器去除低頻信號，然后對其進(jìn)行解調(diào),，最后進(jìn)行頻率分析,，以找出信號的特征頻率。
3 軸承的溫度分析診斷
軸承的溫度,，一般有軸承室外面的溫度就可推測出來,，如果利用油孔能直接測量軸承外圈溫度，則更為合適,。通常,，軸承的溫度隨著軸承運(yùn)轉(zhuǎn)開始慢慢上升，1-2小時后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),。軸承的正常溫度因機(jī)器的熱容量,、散熱量、轉(zhuǎn)速及負(fù)載而不同,。如果潤滑,、安裝不合適，則軸承溫都會急驟上升,，會出現(xiàn)異常高溫,，這時必須停止運(yùn)轉(zhuǎn)，采取必要的防范措施,。
用高溫經(jīng)常表示軸承已處于異常情況,。高溫也有害于軸承潤滑劑。有時軸承過熱可歸諸于軸承的潤滑劑,。若軸承在超過125℃的溫度長期連轉(zhuǎn)會降低軸承壽命,。引起高溫軸承的原因包括：潤滑不足或過分潤滑、潤滑劑內(nèi)含有雜質(zhì),、負(fù)載過大,、軸承損壞、間隙不足及油封產(chǎn)生的高摩擦等等,。
因此,，連續(xù)性的監(jiān)測軸承溫度是有必要的，無論是量測軸承本身或其它重要的零件,。如果是在運(yùn)轉(zhuǎn)條件不變的情況下,，任何的溫度改變可表示已發(fā)生故障。軸承溫度的定期量測可藉助于溫度計,，例如SKF數(shù)字型溫度計，可精確地測軸承溫度并依℃或華氏溫度定單位顯示。重要性的軸承,，意味著當(dāng)其損壞時,，會造成設(shè)備的停機(jī)，因此這類軸承最好應(yīng)加裝溫度探測器,。正常情況下,，軸承在剛潤滑或再潤滑過后會有自然的溫度上升并且持續(xù)一天或二天。
4 潤滑劑分析診斷
潤滑劑分析法是利用鐵譜分析技術(shù),，鐵譜分析技術(shù)是特別適合于鑒定和預(yù)測滾動疲勞的一種方法,。
將滾動軸承的潤滑油抽取一部分作為油樣，利用高梯度磁場使流過該磁場的油樣中所含的固體異物,，按大小比例沉積在玻璃片上,，得以觀察異物顆粒的形狀，大小,，色澤和材質(zhì),，從而能清楚地判明磨損的類型，預(yù)告機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),，及時發(fā)現(xiàn)隱患,。鐵譜技術(shù)原則上以鑒定鋼鐵等強(qiáng)磁體為主要目標(biāo)，但對銅等非鐵金屬,、砂,、有機(jī)物和密封碎屑等異物也有相當(dāng)出色的鑒定能力。
當(dāng)油樣中出現(xiàn)直徑為1-5μm鋼鐵類球形顆粒時,，肯定軸承已開始出現(xiàn)疲勞微裂紋,。當(dāng)油樣中出現(xiàn)長度與厚度比為10：1的疲勞剝落顆粒，而長度大于10μm時,，軸承中非正常疲勞磨損已經(jīng)開始,，當(dāng)長度大于100μm時，軸承已經(jīng)失效,。
第三種疲勞碎屑為長度與厚度比為30：1的疲勞薄片,，其長度在20-50μm之間，薄片往往帶有空洞,。在疲勞開始出現(xiàn)時,，這種薄片的數(shù)量會明顯增加，這可與球形顆粒共同作為疲勞出現(xiàn)的標(biāo)志,。
5 聲發(fā)射檢測
聲發(fā)射檢測技術(shù)原理,，材料受到外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或者裂紋擴(kuò)展時，以彈性波的形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射,。
用儀器檢測,、分析聲發(fā)射信號和利用聲發(fā)射信號推斷聲發(fā)射源的技術(shù)稱為聲發(fā)射檢測技術(shù),，其利用物質(zhì)內(nèi)部微粒由于相對運(yùn)動而以彈性波的形式釋放應(yīng)變能的現(xiàn)象來識別和了解物質(zhì)或結(jié)構(gòu)內(nèi)部狀態(tài)。
聲發(fā)射信號包括突發(fā)型和連續(xù)型兩種,。突發(fā)型聲發(fā)射信號由區(qū)別于背景噪聲的脈沖組成,，且在時間上可以分開；連續(xù)型聲發(fā)射信號的單個脈沖不可分辨,。實際上,，連續(xù)型聲發(fā)射信號也是由大量小的突發(fā)型信號組成的，只不過太密集而不能分辨而已,。
滾動軸承在運(yùn)行不良的情況下,，突 發(fā)型和連續(xù)型的聲發(fā)射信號都有可能產(chǎn)生。軸承各組成部分（內(nèi)圈,、外圈,、滾動體以及保持架）接觸面間的相對運(yùn)動、碰摩所產(chǎn)生的赫茲接觸應(yīng)力,，以及由于失效,、過載等產(chǎn)生的諸如表面裂紋、磨損,、壓痕,、切槽、咬合,、潤滑不良造成的的表面粗糙,、潤滑污染顆粒造成的表面硬邊以及通過軸承的電流造成的點(diǎn)蝕等故障，都會產(chǎn)生突發(fā)型的聲發(fā)射信號,。
連續(xù)型聲發(fā)射信號主要來源于潤滑不良（如潤滑油膜的失效,、潤滑脂中污染物的浸入）導(dǎo)致軸承表面產(chǎn)生氧化磨損而產(chǎn)生的全局性故障、過高的溫度以及軸承局部故障的多發(fā)等,，這些因素造成短時間內(nèi)的大量突發(fā)聲發(fā)射事件,，從而產(chǎn)生了連續(xù)型聲發(fā)射信號。
滾動軸承在運(yùn)行過程中,，其故障（不管是表面損傷,、裂紋還是磨損故障）會引起接觸面的彈性沖擊而產(chǎn)生聲發(fā)射信號，該信號蘊(yùn)涵了豐富的碰摩信息,，因此可利用聲發(fā)射來監(jiān)測和診斷滾動軸承故障,。
資料來源《康吉諾》
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