機械故障診斷技術(shù)7-滾動軸承故障診斷(已修改)
2025-08-27 22:20 本頁面
【正文】 第七章 滾動軸承故障診斷 7． 1 滾動軸承的失效形式 7． 2 滾動軸承的振動機理與信號特征 7． 3 滾動軸承信號分析方法 7． 4 滾動軸承故障診斷案例 實例 1 宣化鋼鐵公司高速線材軋機 26架 實例 2 宣化鋼鐵公司高速線材軋機 20架 實例 3 唐山鋼鐵公司高速線材軋機的增速箱 實例 4 安陽鋼鐵公司高速線材軋制線上吐絲機 7． 1 滾動軸承的失效形式 ? 7． 1． 1滾動軸承的磨損失效 ? 磨損是滾動軸承最常見的一種失效形式。在滾動軸承運轉(zhuǎn)中，滾動體和套圈之間均存在滑動，這些滑動會引起零件接觸面的磨損。尤其在軸承中侵入金屬粉末、氧化物以及其他硬質(zhì)顆粒時，則形成嚴重的磨料磨損，使之更為加劇。另外，由于振動和磨料的共同作用，對于處在非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的滾動軸承，會在套圈上形成與鋼球節(jié)距相同的凹坑，即為摩擦腐蝕現(xiàn)象。如果軸承與座孔或軸頸配合太松，在運行中引起的相對運動，又會造成軸承座孔或軸徑的磨損。當(dāng)磨損量較大時，軸承便產(chǎn)生游隙噪聲，振動增大。 ?7． 1． 2滾動軸承的疲勞失效 在滾動軸承中，滾動體或套圈滾動表面由于接觸負荷的反復(fù)作用，表層因反復(fù)的彈性變形而致冷作硬化，下層的材料應(yīng)力與表層出現(xiàn)斷層狀分布，導(dǎo)致從表面下形成細小裂紋，隨著以后的持續(xù)負荷運轉(zhuǎn)，裂紋逐步發(fā)展到表面，致使材料表面的裂紋相互貫通，直至金屬表層產(chǎn)生片狀或點坑狀剝落。軸承的這種失效形式稱為疲勞失效。 隨著滾動軸承的繼續(xù)運轉(zhuǎn)，損壞逐步增大。因為脫落的碎片被滾壓在其余部分滾道上，并給那里造成局部超負荷而進一步使?jié)L道損壞。軸承運轉(zhuǎn)時，一旦發(fā)生疲勞剝落，其振動和噪聲將急劇惡化。 ?7． 1． 3滾動軸承的腐蝕失效 軸承零件表面的腐蝕分三種類型。一是化學(xué)腐蝕，當(dāng)水、酸等進入軸承或者使用含酸的潤滑劑，都會產(chǎn)生這種腐蝕。二是電腐蝕，由于軸承表面間有較大電流通過使表面產(chǎn)生點蝕。三是微振腐蝕，為軸承套圈在機座座孔中或軸頸上的微小相對運動所至。結(jié)果使套圈表面產(chǎn)生紅色或黑色的銹斑。軸承的腐蝕斑則是以后損壞的起點。 ?7． 1． 4滾動軸承的塑變失效 壓痕主要是由于滾動軸承受負荷后，在滾動體和滾道接觸處產(chǎn)生塑性變形。負荷過量時會在滾道表面形成塑性變形凹坑。另外，若裝配不當(dāng)，也會由于過載或撞擊造成表面局部凹陷?；蛘哂捎谘b配敲擊，而在滾道上造成壓痕。 ?7． 1． 5滾動軸承的斷裂失效 造成軸承零件的破斷和裂紋的重要原因是由于運行時載荷過大、轉(zhuǎn)速過高、潤滑不良或裝配不善而產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力，也有的是由于磨削或熱處理不當(dāng)而導(dǎo)致的。 ?7． 1． 6滾動軸承的膠合失效 滑動接觸的兩個表面，當(dāng)一個表面上的金屬粘附到另一個表面上的現(xiàn)象稱為膠合。對于滾動軸承，當(dāng)滾動體在保持架內(nèi)被卡住或者潤滑不足、速度過高造成摩擦熱過大，使保持架的材料粘附到滾子上而形成膠合。其膠合狀為螺旋形污斑狀。還有的是由于安裝的初間隙過小，熱膨脹引起滾動體與內(nèi)外圈擠壓，致使在軸承的滾道中產(chǎn)生膠合和剝落。 7． 2 滾動軸承的振動機理與信號特征 引起滾動軸承振動的因素很多。有與部件有關(guān)的振動，也有與制造質(zhì)量有關(guān)的振動，還有與軸承裝配以及工作狀態(tài)有關(guān)的振動。 如圖 7－ 1所示，我們通過對軸承振動的剖析，找出激勵特點，并通過不同的檢測分析方法的研究，從振動信號中，獲取振源的可靠信息，用以進行滾動軸承的故障診斷。 圖 7－ 1 滾動軸承振動的時域信號 (a) 新軸承的振動波形 (b)表面劣化后的軸承振動波形 ?7． 2． 1 軸承剛度變化引起的振動 當(dāng)滾動軸承在恒定載荷下運轉(zhuǎn)時 (如圖 7—2)，由于其軸承和結(jié)構(gòu)所決 定，使系統(tǒng)內(nèi)的載荷分布狀況呈現(xiàn)周 期性變化。如滾動體與外圈的接觸點 的變化，使系統(tǒng)的剛度參數(shù)形成周期 的變化，而且是一種對稱周期變化， 從而使其恢復(fù)力呈現(xiàn)非線性的特征。 由此便產(chǎn)生了分數(shù)諧波振動。 此外，當(dāng)滾動體處于載荷下非對 稱位置時，轉(zhuǎn)軸的中心不僅有垂直方向的，而且還有水平方向的移動。這 類參數(shù)的變化與運動都將引起軸承的振動，也就是隨著軸的轉(zhuǎn)動，滾動體 通過徑向載荷處即產(chǎn)生激振力。 這樣在滾動軸承運轉(zhuǎn)時，由于剛度參數(shù)形成的周期變化和滾動體產(chǎn)生 的激振力及系統(tǒng)存在非線性，便產(chǎn)生多次諧波振動并含有分諧波成分，不 管滾動軸承正常與否，這種振動都要發(fā)生。然而，振幅則不同。 圖 7—2滾動軸承剛度的變化 ?7． 2． 2 由滾動軸承的運動副引起的振動 當(dāng)軸承運轉(zhuǎn)時，滾動體便在內(nèi)外圈之間滾動。軸承的滾動表面雖加工得非常平滑，但從微觀來看，仍高低不平，特別是材料表面產(chǎn)生疲勞斑剝時，高低不平的情況更為嚴重。滾動體在這些凹凸面上轉(zhuǎn)動，則產(chǎn)生交變的激振力。所產(chǎn)生的振動，既是隨機的，又含有滾動體的傳輸振動，其主要頻率成分為滾動軸承的特征頻率。 滾動軸承的特征頻率 (即接觸激發(fā)的基頻 )，完全可以根據(jù)軸承元件之間滾動接觸的速度關(guān)系建立的方程求得。用它計算的特征頻率值往往十分接近測量數(shù)值，所以在診斷前總是先算出這些值，作為診斷的依據(jù)。 滾動軸承的特征頻率 ? 1) 內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻率 ?1： Hz ? 2) 保持架旋轉(zhuǎn)頻率 ?2： ? 3） 滾動體自轉(zhuǎn)頻率 ?3： ? 4） 保持架過內(nèi)圈頻率 ?4： ? 5） 滾動體通過內(nèi)圈頻率 ?5： ? 6） 滾動體通過外圈頻率 ?6： 在故障診斷的實踐中，內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻率 ?滾動體通過內(nèi)圈頻率 ?滾 動體通過外圈頻率 ?6對表面缺陷有較高的敏感度，是重要的參照指標。 60/1 Nf ?12 )co s1(21 fDdf ???123 )c os(1c os21 fDddDf ?????? ?? ??1214 )co s1(21 fDdfff ?????145 )co s1(2 fDdnnff ????126 )co s1(2 fDdnnff ????圖 7—3 向心推力球軸承結(jié)構(gòu)簡圖 圖 7－ 4 滾動軸承內(nèi)缺陷所激發(fā)的振動波形 ?7． 2． 3 滾動軸承的早期缺陷所激發(fā)的振動特征 滾動軸承內(nèi)出現(xiàn)剝落等缺陷，滾動 體以較高的速度從缺陷上通過時，必然 激發(fā)兩種性質(zhì)的振動。見圖 7－ 4，第一 類振動是上節(jié)所講的以結(jié)構(gòu)和運動關(guān)系 為特征的振動，表現(xiàn)為沖擊振動的周期 性；第二類振動是被激發(fā)的以軸承元件 固有頻率的衰減振蕩，表現(xiàn)為每一個脈 沖的衰減振蕩波。 軸承元件的固有頻率取決于本身的 材料、結(jié)構(gòu)形式和質(zhì)量，根據(jù)某些
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