機(jī)械故障診斷技術(shù)7-滾動(dòng)軸承故障診斷-全文預(yù)覽
【正文】 18圖 7－ 13 26架特征頻率趨勢(shì)圖 ?5）診斷結(jié)論與處理建議 1．時(shí)域信號(hào)有如下特征 a） 26精軋機(jī)在 1月 29日柱狀圖（棒圖 a、 b、 c）峰值開(kāi)始報(bào)警， 30日?qǐng)?bào)警值達(dá) 255； b） 29日時(shí)域信號(hào)發(fā)生嚴(yán)重畸變， 30日時(shí)域信號(hào)完全紊亂； c）時(shí)域趨勢(shì)圖從 27日的 ，突變了 10倍左右。 圖 7－ 9 倒頻譜分析的有效性示意圖 圖 7－ 10 高線軋機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖 7． 4 滾動(dòng)軸承故障診斷案例 ? 實(shí)例一： 2022年 1月 31日，宣化鋼鐵公司高速線材軋機(jī)的 26架出現(xiàn)振動(dòng)異常。而圖 7—9c是其倒頻譜，明顯看出有 106Hz及 ，理論計(jì)算上滾子故障頻率為 ，在此看出，倒頻譜反映出的故障頻率與理論幾乎完全一樣。 滾動(dòng)軸承故障信號(hào)分析方法 7 ?7．倒頻譜分析法 對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的振動(dòng)情況，其諧波成分更加復(fù)雜而密集，僅僅去觀察其頻譜圖，可能什么也辨認(rèn)不出。只有機(jī) 構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的機(jī)械（如低轉(zhuǎn)速的水泵） 才能復(fù)現(xiàn)與圖 7－ 8相似的頻譜圖。 在此例中出現(xiàn)了 5階諧波。根據(jù)滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)關(guān)系式計(jì)算得到各項(xiàng)特征頻率，在頻譜圖中找出，觀察其變化，從而判別故障的存在與部位。圖 7—7(a)為原信號(hào)直接用低頻信號(hào)接收法得 到的頻譜，圖中譜峰密集，較難尋找出故 障的特征頻率。為此必須對(duì)振蕩波再進(jìn)行包絡(luò)檢波處理，也就是取振蕩波形的包絡(luò)線，如圖 (d)所示。雖然 這種脈沖是以 T為周期，但在頻 譜上卻直接反映不出對(duì)應(yīng)的頻率 1／ T成分。軸承的狀況分為三個(gè)區(qū)： （ 0～ 20） dBN 表示軸承狀況良好 （ 20～ 35） dBN 表示軸承狀況已經(jīng)劣化，屬發(fā)展中的損傷期 （ 35～ 60） dBN 表示軸承已經(jīng)存在明顯的損傷。 441)(1r m sNiiq XxxNC????滾動(dòng)軸承故障信號(hào)分析方法 3 ?4．沖擊脈沖法（ SPM） 沖擊脈沖法利用軸承故障所激發(fā)的軸承元件固有頻率的振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)加速度傳感器的共振放大、帶通濾波、放大器及包絡(luò)檢波，所獲得的信號(hào)幅值正比于沖擊力的大小。當(dāng)軸承出現(xiàn)初期故障時(shí)，有效值變化不大，但峭度指標(biāo)值已經(jīng)明顯增加。另外，峰值系數(shù)不受振動(dòng)信號(hào)的絕對(duì)水平所左右。 ?2．峰值系數(shù)法 所謂峰值系數(shù)，是指峰值與有效值之比。因而可以用有效值作為軸承異常的判斷指標(biāo)。 監(jiān)測(cè)高頻段的信號(hào)，其目的是要獲取唯一的軸承故障信號(hào)，采用自振頻率在 25～ 30KHz的加速度傳感器，利用加速度傳感器的共振效應(yīng)，將這個(gè)頻段的軸承故障信號(hào)放大，再用帶通濾波器將其它頻率的信號(hào)（主要是低頻信號(hào)）濾除，獲得唯一的軸承故障信號(hào)。高頻段在 Ⅱ 區(qū)，這個(gè)頻段的信號(hào)是軸承故障所激發(fā)的軸承自振頻率的振動(dòng)。 圖 7－ 5 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)頻譜 傳感器和感應(yīng)頻率段的選擇 傳感器和感應(yīng)頻率段的選擇，請(qǐng)看圖 7－ 5，這是一個(gè)航空軸承作故障實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的頻譜圖。 7． 3 滾動(dòng)軸承信號(hào)分析方法 軸承故障信號(hào)的拾取實(shí)際上是傳感器及安裝部位和感應(yīng)頻率段的選擇。 當(dāng)軸的轉(zhuǎn)頻振動(dòng)幅值再次降低時(shí) ， 滾動(dòng)軸承故障已進(jìn)入晚期 ， 到了必需更換的程度 。 滾動(dòng)軸承在機(jī)器設(shè)備中的作用是支撐傳動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn) ， 滾動(dòng)軸承故障所激發(fā)的振動(dòng)必然對(duì)軸及軸上的機(jī)械零件產(chǎn)生影響 。 利用低頻段信號(hào)診斷軸承故障的要點(diǎn) 軸承缺陷所激發(fā)的周期性脈沖的頻率與軸承結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)關(guān)系相聯(lián)系 ，處于振動(dòng)信號(hào)的低頻段內(nèi) ， 在這個(gè)頻段內(nèi)還有軸的振動(dòng) 、 齒輪的嚙合振動(dòng)等各種零件的振動(dòng) 。見(jiàn)圖 7－ 4，第一 類振動(dòng)是上節(jié)所講的以結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)關(guān)系 為特征的振動(dòng)，表現(xiàn)為沖擊振動(dòng)的周期 性；第二類振動(dòng)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(gè)脈 沖的衰減振蕩波。 滾動(dòng)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(dòng)接觸的速度關(guān)系建立的方程求得。 圖 7—2滾動(dòng)軸承剛度的變化 ?7． 2． 2 由滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)副引起的振動(dòng) 當(dāng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，滾動(dòng)體便在內(nèi)外圈之間滾動(dòng)。 此外，當(dāng)滾動(dòng)體處于載荷下非對(duì) 稱位置時(shí)，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(dòng)。 如圖 7－ 1所示，我們通過(guò)對(duì)軸承振動(dòng)的剖析，找出激勵(lì)特點(diǎn)，并通過(guò)不同的檢測(cè)分析方法的研究，從振動(dòng)信號(hào)中，獲取振源的可靠信息，用以進(jìn)行滾動(dòng)軸承的故障診斷。其膠合狀為螺旋形污斑狀?；蛘哂捎谘b配敲擊，而在滾道上造成壓痕。軸承的腐蝕斑則是以后損壞的起點(diǎn)。一是化學(xué)腐蝕，當(dāng)水、酸等進(jìn)入軸承或者使用含酸的潤(rùn)滑劑，都會(huì)產(chǎn)生這種腐蝕。 隨著滾動(dòng)軸承的繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，損壞逐步增大。如果軸承與座孔或軸頸配合太松，在運(yùn)行中引起的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，又會(huì)造成軸承座孔或軸徑的磨損。第七章 滾動(dòng)軸承故障診斷 7． 1 滾動(dòng)軸承的失效形式 7． 2 滾動(dòng)軸承的振動(dòng)機(jī)理與信號(hào)特征 7． 3 滾動(dòng)軸承信號(hào)分析方法 7． 4 滾動(dòng)軸承故障診斷案例 實(shí)例 1 宣化鋼鐵公司高速線材軋機(jī) 26架 實(shí)例 2 宣化鋼鐵公司高速線材軋機(jī) 20架 實(shí)例 3 唐山鋼鐵公司高速線材軋機(jī)的增速箱 實(shí)例 4 安陽(yáng)鋼鐵公司高速線材軋制線上吐絲機(jī) 7． 1 滾動(dòng)軸承的失效形式 ? 7． 1． 1滾動(dòng)軸承的磨損失效 ? 磨損是滾動(dòng)軸承最常見(jiàn)的一種失效形式。另外，由于振動(dòng)和磨料的共同作用，對(duì)于處在非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的滾動(dòng)軸承，會(huì)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。軸承的這種失效形式稱為疲勞失效。 ?7． 1． 3滾動(dòng)軸承的腐蝕失效 軸承零件表面的腐蝕分三種類型。結(jié)果使套圈表面產(chǎn)生紅色或黑色的銹斑。另外，若裝配不當(dāng)，也會(huì)由于過(guò)載或撞擊造成表面局部凹陷。對(duì)于滾動(dòng)軸承，當(dāng)滾動(dòng)體在保持架內(nèi)被卡住或者潤(rùn)滑不足、速度過(guò)高造成摩擦熱過(guò)大，使保持架的材料粘附到滾子上而形成膠合。有與部件有關(guān)的振動(dòng)，也有與制造質(zhì)量有關(guān)的振動(dòng)，還有與軸承裝配以及工作狀態(tài)有關(guān)的振動(dòng)。 由此便產(chǎn)生了分?jǐn)?shù)諧波振動(dòng)。然而，振幅則不同。所產(chǎn)生的振動(dòng)，既是隨機(jī)的，又含有滾動(dòng)體的傳輸振動(dòng)，其主要頻率成分為滾動(dòng)軸承的特征頻率。 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(jiǎn)圖 圖 7－ 4 滾動(dòng)軸承
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