機械故障診斷技術(shù)7-滾動軸承故障診斷-免費閱讀
【正文】 ?吐絲機 II軸兩端的軸承損壞，表現(xiàn)為軸承在早期（ 4月份）與II軸之間配合間隙大而引起 II軸出現(xiàn)松動故障，后期（ 6月份）軸承損壞主要表現(xiàn)為 II軸軸頻幅值很高，而其 7倍頻幅值不再突出，頻譜圖與 4月份明顯不同。在此期間處理，完全可以避免事故發(fā)生。并且 II軸軸頻的 7倍頻幅 值較為突出（見特征頻率表 1），這時 II軸已有輕微松動故障了。此 后到 5月 6日已達到 260 m/s178。 診斷結(jié)論 經(jīng)過初步分析該振動成份并非軸與齒輪的故障特征頻率 （ 軸頻小于30HZ， 齒輪嚙合頻率大于 2022HZ） ； 由于軸承參數(shù)不全無法計算精確的故障特征頻率 ， 根據(jù)估計值計算有軸承故障可能 。圖 7－ 10為高線軋機的傳動機構(gòu)示意圖。 05010015020025030026 趨勢圖26 趨勢圖圖 7－ 12 26架通頻振動有效值趨勢圖 ?4）特征頻率趨勢分析 從圖 7－ 13中可以看到， Ⅰ 軸轉(zhuǎn)頻 ()及 2倍頻 ()的振幅也是在 1月 29日開始上升。圖 7—9b則是其頻譜圖，該圖不便識別。實際工業(yè)現(xiàn)場的 信號是極復(fù)雜的，包含了諸多軸、齒 輪等強振信號，而滾動軸承的故障信 號因為強度太小，而被淹沒。 滾動軸承故障信號分析方法 6 ?6．頻譜分析法 將低頻段測得振動信號，經(jīng)低通抗疊混濾波器后，進行 FFT快速富里葉變換，得到頻譜圖。圖 (c)為振蕩波經(jīng)過絕對值處理后留下了對應(yīng)的頻率，但它還不是完全的周期信號，在頻譜上不能形成簡單波形那樣的離散譜線。 dBN = dBi－ dBo 沖擊脈沖計的刻度單位就是 dBN值表示的。 峭度指標(biāo) Cq 峭度指標(biāo) Cq對信號中的沖擊特征很敏感，正常情況下其值應(yīng)該在 3左右，如果這個值接近 4或超過 4，則說明機械的運動狀況中存在沖擊性振動。用有效值來表示故障特征，其特征并不明顯，對于這種形態(tài)的異常，用峰值比有效值更適用。 監(jiān)測低頻段的信號，通常采用加速度傳感器，由于同時也要拾取其它零件的故障信號，因此采用通用的信號處理電路（儀器）。所以幾乎所有的在線故障監(jiān)測與診斷系統(tǒng)都選擇軸承座作為傳感器的安裝部位。 這種情況往往預(yù)示著滾動軸承出現(xiàn)早期故障 。如專用的軸承故障診斷儀，就是在這一頻段內(nèi)工作的儀表。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。 由此便產(chǎn)生了分數(shù)諧波振動。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。結(jié)果使套圈表面產(chǎn)生紅色或黑色的銹斑。軸承的這種失效形式稱為疲勞失效。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。 隨著滾動軸承的繼續(xù)運轉(zhuǎn)，損壞逐步增大。軸承的腐蝕斑則是以后損壞的起點。其膠合狀為螺旋形污斑狀。 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。 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。 利用低頻段信號診斷軸承故障的要點 軸承缺陷所激發(fā)的周期性脈沖的頻率與軸承結(jié)構(gòu)和運動關(guān)系相聯(lián)系 ，處于振動信號的低頻段內(nèi) ， 在這個頻段內(nèi)還有軸的振動 、 齒輪的嚙合振動等各種零件的振動 。 當(dāng)軸的轉(zhuǎn)頻振動幅值再次降低時 ， 滾動軸承故障已進入晚期 ， 到了必需更換的程度 。 圖 7－ 5 滾動軸承的振動頻譜 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，請看圖 7－ 5，這是一個航空軸承作故障實驗時得到的頻譜圖。 監(jiān)測高頻段的信號，其目的是要獲取唯一的軸承故障信號，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)，將這個頻段的軸承故障信號放大，再用帶通濾波器將其它頻率的信號（主要是低頻信號）濾除，獲得唯一的軸承故障信號。 ?2．峰值系數(shù)法 所謂峰值系數(shù)，是指峰值與有效值之比。當(dāng)軸承出現(xiàn)初期故障時，有效值變化不大，但峭度指標(biāo)值已經(jīng)明顯增加。軸承的狀況分為三個區(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。為此必須對振蕩波再進行包絡(luò)檢波處理，也就是取振蕩波形的包絡(luò)線，如圖 (d)所示。根據(jù)滾動軸承的運動關(guān)系式計算得到各項特征頻率，在頻譜圖中找出，觀察其變化，從而判別故障的存在與部位。只有機 構(gòu)相對簡單的機械（如低轉(zhuǎn)速的水泵） 才能復(fù)現(xiàn)與圖 7－ 8相似的頻譜圖。而圖 7—9c是其倒頻譜，明顯看出有 106Hz及 ，理論計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。 024681012141618圖 7－ 13 26架特征頻率趨勢圖 ?5）診斷結(jié)論與處理建議 1．時域信號有如下特征 a） 26精軋機在 1月 29日柱狀圖（棒圖 a、 b、 c）峰值開始報警， 30日報警值達 255； b） 29日時域信號發(fā)生嚴重畸變， 30日時域信號完全紊亂； c）時域趨勢圖從 27日的 ，突變了 10倍左右。 查 20架的頻譜變化過程，見圖 7－ 1圖 7－ 1圖 7－ 18。 在隨后的緊急檢修中 ，開箱發(fā)現(xiàn)輸出高速軸聯(lián)軸節(jié)端滾動軸承內(nèi)圈斷裂 。以上，并且到吐絲機軸承出現(xiàn)損壞事故前 在線系統(tǒng)一直連續(xù)出現(xiàn)紅色警報（均在 200 m/s178。由于幅值相對很低，不易看出。 序號 故障信號頻率 (Hz) 計算特征頻率 (Hz) 振幅 絕對誤差 （ Hz） 相對誤差% 可信度% 故障部位及 性質(zhì)分析 1 100 II軸軸頻 2 100 2 II軸軸頻 3 100 3 II軸軸頻 4．吐絲機軸承碎裂當(dāng)天的
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