機(jī)械故障診斷技術(shù)7-滾動(dòng)軸承故障診斷(編輯修改稿)
2024-09-11 22:20 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 形就把高頻成分和其他機(jī)械干擾頻率剔除掉了，成為純低頻的周期波，波的周期 T仍與原始沖擊頻率相對(duì)應(yīng)，然后把包絡(luò)波作為新的振動(dòng)波形進(jìn)行頻譜分析，在頻譜圖上可以清楚地顯示出沖擊頻率及其諧波成分，如圖 (e)所示。 圖 7－ 7 兩種信號(hào)處理方法比較 滾動(dòng)軸承故障信號(hào)分析方法 5 ?5．共振解調(diào)法 實(shí)現(xiàn)包絡(luò)檢波的方法有多種，常用的 有兩種方法：希爾伯特 (Hilbett)變換法和 檢波濾波法。 圖 7—7為 204型軸承加了 30N軸向力， 在試驗(yàn)裝置上進(jìn)行測(cè)試分析的結(jié)果。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。圖 7—7(b)為經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波 后的頻譜圖，清楚地顯示出故障的特征頻 率，其中 (理論計(jì)算值為 )， 145Hz、 290Hz 和 436Hz是內(nèi)圈的間隔頻率及其諧波。該 軸承的實(shí)際故障是內(nèi)、外滾道表面上各有 一處疲勞剝落。 滾動(dòng)軸承故障信號(hào)分析方法 6 ?6．頻譜分析法 將低頻段測(cè)得振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)低通抗疊混濾波器后，進(jìn)行 FFT快速富里葉變換，得到頻譜圖。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。需要說(shuō)明的是，各種特征頻率都是從理論上推導(dǎo)出來(lái)的，而實(shí)際上，由于軸承的各幾何尺寸會(huì)有誤差，加上軸承安裝后的變形， FFT計(jì)算誤差等因素，使得實(shí)際的頻率與計(jì)算所得的頻率會(huì)有某些出入，所以在頻譜圖上尋找各特征頻率時(shí)，需在計(jì)算的頻率值上找其近似的值來(lái)做診斷。 圖 7－ 8 故障軸承與完好軸承的頻譜圖對(duì)比 例如圖 7－ 8a，是一個(gè)外環(huán)有劃 傷的軸承頻譜圖，明顯看出其頻譜中 有較大的周期成分，其基頻為 Hz，而圖 7—8b則是與其相同的完好 軸承的頻譜圖。通過(guò)比較可以看出， 當(dāng)出現(xiàn)故障后譜圖上有較高階諧波。 在此例中出現(xiàn)了 5階諧波。 且在 。 需要指出的是，圖 7－ 8是一個(gè)在 實(shí)驗(yàn)室作出的圖形。實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的 信號(hào)是極復(fù)雜的，包含了諸多軸、齒 輪等強(qiáng)振信號(hào)，而滾動(dòng)軸承的故障信 號(hào)因?yàn)閺?qiáng)度太小，而被淹沒(méi)。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。 但是這并不意味，常規(guī)的 FFT信號(hào)分析技術(shù)對(duì)滾動(dòng)軸承的故障診斷束手無(wú)策。我們都知道滾動(dòng)軸承以其尺寸精度固定了轉(zhuǎn)軸的軸心空間位置，一旦滾動(dòng)軸承內(nèi)的故障引發(fā)振動(dòng)，必然影響轉(zhuǎn)軸的軸心位置，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)于軸轉(zhuǎn)速的軸頻振幅加大，若能排除軸上其他零件的原因（例如齒輪的轉(zhuǎn)子不平衡力是不隨時(shí)間變化的），即可診斷出軸承故障。 軸上的齒輪等零件的振動(dòng)也會(huì)受到軸承振動(dòng)的影響，導(dǎo)致自身的振動(dòng)出現(xiàn)幅值增大，諧頻成分增多的現(xiàn)象。 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。這是由于各運(yùn)動(dòng)件在力的相互作用下各自形成特有的通過(guò)頻率，并且相互疊加與調(diào)制，因此在頻譜圖上則形成多族諧波成分，如用倒頻譜則較易于識(shí)別。 圖 7—9a，是內(nèi)圈軌道上有疲勞損傷和滾子有凹坑缺陷的軸承的振動(dòng)時(shí)間歷程。圖 7—9b則是其頻譜圖，該圖不便識(shí)別。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。 在滾動(dòng)軸承故障信號(hào)分析中，由于存在著明顯的調(diào)制現(xiàn)象，并在頻譜圖中形成不同族的調(diào)制邊帶。當(dāng)內(nèi)圈有故障時(shí)是則內(nèi)圈故障頻率構(gòu)成調(diào)制邊帶，當(dāng)滾子有故障時(shí)，則又以滾子故障頻率構(gòu)成另一族調(diào)制邊帶。因此軸承故障的倒頻譜診斷方法可以提供有效的預(yù)報(bào)信息。 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。圖 7－ 10為高線軋機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。 1）頻譜分析圖 : 圖 7－ 11 26架軋機(jī)振動(dòng)頻譜圖 ?2）數(shù)據(jù)分析： 表 7－ 1 數(shù)據(jù)分析表 （測(cè)量轉(zhuǎn)速 1100rpm；推導(dǎo)轉(zhuǎn)速 ） 序號(hào) 故障特征頻率（ Hz） 誤 差 振 幅 (m/S2) 特 征 描 述 測(cè)量值 計(jì)算值 絕 對(duì) 相 對(duì) 1 0 0 錐箱 I軸轉(zhuǎn)頻 2 0 0 錐箱 I軸轉(zhuǎn)頻二倍頻 3 % 錐箱 I軸轉(zhuǎn)頻的三倍頻 4 % 錐箱 I軸轉(zhuǎn)頻的四倍頻 ?3) 趨勢(shì)分析 : 從趨勢(shì)圖上可以看到振動(dòng)是在 1月 29日開(kāi)始上升的，說(shuō)明故障發(fā)展很快。 05010015020025030026 趨勢(shì)圖26 趨勢(shì)圖圖 7－ 12 26架通頻振動(dòng)有效值趨勢(shì)圖 ?4）特征頻率趨勢(shì)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(kāi)始上升。 024681012141618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。 2．頻域信號(hào)有如下特征： a）出現(xiàn) 26精軋機(jī)錐箱 I軸的轉(zhuǎn)頻（同時(shí)也是該軸軸承內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)頻率）及大量諧波，達(dá) 5000Hz以上，這是典型的部件松動(dòng)特征。 b） 10m/s2； 3．該齒輪箱可能有以下兩種故障隱患： a） I軸軸承損壞（可能性較大） 。 b） 26架底座剛度弱（有松動(dòng)、裂紋等），被外力所激起的振動(dòng) 。 實(shí)際情況 廠方接到報(bào)告后，立即組織檢修。開(kāi)箱后發(fā)現(xiàn) 1軸MRC—7126 KRD4S軸承損壞。 圖 7－ 14 破裂的 1軸軸承 （ 注： 這個(gè)診斷報(bào)告中將錐箱 I軸的轉(zhuǎn)頻及大量諧波解釋成典型的部件松動(dòng)特征 ， 實(shí)際是因?yàn)檩S承破損 ， 造成 I軸定心失效所致 ） 7． 4 滾動(dòng)軸承故障診斷案例 ? 實(shí)例 2： 2022年 1月 5日，宣化鋼鐵公司高速線材軋機(jī)的 20架出現(xiàn)振動(dòng)異常。圖 7－ 10為高線軋機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。 查 20架的頻譜變化過(guò)程，見(jiàn)圖 7－ 1圖 7－ 1圖 7－ 18。 圖 7－ 15 12月
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