滚动轴承故障诊断的频谱分析技巧

ddlluu

滚动轴承的机电设备中的应用非常广泛，滚动轴承状态的好坏直接关系到旋转设备的运行状态，因此在实际生产过程中作好滚动轴承的状态监测与故障诊断是搞好设备维修与管理的重要环节。

振动分析法：实际运用中注意选择观测点的位置和采集方法。要真实准确的反映滚动轴承的振动状态，采集信号必须准确真实，因此要在离轴承最近的位置安排测点，在电机自由端一般有后风扇罩，当测点选择在风扇罩固定螺丝处有较好的监测效果。另外必须注意对采样信号进行多次采样和分析，进行综合比较，才能得到准确结论。

滚动轴承在其使用过程中表现出很强的规律性，并且重复性强。正常优质轴承在开始使用时振动和噪声均比较小，但频谱有些散乱，幅值比较小。运动一段时间后，振动和噪声保持在一定水平，频谱比较单一，仅出现一，二倍频，极少出现三倍工频以上频谱，轴承状态非常平稳，进入稳定工作期。持续运行后进入使用后期，轴承振动和噪声开始增大，有时出现异音，但振动增大的变化比较缓慢，此时，轴承峭度值开始突然到达一定值。可以认为此时轴承出现了初期故障。这时就要对轴承进行严密监测，密切注意其变化。此后轴承峭度值又开始快速下降，并接近正常值，而振动和噪声开始显著增大，其增大幅度开始加快，其振动超过标准时（ISO2372），其轴承峭度值也开始快速增大，当轴承超过振动标准，峭度值也超过正常值时，可认为轴承已进入晚期故障，需要及时检修设备，更换滚动轴承。

AaronSpark

　　一、滚动轴承故障诊断方式及技巧

　　振动分析是对滚动轴承进行状态监测和故障诊断的常用方法。一般方式为：利用数据采集 器在设备现场采集滚动轴承振动信号并储存，传送到计算机，利用振动分析软件进行深入分 析，从而得到滚动轴承各种振动参数的准确数值，进而判断这些滚动轴承是否存在故障。我 们采用日本理音公司生产的SA-77信号分析仪，配合笔记本微机、SA-77振动分析软件进行大 中型电机滚动轴承的状态监测和故障诊断，经过近几年实际使用，其效果令人非常满意。
　　要想真实准确反映滚动轴承振动状态，必须注意采集信号的准确真实，因此要在离轴承最 近的地方安排测点。我厂主要监测大中型电机滚动轴承状态，电机轴伸端测点较好选定，而 电机自由端则有后风扇罩，一般测点不易真实反映后轴承运行状态。经过一段时期摸索和比 较，发现测点选在风扇罩固定螺丝处有较好监测效果。另外必须注意对振动信号进行多次采 集和分析，才能得到准确结论。滚动轴承振动大小在运行中是有变化的，若仅采集一次信号 进行分析，其结果不足以确定轴承的主要振动状态，必须经过多次反复采集和分析，综合进 行比较，才能得到准确的诊断结论。

　　二、滚动轴承正常运行特点与诊断技巧

　　我们在长期生产过程的状态监测中发现，滚动轴承的运转状态在其使用过程中有一定的规 律性，并且重复性非常好。例如，正常优质轴承在开始使用时(1998年2月6日)，振动幅值和 噪声均比较小，但频谱有些散乱(图1)这可能是由于制造过程中的一些缺陷，如表面毛刺等 所致。运行一段时间后(1998年2月12日)，振动幅值和噪声维持一定水平，频谱非常单一， 仅出现一、二倍频。极少出现三倍工频以上频谱(图2)，轴承状态非常稳定，进入稳定工作 期。继续运行一段时间后(1998年7月31日)，轴承幅值和噪声开始增大(图3)，有时出现异响 ，但振动增大的变化较缓慢，此时，轴承峭度值由2.303突然达到33.47，可认为轴承出现 初期故障。这时，就要对该轴承进行严密监测，密 切注意其变化。此后(1998年8月11日)，轴承峭度值又开始快速下降，并接近正常值，而振 动和噪声开始显著增大(图4)，且幅度加快，当振动超过振动标准时(如ISO2372标准)，其轴 承峭度值也开始快速增大。当峭度值也超过正常值(可用峭度相对标准，此处为4)达4.97， 速度达196.6mm/s时，我们认为轴承已进入晚期故障，需及时检修设备，更换滚动轴承。



图1

图2

图3

图4
　　轴承表现出晚期故障特征到出现严重故障(一般为轴承损坏，如抱轴、烧伤、保持架散裂 、滚道和滚珠磨损等)时间大都不超过一周，设备容量越大，转速越快，其间隔时间越短 。 因此，在实际滚动轴承故障诊断中，一旦发现晚期故障特征，应果断判断轴承存在故障，尽 快安排检修。

AaronSpark

　　三、滚动轴承异常运行特点与诊断技巧

　　由于假冒伪劣轴承难免会进入企业，而此类轴承造成的严重故障往往是突发的、灾难性的 ，如轴承保持架和轴承内外圈突然断裂等，这些故障轻者造成转子抱轴，重者导致转子或设 备报废。近几年我们在生产实际中经常遇到此类情况，因此，必须及时诊断出滚动轴承状态 好坏并更换伪劣轴承，避免大事故发生。对此，我们在实际监测与诊断中也积累了一些实用 技巧。我们发现此类轴承在运行初期，其频谱有特点，即设备工频一般不占振动主要成分，而高倍频率振动较多，且大多占主要成分(图5)，但振动总值不大。用振动标准(如ISO2372 标准)判断振动是合格的。此时，应引起警惕，这种状态即为轴承零件存在缺陷等，其失效 往往是非常突然和快速的，上述轴承即在检测后两小时转子抱轴。



图5

　　要准确诊断这些假冒伪劣轴承故障，平时就要注意多积累优质轴承在设备上正常运行的频谱 和振动时域情况，便于在出现此类异常频谱时能及时判断出轴承故障，避免设备事故。

　　四、滚动轴承快速诊断技巧

　　在实际状态监测中，往往只需判断滚动轴承好坏，能用多长时间。我们在现场诊断中，采用 有量纲参数与无量纲参数相结合，可快速判断出轴承故障，即采用振动速度结合轴承峭度值 进行综合诊断。当两个条件均超过标准时，我们判断轴承存在故障。这种判断方法经过三年 的实践，证明对滚动轴承的故障诊断非常实用，准确率超过90%，诊断出的轴承基本上均处 于后期故障阶段。
　　另外，当监测到滚动轴承低频振动非常大时(图6)，排除机组不对中、不平衡、结构松动 、基础共振等结构性因素后，即使无滚动轴承特征频率，也应对滚动轴承进行检修。

图6

　　五、滚动轴承频谱分析技巧

　　对于振动不大、轴承峭度不大、频谱复杂的振动信号，在现场难以判断有无故障，此时可 对振动信号应用计算机进行精密分析。先进行常规分析，检查振动速度和轴承峭度是否接近 标准，而后用功率谱考察振动能量是否超标。其功率谱不大，观察频谱中各种频率成分。若 谱线对应频率为工频整数倍，则应着重查找机组结构方面的故障；若为工频分数倍，出现较 多小数位频率，则应着重查找轴承特征频率。若有则轴承存在故障；若无则排除其它部件故 障后需引起警惕，加强监测。实际中常有许多振动不超标但却出现轴承故障的事例，一旦出 现轴承特征频率或接近轴承特征频率频谱，则应判断轴承存在故障，而后根据幅值大小，可 作趋势分析或安排检修。

bufferman

学习了！谢谢！

bufferman

有用振动尖峰能量来监测的。有这方面的资料吗？谢谢！

AaronSpark

我这里有两篇文章，你可以和我联系

zhangjin80

很好的文章,下了!
感谢各位大侠!

[此贴子已经被作者于2005-12-14 0:04:23编辑过]

zqzy

滚动轴承故障诊断方式及技巧 这篇文章是我2000年写的，希望大家喜欢，欢迎交流。

zqzy

原文发表在“设备管理与维修”2000年11期。

zhurq

谢谢。
文章已经拜读过，只是没有看到尖峰能量的特点，与包络分析的区别。
希望能够帮助解答。

悟空

用2372标准很好,一般情况下,新检修的泵,其振动速度和加速度都很小,运行一段时间后,速度和加速度都缓慢上升,停留在一个比较稳定的数值,当加速度上升的比较迅速,这时就要特别关注这台的运行状况,当振动速度突然上升,并且对振动速度进行频率分析,三倍频至十倍频分布丰富,说明这台泵该进行检修了.不知我理解的是否正确.

tjxz888

非常好的文章.
我一直以ISO-2372为标准判定滚动轴承的设备.20多年从没有失手.当然其中要特别关注加速度的变化,正常轴承的损伤基本都是在加速度上最先反映出来;使用简单诊断设备甚至可以检查出轴承是否"耍套"和轴承内外钢圈是否几何尺寸不好导致滚动体瞬间反复卡死的问题.

jiongmingyang

这位兄弟，您好，您总结的很好，谢谢了，感谢这位仁兄的无私奉献。

要是能把图片以附件的方式上传就好了，图片看不到

zyj9458

写的真好，我会慢慢拜读！
我是刚刚接触这个行业的新手，希望得到大家的帮助！
我的QQ： 290296978

wang-yl80

轴承故障产生的冲击振动的能量很低，容易被背景噪声淹没，因此要准确采集轴承信号是很难的。目前擦采用小波分析、包络分析的方法等能有效的提取特征信号，但将这些技术应用于实际的产品好像还不曾问世。一个有效诊断轴承故障的方法是冲击脉冲方法（SPM）,此方法已经应用于实际30多年，采用dBm/dBc、HR/LR技术，用SPM专用的传感器采集冲击脉冲信号，诊断轴承磨损、润滑油不良很有效。
    学识有限，上述内容只是个人观点