BPdM,BPdM北京普迪美科技有限公司,狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)維修,滾動(dòng)軸承故障,BPdM,滾動(dòng)軸承故障,現(xiàn)代工業(yè)通用機(jī)械都大量地裝配了滾動(dòng)軸承。一般說(shuō)來(lái)，滾動(dòng)軸承是機(jī)器中最精密的部件。通常，它們的公差都保持在機(jī)器的其余部件的公差的十分之一。但是，由于各種原因，只有10到20的軸承能達(dá)到它們的設(shè)計(jì)壽命。其原因很多包括潤(rùn)滑不當(dāng)、使用錯(cuò)誤的潤(rùn)滑劑、被灰塵和其它外物顆粒污染、不恰當(dāng)?shù)貎?chǔ)存在出廠包裝箱之外、受潮氣腐蝕、出廠運(yùn)輸或待用時(shí)錯(cuò)誤的剝蝕、誤用軸承、軸承安裝不當(dāng)?shù)龋送鉂L動(dòng)軸承過(guò)早發(fā)生損壞的主要因素之一是過(guò)大的振動(dòng)和高的動(dòng)載。,滾動(dòng)軸承組成,BPdM,滾動(dòng)軸承類型,滾動(dòng)軸承的類型,BPdM,滾動(dòng)軸承為什么會(huì)過(guò)早損壞？,滾動(dòng)軸承過(guò)早發(fā)生故障的主要因素之一是過(guò)大的動(dòng)載荷即振動(dòng)。如下為理論計(jì)算滾珠軸承壽命所用的設(shè)計(jì)公式，該公式表明了為什么作用在軸承上的動(dòng)載減少了軸承的壽命：,這個(gè)公式表明，轉(zhuǎn)速愈高，預(yù)期的壽命愈短。重要的是理論的軸承壽命隨軸承承受的的負(fù)載的三次方變化。因此，如果設(shè)計(jì)者只考慮軸承的靜載和如皮帶拉伸等其他部件靜載。則軸承的理論計(jì)算壽命會(huì)大打折扣。,BPdM,縮短滾動(dòng)軸承壽命的因素,舉例說(shuō)明：今有一根重量為2000磅(908公斤)的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn)/分，在直徑為3英尺（半徑為18英寸）處的轉(zhuǎn)子上存在一個(gè)1盎司(2835克)的不平衡質(zhì)量。僅由此不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心力可以計(jì)算如下：,BPdM,其它縮短滾動(dòng)軸承壽命的因素及解決對(duì)策,如果轉(zhuǎn)子不只是承受不平衡，還承受由于不對(duì)中、松動(dòng)、氣蝕或其它故障引起的動(dòng)載荷。此外，還有一些影響軸承壽命的因素，包括潤(rùn)滑不當(dāng)、使用錯(cuò)誤的潤(rùn)滑劑、被灰塵和其它污染物污染、不恰當(dāng)?shù)膬?chǔ)存、進(jìn)入潮氣、出廠運(yùn)輸或使用時(shí)嗑碰、刮傷、錯(cuò)用軸承型號(hào)、軸承安裝不當(dāng)?shù)?。最重要的解決對(duì)策是能夠監(jiān)測(cè)滾動(dòng)軸承的狀態(tài)，早期發(fā)現(xiàn)軸承故障，監(jiān)測(cè)跟蹤其發(fā)展趨勢(shì)，并知道何時(shí)需更換軸承；正確地采集軸承振動(dòng)特征信號(hào)；分析其振動(dòng)特征信號(hào)完成故障診斷；還可利用高頻包絡(luò)解調(diào)信號(hào)處理技術(shù)，更有效地監(jiān)測(cè)出軸承故障。選擇合適的監(jiān)測(cè)參數(shù)如振動(dòng)速度、沖擊脈沖、解調(diào)譜等。,BPdM,軸承故障原因及其解決（一）,過(guò)負(fù)荷引起過(guò)早疲勞，（包括過(guò)緊配合，布氏硬度凹痕和預(yù)負(fù)荷）減少負(fù)荷或重新設(shè)計(jì)過(guò)熱征兆是滾道，球和保持架變色，從金色變?yōu)樗{(lán)色溫度超過(guò)400F（204）使?jié)L道和滾動(dòng)體材料退火硬度降低導(dǎo)致軸承承重降低和早期失效嚴(yán)重情況下引起變形，另外溫升高會(huì)降低和破壞潤(rùn)滑性能,BPdM,軸承故障原因及其解決（二）,布氏硬度凹痕當(dāng)負(fù)荷超過(guò)滾道的彈性極限時(shí)產(chǎn)生滾道上的凹痕增加振動(dòng)（噪聲）任何靜態(tài)過(guò)負(fù)荷和嚴(yán)重沖擊產(chǎn)生布氏凹痕偽布式凹痕在每個(gè)滾珠位置產(chǎn)生的橢圓形磨損凹痕，光滑，有明顯邊界，周圍有磨削表明嚴(yán)重的外部振動(dòng)隔振和使用抗摩添加劑,BPdM,軸承故障原因及其解決（三）,正常疲勞失效疲勞失效指滾道和滾動(dòng)體上發(fā)生碎裂，并隨之產(chǎn)生材料碎片剝落這種疲勞為逐漸發(fā)生，一旦開(kāi)始則迅速擴(kuò)展，并伴隨明顯的振動(dòng)增加更換軸承，和設(shè)計(jì)有更長(zhǎng)疲勞壽命的軸承,BPdM,軸承故障原因及其解決（四）,反向載荷角接觸軸承的設(shè)計(jì)只接受一個(gè)方向的軸向載荷當(dāng)方向相反時(shí)，外圈的橢圓接觸區(qū)域被削平。結(jié)果是應(yīng)力增加，溫度升高，并產(chǎn)生振動(dòng)增大和軸承早期失效,BPdM,軸承故障原因及其解決（五）,污染污染是軸承失效的主要原因之一污染的征兆是在滾道和滾動(dòng)體表面有點(diǎn)痕，導(dǎo)致振動(dòng)加大和磨損清潔環(huán)境，工具，規(guī)范操作。新軸承的儲(chǔ)運(yùn)。潤(rùn)滑油失效滾道和滾子的變色（藍(lán)、棕）是潤(rùn)滑失效的征兆，隨之產(chǎn)生滾道、滾子和保持架磨損，導(dǎo)致過(guò)熱和嚴(yán)重故障。滾動(dòng)軸承的正常運(yùn)行取決于各部件間存在良好油膜失效常常由潤(rùn)滑不足和過(guò)熱引起,BPdM,軸承故障原因及其解決（六）,腐蝕其征兆是在滾道、滾子、保持架或其他位置出現(xiàn)紅棕色區(qū)域原因是軸承接觸腐蝕性流體和氣體嚴(yán)重情況下，腐蝕引起軸承早期疲勞失效除掉腐蝕流體，盡可能使用整體密封軸承,BPdM,軸承故障原因及其解決（七）,不對(duì)中不對(duì)中的征兆是滾珠在滾道上產(chǎn)生的磨痕與滾道邊緣不平行如果不對(duì)中超過(guò)0.001in/in，會(huì)產(chǎn)生軸承和軸承座異常溫升，和保持架球磨損配合松動(dòng)配合松動(dòng)導(dǎo)致配合部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如果這個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)輕微但不間斷，則產(chǎn)生磨損這種磨損產(chǎn)生顆粒，并氧化成特殊的棕色。這導(dǎo)致研磨和松動(dòng)加大。如果松動(dòng)增大到內(nèi)圈或外圈的顯著運(yùn)動(dòng)，安裝表面（孔徑，外徑和側(cè)面）將磨損和發(fā)熱，引起噪聲和晃動(dòng)。,BPdM,WhyDoBearingsFail?,inadequatelubrication-Lubrication-Contamination-MountingMethodDynamicload-misalignment-imbalance-bentshaft-etc.improperhandlingorinstallationage,spallonouterrace,BPdM,TIME,典型的軸承壽命周期(ToCatastrophicFailure),DetectionbyListenandFeel,DetectionbyVelocityMeasurement,DamageBegins,DetectionbySKFEnvelopedAcceleration,DetectionbySEETMorHFD,BearingFailure,BPdM,軸承故障特征頻率,BPFOBallPassFrequencyOuterRaceBPFIBallPassFrequencyInnerRaceBSFBallSpinFrequencyFTFCageFrequencyorFundamentalTrainFrequency,BPdM,軸承故障頻率的顯示,BPdM,軸承故障發(fā)展的四個(gè)不同階段,Stage1,Stage2,Stage3,Stage4,noapparentchangeontypicalvelocityspectrum,defectsharmonicfrequenciesappear,defectsfundamentalfrequenciesalsoappearandmayexhibitsidebands,defectsharmonicfrequenciesdevelopmultiplesidebands(haystack),fundamentalfreqs.growandalsodevelopsidebands,defects“fund.”frequencyrange,defects“harmonic”frequencyrange,BPdM,HighfrequencyenvelopingLooksforhighenergy,highfrequencyimpacteventsofveryshortdurationDoesnotappearinnormalFFTduetoshortdurationandlowamplitudenatureoftheseimpactevents,解調(diào)譜,BPdM,ThisBPFOproblemwouldnotappearinthenormalFFTduetoitsshortduration&lowamplitude,Eachtimeaballpassesoverthecrack,itcreatesahighenergyburstofvibrationlastingaveryshorttime,VibrationLevel,Time,BPFO=BallPassFrequencyOuter,BPFO,BPdM,Hereisatimewaveformshowingalowfrequencycomponent,superimposedwithhighfrequencynoisefromtheimpactevents,BPdM,Applyahigh-passfilterthatremovesthelowfrequencycomponents,Leavingtheburstofhighfrequencynoise,BPdM,BPdM,Enveloparoundthebursttoidentifytheimpacteventsasrepetitionsofthesamefault,BPdM,TheenvelopsignalispassedthroughtheFFTprocess,BPdM,ThefrequencyspectrumclearlypresentstheBPFOpeaksandharmonics,BPFO,BPdM,BPdM,BPdM,BPdM,滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)特征（一）,滾動(dòng)軸承一旦產(chǎn)生故障，可能會(huì)產(chǎn)生四種類型頻率的振動(dòng)。這些頻率振動(dòng)包括：(a)隨機(jī)的超聲頻率；(b)軸承零部件的自振頻率；(c)軸承故障特征頻率；(d)軸承故障的和頻及差頻。它們的含義：隨機(jī)的超聲頻率振動(dòng)滾動(dòng)軸承初始故障時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，從滾動(dòng)軸承安裝在設(shè)備上直到它們剛發(fā)生故障之前，發(fā)生的頻率范圍從約5000Hz到60000Hz超聲頻率范圍。包括振動(dòng)尖峰能量(SpikeEneey)，高頻加速度(HFD)，沖擊脈沖(ShockPules)及其他。通常，它們是以總量值評(píng)定軸承的狀態(tài)。然而，其頻譜數(shù)據(jù)信息更有份量。下圖給出了滾動(dòng)軸承振動(dòng)尖峰能量(SpikeEnegy)報(bào)警值。,BPdM,滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)特征（二）,BPdM,滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)特征（三）,軸承零部件的自振頻率滾動(dòng)軸承安裝在機(jī)器上時(shí)的自振頻率范圍在約為500到2000Hz之間。很重要的一點(diǎn)是，滾動(dòng)軸承的自振頻率與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，無(wú)論軸的轉(zhuǎn)速高低它都處在一個(gè)相同的頻率位置。軸承故障特征頻率滾動(dòng)軸承故障特征頻率就是滾動(dòng)軸承故障時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)頻率。,BPFO外圈故障特征頻率BPFI內(nèi)圈故障特征頻率BSF滾動(dòng)體故障特征頻率FTF保持架故障特征頻率,BPdM,滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)特征（四）,軸承故障特征頻率有如下特點(diǎn)：軸承的故障頻率與其他故障頻率不同；軸承故障頻率是轉(zhuǎn)速頻率的非整數(shù)倍；內(nèi)外環(huán)故障頻率的和頻=“軸承滾動(dòng)體通過(guò)頻率”（滾動(dòng)體個(gè)數(shù)RPM）軸承內(nèi)環(huán)故障頻率往往伴有1X轉(zhuǎn)速頻率的邊帶；,BPdM,滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)特征（五）,軸承故障特征頻率有如下特點(diǎn)：軸承外環(huán)故障頻率的幅值高于軸承內(nèi)環(huán)故障頻率的幅值；軸承故障一般在發(fā)展到滾動(dòng)體和保持架出現(xiàn)故障之前首先出現(xiàn)的是內(nèi)環(huán)或外環(huán)故障頻率；軸承保持架故障頻率通常不是以其基頻出現(xiàn)；當(dāng)滾動(dòng)體本身出現(xiàn)故障時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生不僅滾動(dòng)體故障頻率(BSF)，還有保持架故障頻率(FTF)；軸承保持架斷裂時(shí)，可能出現(xiàn)滾動(dòng)體旋轉(zhuǎn)故障頻率；一個(gè)以上滾動(dòng)體有故障時(shí)，將產(chǎn)生等于有故障的滾動(dòng)體數(shù)目滾動(dòng)體故障特征頻率的頻率。換言之，如果存在五個(gè)滾珠或滾柱上有故障，往往將出現(xiàn)5滾動(dòng)體故障頻率的頻率。軸承故障頻率允許的振動(dòng)幅值，不能給出絕對(duì)的答復(fù)。它不僅與安裝滾動(dòng)軸承的具體機(jī)器、轉(zhuǎn)速有關(guān)，還與軸承故障頻率傳遞的通路有很大關(guān)系。尋找指示明顯的軸承損壞的最重要的標(biāo)志就是存在軸承故障頻率的諧波頻率，尤其是如果這些頻率伴有1轉(zhuǎn)速頻率或軸承其它故障頻率邊帶的話，則應(yīng)盡快更換該軸承。,BPdM,滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)特征（六）,12.評(píng)定的低速機(jī)器的軸承狀態(tài):在評(píng)定尤其是低于100轉(zhuǎn)分轉(zhuǎn)速的機(jī)器的軸承狀態(tài)時(shí)，極力推薦采集時(shí)域波形和(FFT)頻譜兩者。往往當(dāng)轉(zhuǎn)速降到這些值以下時(shí)，滾動(dòng)體滾動(dòng)通過(guò)軸承內(nèi)外環(huán)上缺陷時(shí)發(fā)生的脈沖沒(méi)有足夠能量產(chǎn)生清楚的，可以檢測(cè)出來(lái)的FFT譜中的頻率，但是在時(shí)域波形中仍然可能清楚的看出來(lái)。,BPdM,滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)特征（七）,13.為了有效地檢測(cè)軸承的故障頻率，應(yīng)該把振動(dòng)傳感器置于盡可能靠近軸承的承載區(qū)，尤其是該軸承僅支承徑向負(fù)載時(shí)，這是很重要的。14.不合適的軸承負(fù)載和安裝問(wèn)題若軸承負(fù)載不合適或安裝不恰當(dāng)，例如，安裝新軸承時(shí)，如果軸承與軸承座過(guò)盈配合過(guò)緊，使軸承“咔入”軸承座中，導(dǎo)致軸承內(nèi)部間隙發(fā)生變化，使?jié)L動(dòng)體強(qiáng)制被壓向軸承的內(nèi)外環(huán)，出現(xiàn)這種情況，軸承在起動(dòng)時(shí)立即產(chǎn)生軸承外環(huán)和內(nèi)環(huán)的故障頻率。由于安裝不當(dāng)，對(duì)軸承施加了不適當(dāng)?shù)呢?fù)荷或過(guò)大負(fù)荷。雖然，可能尚未發(fā)生實(shí)際損壞，但是，如果檢測(cè)不出這種故障問(wèn)題并采取措施修正，則該軸承將在其預(yù)定壽命之前很早就損壞。15.軸承潤(rùn)滑不良產(chǎn)生的頻率潤(rùn)滑不良的軸承產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)的特征是在900到1600Hz的頻率范圍內(nèi)，有3或4個(gè)尖峰“。這些尖峰之間的差頻在80到130Hz。潤(rùn)滑良好的軸承的某些特征信號(hào)可能也包括這些頻率分量，然而，它們的幅值非常小，約為1.27毫米/秒或更小。當(dāng)潤(rùn)滑不良時(shí)，該信號(hào)的幅值增大到2.54到5.08毫米秒。,BPdM,典型的軸承故障發(fā)展過(guò)程（一）,BPdM,典型的軸承故障發(fā)展過(guò)程（二）,軸承故障發(fā)展不是按線性規(guī)律惡化過(guò)程，而是按指數(shù)規(guī)律變化,BPdM,典型的軸承故障發(fā)展過(guò)程（三）,軸承故障發(fā)展的階段a初始階段(第一階段)1噪聲正常2溫度正常3可以用超聲，振動(dòng)尖峰能量，聲發(fā)射測(cè)量出來(lái)，軸外環(huán)有缺陷4振動(dòng)總量比較小，無(wú)離散的軸承故障頻率尖峰5剩余壽命大于10b.第二階段1噪聲略增大2溫度正常3超聲，聲發(fā)射，振動(dòng)尖峰能量有大的增加，軸承外環(huán)有缺陷，4振動(dòng)總量略增大(振動(dòng)加速度總量和振動(dòng)速度總量)5對(duì)數(shù)刻度頻譜上可清楚看到軸承故障頻率，在線性刻度頻譜上難得看到，噪聲地平明顯提高6.剩余壽命5,BPdM,典型的軸承故障發(fā)展過(guò)程（四）,c第三階段1可聽(tīng)到噪聲2溫度略升高3非常高的超聲，聲發(fā)射，振動(dòng)尖峰能量，軸承外環(huán)有故障4振動(dòng)加速度總量和振動(dòng)速度總量有大的增加5在線性刻度的頻譜上清楚地看出軸承故障頻率及其諧波和邊帶6振動(dòng)頻譜噪聲地平明顯提高7剩余壽命小于1d第四階段1噪聲的強(qiáng)度改變2溫度明顯升高3超聲，聲發(fā)射。振動(dòng)尖峰能量迅速增大，隨后逐漸減小，軸承外環(huán)處在損壞之前故障狀態(tài)4振動(dòng)速度總量和振動(dòng)位移總量明顯增大，振動(dòng)加速度總量減小5較低的軸承故障頻率占優(yōu)勢(shì)的振動(dòng)尖峰，振動(dòng)頻譜中噪聲地平非常高、剩余壽命小于0.2,BPdM,滾動(dòng)軸承故障發(fā)展的四個(gè)階段,Stage1,Stage2,Stage3,Stage4,noapparentchangeontypicalvelocityspectrum,defectsharmonicfrequenciesappear,defectsfundamentalfrequenciesalsoappearandmayexhibitsidebands,defectsharmonicfrequenciesdevelopmultiplesidebands(haystack),fundamentalfreqs.growandalsodevelopsidebands,defects“fund.”frequencyrange,defects“harmonic”frequencyrange,BPdM,解調(diào)頻譜作為一個(gè)早期指示故障的測(cè)量參數(shù)檢查正常頻譜和解調(diào)頻譜：都沒(méi)有故障頻率，狀態(tài)良好，作為基線繼續(xù)監(jiān)測(cè)只在解調(diào)頻譜存在故障頻率，早期故障指示，或需要潤(rùn)滑在兩種頻譜中都存在譜峰值，計(jì)劃下一次維修更換軸承只在正常頻譜中存在峰值，同時(shí)在解調(diào)頻譜中噪聲水平升高，立即更換,解調(diào)分析原理,BPdM,球/滾動(dòng)體撞擊缺陷產(chǎn)生“沖擊波”.軸承“像一個(gè)鈡響”(共鳴).,解調(diào)頻譜,解調(diào)頻譜的測(cè)量,BPdM,軸承外圈有缺陷時(shí)，在解調(diào)頻譜上可見(jiàn)軸承外圈缺陷頻率BPFO及其高次諧波，如果外圈轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承，可能出現(xiàn)其轉(zhuǎn)速頻率的邊頻。,軸承外圈故障的解調(diào)頻譜特點(diǎn),軸承外圈缺陷,軸承外圈缺陷解調(diào)譜,BPdM,軸承內(nèi)圈有缺陷時(shí)，在解調(diào)頻譜上可見(jiàn)軸承內(nèi)圈缺陷頻率BPFI及其高次諧波，對(duì)內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承，可能出現(xiàn)其轉(zhuǎn)速頻率的邊頻。,軸承內(nèi)圈故障的解調(diào)頻譜特點(diǎn),軸承內(nèi)圈缺陷,軸承內(nèi)圈缺陷解調(diào)譜,BPdM,軸承滾動(dòng)體有缺陷時(shí)，在解調(diào)頻譜上可見(jiàn)軸承滾動(dòng)體缺陷頻率BSF及其高次諧波，以及出現(xiàn)轉(zhuǎn)速頻率的邊頻；此外，由于滾動(dòng)體對(duì)外圈的碰撞強(qiáng)于對(duì)內(nèi)圈的碰撞，在解調(diào)譜上還會(huì)存在BSF的半諧波。,軸承滾動(dòng)體故障的解調(diào)頻譜特點(diǎn),軸承滾動(dòng)體缺陷,軸承滾動(dòng)體缺陷解調(diào)譜,BPdM,軸承保持架有缺陷時(shí)，在解調(diào)頻譜上可見(jiàn)軸承保持架缺陷頻率FIF及其高次諧波；此外，由于軸承潤(rùn)滑不良也會(huì)引起保持架與滾動(dòng)體的直接接觸而出現(xiàn)保持架缺陷頻率。,軸承保持架故障的解調(diào)頻譜特點(diǎn),軸承保持架缺陷,軸承保持架缺陷解調(diào)譜,BPdM,軸承內(nèi)圈故障的解調(diào)頻譜舉例,BPdM,解調(diào)譜與頻譜,振動(dòng)解調(diào)可以在滾動(dòng)軸承故障發(fā)展的初始階段檢測(cè)到故障信息，并且可跟蹤軸承故障發(fā)展，在第二，三和第四階段中以不同的信息反映軸承不同的故障狀態(tài)。同時(shí)采用振動(dòng)速度或振動(dòng)加速度檢測(cè)常規(guī)振動(dòng)頻譜可以在滾動(dòng)軸承故障發(fā)展的第三階段有效地檢測(cè)到軸承的故障頻率(內(nèi)環(huán)故障BPFI，外環(huán)故障BPFO，滾動(dòng)體故障BSF和保持架故障FTF)等。振動(dòng)解調(diào)和振動(dòng)速度或振動(dòng)加速度相結(jié)合可以有效地早期檢測(cè)滾動(dòng)軸承的故障。,BPdM,用振動(dòng)解調(diào)譜檢測(cè)出第一階段軸承故障,BPdM,用振動(dòng)頻譜沒(méi)有檢測(cè)出第一階段軸承故障,BPdM,滾動(dòng)軸承故障頻率計(jì)算(1),保持架故障頻率：FTF=(1/2)No1+（d/D）Cos+Ni1-（d/D）Cos滾動(dòng)體旋轉(zhuǎn)故障頻率：BSF=(1/