滾動軸承異常的分析方法及診斷技巧

1　異常旋轉(zhuǎn)音分析診斷

異常旋轉(zhuǎn)音檢測分析是采用聽診法對軸承工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測的分析方法。常用工具是木柄長螺釘旋具，也可以使用外徑為20mm左右的硬塑料管。相對而言，使用電子聽診器進(jìn)行監(jiān)測，更有利于提高監(jiān)測的可靠性。軸承處于正常工作狀態(tài)時，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、輕快，無停滯現(xiàn)象，發(fā)生的聲響和諧而無雜音，可聽到均勻而連續(xù)的“嘩嘩”聲，或者較低的“轟轟”聲。異常聲響所反映的軸承故障如下。

（1）軸承發(fā)出均勻而連續(xù)的“咝咝”聲，這種聲音由滾動體在內(nèi)外圈中旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生，包含有與轉(zhuǎn)速無關(guān)的不規(guī)則的金屬振動聲響。一般表現(xiàn)為軸承內(nèi)加脂量不足，應(yīng)進(jìn)行補充。若設(shè)備停機時間過長，特別是在冬季的低溫情況下，軸承運轉(zhuǎn)中有時會發(fā)出“咝咝沙沙”的聲音，這與軸承徑向間隙變小、潤滑脂工作針入度變小有關(guān)。應(yīng)適當(dāng)調(diào)整軸承間隙，更換針入度大一點的新潤滑脂。

（2）軸承在連續(xù)的“嘩嘩”聲中發(fā)出均勻的周期性“嗬羅”聲，這種聲音是由于滾動體和內(nèi)外圈滾道出現(xiàn)傷痕、溝槽、銹蝕斑而引起的。聲響的周期與軸承的轉(zhuǎn)速成正比。應(yīng)對軸承進(jìn)行更換。

（3）軸承發(fā)出不規(guī)律、不均勻的“嚓嚓”聲，這種聲音是由于軸承內(nèi)落入鐵屑、砂粒等雜質(zhì)而引起的。聲響強度較小，與轉(zhuǎn)數(shù)沒有聯(lián)系。應(yīng)對軸承進(jìn)行清洗，重新加脂或換油。

（4）軸承發(fā)出連續(xù)而不規(guī)則的“沙沙”聲，這種聲音一般與軸承的內(nèi)圈與軸配合過松或者外圈與軸承孔配合過松有關(guān)系。聲響強度較大時，應(yīng)對軸承的配合關(guān)系進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時修理。

2　振動信號分析診斷

軸承振動對軸承的損傷很敏感，例如剝落、壓痕、銹蝕、裂紋、磨損等都會在軸承及振動測量中反映出來。所以，通過采用特殊的軸承振動測量器（頻率分析器等）可測量出振動的大小，通過頻率分布可推斷出異常的具體情況。測得的數(shù)值因軸承的使用條件或傳感器安裝位置等而不同，因此需要事先對每臺機器的測量值進(jìn)行分析比較后確定判斷標(biāo)準(zhǔn)。

滾動軸承故障的檢測診斷技術(shù)有很多種，如振動信號檢測、潤滑油液分析檢測、溫度檢測、聲發(fā)射檢測等。在各種診斷方法中，基于振動信號的診斷技術(shù)應(yīng)用Z為廣泛，該技術(shù)分為簡易診斷法和精密診斷法兩種。

簡易診斷利用振動信號波形的各種參數(shù)，如幅值、波形因數(shù)、波峰因數(shù)、概率密度、峭度系數(shù)等，以及各種解調(diào)技術(shù)對軸承進(jìn)行初步判斷以確認(rèn)是否出現(xiàn)故障；精密診斷則利用各種現(xiàn)代信號處理方法判斷在簡易診斷中被認(rèn)為是出現(xiàn)了故障的軸承的故障類別及原因。

3　滾動軸承故障的簡易診斷法

在利用振動對滾動軸承進(jìn)行簡易診斷的過程中，通常是要測得的振值（峰值、有效值等）與預(yù)先給定的某種判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，根據(jù)實測的振值是否超出了標(biāo)準(zhǔn)給出的界限來判斷軸承是否出現(xiàn)了故障，以決定是否需要進(jìn)一步進(jìn)行精密診斷。用于滾動軸承簡易診斷的判斷標(biāo)準(zhǔn)可大致分為三種：

（1）判定標(biāo)準(zhǔn)：是用于判斷實測振值是否超限的量值；

（2）相對判定標(biāo)準(zhǔn)：是對軸承的同一部位定期進(jìn)行振動檢測，并按時間先后進(jìn)行比較，以軸承無故障的情況下的振值為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)實測振值與該基準(zhǔn)振值之比來進(jìn)行診斷的標(biāo)準(zhǔn)；

（3）類比判定標(biāo)準(zhǔn)：是把若干同一型號的軸承在相同的條件下在同一部位進(jìn)行振動檢測，并將振值相互比較進(jìn)行判斷的標(biāo)準(zhǔn)。

判定標(biāo)準(zhǔn)是在規(guī)定的檢測方法的基礎(chǔ)上制定的標(biāo)準(zhǔn)，因此必須注意其適用頻率范圍，并且必須按規(guī)定的方法進(jìn)行振動檢測。適用于所有軸承的判定標(biāo)準(zhǔn)是不存在的，因此一般都是兼用判定標(biāo)準(zhǔn)、相對判定標(biāo)準(zhǔn)和類比判定標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能獲得準(zhǔn)確、可靠的診斷結(jié)果。

4　滾動軸承故障的精密診斷法

滾動軸承的振動頻率成分十分豐富，既含有低頻成分，又含有高頻成分，而且每一種特定的故障都對應(yīng)有特定的頻率成分。精密診斷的任務(wù)，就是要通過適當(dāng)?shù)男盘柼幚矸椒▽⑻囟ǖ念l率成分分離出來，從而指示特定故障的存在。常用的精密診斷有下面幾種。

（1）低頻信號分析法

低頻信號是指頻率低于8kHz的振動。一般測量滾動軸承振動時都采用加速度傳感器，但對低頻信號都分析振動速度。因此，加速度信號要經(jīng)過電荷放大器后由積分器轉(zhuǎn)換速度信號，然后再經(jīng)過上限截止頻率為8kHz的低通濾波器去除高頻信號，Z后對其進(jìn)行頻率成分分析，以找到信號的特征頻率，進(jìn)行診斷。

（2）中、高頻信號解調(diào)分析法

中頻信號的頻率范圍為8kHz-20kHz，高頻信號的頻率范圍為20kHz-80kHz。由于對中、高頻信號可直接分析加速度，傳感器信號經(jīng)過電荷放大器后，直接通過高通濾波器去除低頻信號，然后對其進(jìn)行解調(diào)，Z后進(jìn)行頻率分析，以找出信號的特征頻率。

5　軸承的溫度分析診斷

軸承的溫度，一般有軸承室外面的溫度就可推測出來，如果利用油孔能直接測量軸承外圈溫度，則更為合適。通常，軸承的溫度隨著軸承運轉(zhuǎn)開始慢慢上升，1-2小時后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。軸承的正常溫度因機器的熱容量、散熱量、轉(zhuǎn)速及負(fù)載而不同。如果潤滑、安裝不合適，則軸承溫都會急驟上升，會出現(xiàn)異常高溫，這時必須停止運轉(zhuǎn)，采取必要的防范措施。

用高溫經(jīng)常表示軸承已處于異常情況。高溫也有害于軸承潤滑劑。有時軸承過熱可歸諸于軸承的潤滑劑。若軸承在超過125℃的溫度長期連轉(zhuǎn)會降低軸承壽命。引起高溫軸承的原因包括：潤滑不足或過分潤滑、潤滑劑內(nèi)含有雜質(zhì)、負(fù)載過大、軸承損壞、間隙不足及油封產(chǎn)生的高摩擦等等。

因此，連續(xù)性的監(jiān)測軸承溫度是有必要的，無論是量測軸承本身或其它重要的零件。如果是在運轉(zhuǎn)條件不變的情況下，任何的溫度改變可表示已發(fā)生故障。軸承溫度的定期量測可藉助于溫度計，例如SKF數(shù)字型溫度計，可精確地測軸承溫度并依℃或華氏溫度定單位顯示。重要性的軸承，意味著當(dāng)其損壞時，會造成設(shè)備的停機，因此這類軸承Z好應(yīng)加裝溫度探測器。正常情況下，軸承在剛潤滑或再潤滑過后會有自然的溫度上升并且持續(xù)一天或二天。

6　潤滑劑分析診斷

潤滑劑分析法是利用鐵譜分析技術(shù)，鐵譜分析技術(shù)是特別適合于鑒定和預(yù)測滾動疲勞的一種方法。

將滾動軸承的潤滑油抽取一部分作為油樣，利用高梯度磁場使流過該磁場的油樣中所含的固體異物，按大小比例沉積在玻璃片上，得以觀察異物顆粒的形狀，大小，色澤和材質(zhì)，從而能清楚地判明磨損的類型，預(yù)告機器的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)隱患。鐵譜技術(shù)原則上以鑒定鋼鐵等強磁體為主要目標(biāo)，但對銅等非鐵金屬、砂、有機物和密封碎屑等異物也有相當(dāng)出色的鑒定能力。

當(dāng)油樣中出現(xiàn)直徑為1-5μm鋼鐵類球形顆粒時，肯定軸承已開始出現(xiàn)疲勞微裂紋。當(dāng)油樣中出現(xiàn)長度與厚度比為10：1的疲勞剝落顆粒，而長度大于10μm時，軸承中非正常疲勞磨損已經(jīng)開始，當(dāng)長度大于100μm時，軸承已經(jīng)失效。

第三種疲勞碎屑為長度與厚度比為30：1的疲勞薄片，其長度在20-50μm之間，薄片往往帶有空洞。在疲勞開始出現(xiàn)時，這種薄片的數(shù)量會明顯增加，這可與球形顆粒共同作為疲勞出現(xiàn)的標(biāo)志。

7　聲發(fā)射檢測

聲發(fā)射檢測技術(shù)原理，材料受到外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或者裂紋擴展時，以彈性波的形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射。

用儀器檢測、分析聲發(fā)射信號和利用聲發(fā)射信號推斷聲發(fā)射源的技術(shù)稱為聲發(fā)射檢測技術(shù)，其利用物質(zhì)內(nèi)部微粒由于相對運動而以彈性波的形式釋放應(yīng)變能的現(xiàn)象來識別和了解物質(zhì)或結(jié)構(gòu)內(nèi)部狀態(tài)。

聲發(fā)射信號包括突發(fā)型和連續(xù)型兩種。突發(fā)型聲發(fā)射信號由區(qū)別于背景噪聲的脈沖組成，且在時間上可以分開；連續(xù)型聲發(fā)射信號的單個脈沖不可分辨。實際上，連續(xù)型聲發(fā)射信號也是由大量小的突發(fā)型信號組成的，只不過太密集而不能分辨而已。

滾動軸承在運行不良的情況下，突發(fā)型和連續(xù)型的聲發(fā)射信號都有可能產(chǎn)生。軸承各組成部分（內(nèi)圈、外圈、滾動體以及保持架）接觸面間的相對運動、碰摩所產(chǎn)生的赫茲接觸應(yīng)力，以及由于失效、過載等產(chǎn)生的諸如表面裂紋、磨損、壓痕、切槽、咬合、潤滑不良造成的的表面粗糙、潤滑污染顆粒造成的表面硬邊以及通過軸承的電流造成的點蝕等故障，都會產(chǎn)生突發(fā)型的聲發(fā)射信號。

連續(xù)型聲發(fā)射信號主要來源于潤滑不良（如潤滑油膜的失效、潤滑脂中污染物的浸入）導(dǎo)致軸承表面產(chǎn)生氧化磨損而產(chǎn)生的全局性故障、過高的溫度以及軸承局部故障的多發(fā)等，這些因素造成短時間內(nèi)的大量突發(fā)聲發(fā)射事件，從而產(chǎn)生了連續(xù)型聲發(fā)射信號。

滾動軸承在運行過程中，其故障（不管是表面損傷、裂紋還是磨損故障）會引起接觸面的彈性沖擊而產(chǎn)生聲發(fā)射信號，該信號蘊涵了豐富的碰摩信息，因此可利用聲發(fā)射來監(jiān)測和診斷滾動軸承故障。

8　振動信號檢測

滾動軸承故障檢測的簡易診斷利用滾動軸承的振動信號分析故障。診斷的方法可分為簡易診斷法和精密診斷法兩種。簡易診斷的目的是為了初步判斷被列為診斷對象的滾動軸承是否出現(xiàn)了故障；精密診斷的目的是要判斷在簡易診斷中被認(rèn)為出現(xiàn)了故障的軸承的故障類別及原因。

下面主要介紹簡易診斷的幾種方法：

（1）振幅值診斷法。

這里所說的振幅值指峰值XP、均值X（對于簡諧振動為半個周期內(nèi)的平均值，對于軸承沖擊振動為經(jīng)值處理后的平均值）以及均方根值（有效值）Xrms。

這是一種Z簡單、Z常用的診斷法，它是通過將實測的振幅值與判定標(biāo)準(zhǔn)中給定的值進(jìn)行比較來診斷的。峰值反映的是某時刻振幅的Z大值，因而它適用于像表面點蝕損傷之類的具有瞬時沖擊的故障診斷。均值用于診斷的效果與峰值基本一樣，其優(yōu)點是檢測值較峰值穩(wěn)定，但一般用于轉(zhuǎn)速較高的情況（如300r/min以上）。均方根值是對時間平均的，因而它適用于像磨損之類的振幅值隨時間緩慢變化的故障診斷。

（2）概率密度診斷法。

無故障滾動軸承振幅的概率密度曲線是典型的正態(tài)?布曲線；而一旦出現(xiàn)故障，則概率密度曲線可能出現(xiàn)偏斜或分散的現(xiàn)象。

（3）峭度系數(shù)診斷法。

振幅滿足正態(tài)分布規(guī)律的無故障軸承，其峭度值約為3。隨著故障的出現(xiàn)和發(fā)展，峭度值具有與波峰因數(shù)類似的變化趨勢。此方法的優(yōu)點在于與軸承的轉(zhuǎn)速、尺寸和載荷無關(guān)，主要適用于點蝕類故障的診斷。

（4）波形因數(shù)診斷法。

波形因數(shù)定義為峰值與均值之比（XP/X）。該值也是用于滾動軸承簡易診斷的有效指標(biāo)之一。

（5）波峰因數(shù)診斷法。

波峰因數(shù)定義為峰值與均方根值之比（XP/Xrms）。該值用于滾動軸承簡易診斷的優(yōu)點在于它不受軸承尺寸、轉(zhuǎn)速及載荷的影響，也不受傳感器、放大器等一、二次儀表靈敏度變化的影響。該值適用于點蝕類故障的診斷。

通過對XP/Xrms值隨時間變化趨勢的監(jiān)測，可以有效地對滾動軸承故障進(jìn)行早期預(yù)報，并能反映故障的發(fā)展變化趨勢。當(dāng)滾動軸承無故障時，XP/Xrms，為一較小的穩(wěn)定值；一旦軸承出現(xiàn)了損傷，則會產(chǎn)生沖擊信號，振動峰值明顯增大，但此時均方根值尚無明顯的增大，故XP/Xrms增大；當(dāng)故障不斷擴展，峰值逐步達(dá)到極限值后，均方根值則開始增大，XP/Xrms逐步減小，直至恢復(fù)到無故障時的大小。

通過在關(guān)鍵設(shè)備軸承部件應(yīng)用以上檢測手段對其運行狀態(tài)的跟蹤檢測，可有效地診斷出設(shè)備軸承部位的隱患，提早作出預(yù)防，確保設(shè)備正常使用。

（來源：網(wǎng)絡(luò)）