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滾動(dòng)軸承異常的分析方法及診斷技巧
發(fā)布時(shí)間:2023-02-23
1 異常旋轉(zhuǎn)音分析診斷
異常旋轉(zhuǎn)音檢測(cè)分析是采用聽(tīng)診法對(duì)軸承工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的分析方法。常用工具是木柄長(zhǎng)螺釘旋具,也可以使用外徑為20mm左右的硬塑料管。相對(duì)而言,使用電子聽(tīng)診器進(jìn)行監(jiān)測(cè),更有利于提高監(jiān)測(cè)的可靠性。軸承處于正常工作狀態(tài)時(shí),運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、輕快,無(wú)停滯現(xiàn)象,發(fā)生的聲響和諧而無(wú)雜音,可聽(tīng)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(dòng)體在內(nèi)外圈中旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生,包含有與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)的不規(guī)則的金屬振動(dòng)聲響。一般表現(xiàn)為軸承內(nèi)加脂量不足,應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充。若設(shè)備停機(jī)時(shí)間過(guò)長(zhǎng),特別是在冬季的低溫情況下,軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有時(shí)會(huì)發(fā)出“咝咝沙沙”的聲音,這與軸承徑向間隙變小、潤(rùn)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(diǎn)的新潤(rùn)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(dòng)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(duì)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(qiáng)度較小,與轉(zhuǎn)數(shù)沒(méi)有聯(lián)系。應(yīng)對(duì)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(guò)松或者外圈與軸承孔配合過(guò)松有關(guān)系。聲響強(qiáng)度較大時(shí),應(yīng)對(duì)軸承的配合關(guān)系進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)修理。
2 振動(dòng)信號(hào)分析診斷
軸承振動(dòng)對(duì)軸承的損傷很敏感,例如剝落、壓痕、銹蝕、裂紋、磨損等都會(huì)在軸承及振動(dòng)測(cè)量中反映出來(lái)。所以,通過(guò)采用特殊的軸承振動(dòng)測(cè)量器(頻率分析器等)可測(cè)量出振動(dòng)的大小,通過(guò)頻率分布可推斷出異常的具體情況。測(cè)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(duì)每臺(tái)機(jī)器的測(cè)量值進(jìn)行分析比較后確定判斷標(biāo)準(zhǔn)。
滾動(dòng)軸承故障的檢測(cè)診斷技術(shù)有很多種,如振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)、潤(rùn)滑油液分析檢測(cè)、溫度檢測(cè)、聲發(fā)射檢測(cè)等。在各種診斷方法中,基于振動(dòng)信號(hào)的診斷技術(shù)應(yīng)用Z為廣泛,該技術(shù)分為簡(jiǎn)易診斷法和精密診斷法兩種。
簡(jiǎn)易診斷利用振動(dòng)信號(hào)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(duì)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(hào)處理方法判斷在簡(jiǎn)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(dòng)軸承故障的簡(jiǎn)易診斷法
在利用振動(dòng)對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行簡(jiǎn)易診斷的過(guò)程中,通常是要測(cè)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(shí)測(cè)的振值是否超出了標(biāo)準(zhǔn)給出的界限來(lái)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(dòng)軸承簡(jiǎn)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(shí)測(cè)振值是否超限的量值;
(2)相對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn):是對(duì)軸承的同一部位定期進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè),并按時(shí)間先后進(jìn)行比較,以軸承無(wú)故障的情況下的振值為標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)實(shí)測(cè)振值與該基準(zhǔn)振值之比來(lái)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(hào)的軸承在相同的條件下在同一部位進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè),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(cè)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(dòng)檢測(cè)。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(duì)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(dòng)軸承故障的精密診斷法
滾動(dòng)軸承的振動(dòng)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(duì)應(yīng)有特定的頻率成分。精密診斷的任務(wù),就是要通過(guò)適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理方法將特定的頻率成分分離出來(lái),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(hào)分析法
低頻信號(hào)是指頻率低于8kHz的振動(dòng)。一般測(cè)量滾動(dòng)軸承振動(dòng)時(shí)都采用加速度傳感器,但對(duì)低頻信號(hào)都分析振動(dòng)速度。因此,加速度信號(hào)要經(jīng)過(guò)電荷放大器后由積分器轉(zhuǎn)換速度信號(hào),然后再經(jīng)過(guò)上限截止頻率為8kHz的低通濾波器去除高頻信號(hào),Z后對(duì)其進(jìn)行頻率成分分析,以找到信號(hào)的特征頻率,進(jìn)行診斷。
(2)中、高頻信號(hào)解調(diào)分析法
中頻信號(hào)的頻率范圍為8kHz-20kHz,高頻信號(hào)的頻率范圍為20kHz-80kHz。由于對(duì)中、高頻信號(hào)可直接分析加速度,傳感器信號(hào)經(jīng)過(guò)電荷放大器后,直接通過(guò)高通濾波器去除低頻信號(hào),然后對(duì)其進(jìn)行解調(diào),Z后進(jìn)行頻率分析,以找出信號(hào)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(cè)出來(lái),如果利用油孔能直接測(cè)量軸承外圈溫度,則更為合適。通常,軸承的溫度隨著軸承運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始慢慢上升,1-2小時(shí)后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。軸承的正常溫度因機(jī)器的熱容量、散熱量、轉(zhuǎn)速及負(fù)載而不同。如果潤(rùn)滑、安裝不合適,則軸承溫都會(huì)急驟上升,會(huì)出現(xiàn)異常高溫,這時(shí)必須停止運(yùn)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(rùn)滑劑。有時(shí)軸承過(guò)熱可歸諸于軸承的潤(rùn)滑劑。若軸承在超過(guò)125℃的溫度長(zhǎng)期連轉(zhuǎn)會(huì)降低軸承壽命。引起高溫軸承的原因包括:潤(rùn)滑不足或過(guò)分潤(rùn)滑、潤(rùn)滑劑內(nèi)含有雜質(zhì)、負(fù)載過(guò)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(cè)軸承溫度是有必要的,無(wú)論是量測(cè)軸承本身或其它重要的零件。如果是在運(yùn)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(cè)可藉助于溫度計(jì),例如SKF數(shù)字型溫度計(jì),可精確地測(cè)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(shí),會(huì)造成設(shè)備的停機(jī),因此這類軸承Z好應(yīng)加裝溫度探測(cè)器。正常情況下,軸承在剛潤(rùn)滑或再潤(rùn)滑過(guò)后會(huì)有自然的溫度上升并且持續(xù)一天或二天。
6 潤(rùn)滑劑分析診斷
潤(rùn)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(cè)滾動(dòng)疲勞的一種方法。
將滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑油抽取一部分作為油樣,利用高梯度磁場(chǎng)使流過(guò)該磁場(chǎng)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(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患。鐵譜技術(shù)原則上以鑒定鋼鐵等強(qiáng)磁體為主要目標(biāo),但對(duì)銅等非鐵金屬、砂、有機(jī)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(shí),肯定軸承已開(kāi)始出現(xiàn)疲勞微裂紋。當(dāng)油樣中出現(xiàn)長(zhǎng)度與厚度比為10:1的疲勞剝落顆粒,而長(zhǎng)度大于10μm時(shí),軸承中非正常疲勞磨損已經(jīng)開(kāi)始,當(dāng)長(zhǎng)度大于100μm時(shí),軸承已經(jīng)失效。
第三種疲勞碎屑為長(zhǎng)度與厚度比為30:1的疲勞薄片,其長(zhǎng)度在20-50μm之間,薄片往往帶有空洞。在疲勞開(kāi)始出現(xiàn)時(shí),這種薄片的數(shù)量會(huì)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(cè)
聲發(fā)射檢測(cè)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(kuò)展時(shí),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(cè)、分析聲發(fā)射信號(hào)和利用聲發(fā)射信號(hào)推斷聲發(fā)射源的技術(shù)稱為聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù),其利用物質(zhì)內(nèi)部微粒由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)而以彈性波的形式釋放應(yīng)變能的現(xiàn)象來(lái)識(shí)別和了解物質(zhì)或結(jié)構(gòu)內(nèi)部狀態(tài)。
聲發(fā)射信號(hào)包括突發(fā)型和連續(xù)型兩種。突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào)由區(qū)別于背景噪聲的脈沖組成,且在時(shí)間上可以分開(kāi);連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)的單個(gè)脈沖不可分辨。實(shí)際上,連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)也是由大量小的突發(fā)型信號(hào)組成的,只不過(guò)太密集而不能分辨而已。
滾動(dòng)軸承在運(yùn)行不良的情況下,突發(fā)型和連續(xù)型的聲發(fā)射信號(hào)都有可能產(chǎn)生。軸承各組成部分(內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體以及保持架)接觸面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、碰摩所產(chǎn)生的赫茲接觸應(yīng)力,以及由于失效、過(guò)載等產(chǎn)生的諸如表面裂紋、磨損、壓痕、切槽、咬合、潤(rùn)滑不良造成的的表面粗糙、潤(rùn)滑污染顆粒造成的表面硬邊以及通過(guò)軸承的電流造成的點(diǎn)蝕等故障,都會(huì)產(chǎn)生突發(fā)型的聲發(fā)射信號(hào)。
連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)主要來(lái)源于潤(rùn)滑不良(如潤(rùn)滑油膜的失效、潤(rùn)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(guò)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(shí)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(hào)。
滾動(dòng)軸承在運(yùn)行過(guò)程中,其故障(不管是表面損傷、裂紋還是磨損故障)會(huì)引起接觸面的彈性沖擊而產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào),該信號(hào)蘊(yùn)涵了豐富的碰摩信息,因此可利用聲發(fā)射來(lái)監(jiān)測(cè)和診斷滾動(dòng)軸承故障。
8 振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)
滾動(dòng)軸承故障檢測(cè)的簡(jiǎn)易診斷利用滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)分析故障。診斷的方法可分為簡(jiǎn)易診斷法和精密診斷法兩種。簡(jiǎn)易診斷的目的是為了初步判斷被列為診斷對(duì)象的滾動(dòng)軸承是否出現(xiàn)了故障;精密診斷的目的是要判斷在簡(jiǎn)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(jiǎn)易診斷的幾種方法:
(1)振幅值診斷法。
這里所說(shuō)的振幅值指峰值XP、均值X(對(duì)于簡(jiǎn)諧振動(dòng)為半個(gè)周期內(nèi)的平均值,對(duì)于軸承沖擊振動(dòng)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(jiǎn)單、Z常用的診斷法,它是通過(guò)將實(shí)測(cè)的振幅值與判定標(biāo)準(zhǔn)中給定的值進(jìn)行比較來(lái)診斷的。峰值反映的是某時(shí)刻振幅的Z大值,因而它適用于像表面點(diǎn)蝕損傷之類的具有瞬時(shí)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(diǎn)是檢測(cè)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(duì)時(shí)間平均的,因而它適用于像磨損之類的振幅值隨時(shí)間緩慢變化的故障診斷。
(2)概率密度診斷法。
無(wú)故障滾動(dòng)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(wú)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(shì)。此方法的優(yōu)點(diǎn)在于與軸承的轉(zhuǎn)速、尺寸和載荷無(wú)關(guān),主要適用于點(diǎn)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(dòng)軸承簡(jiǎn)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(dòng)軸承簡(jiǎn)易診斷的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)蝕類故障的診斷。
通過(guò)對(duì)XP/Xrms值隨時(shí)間變化趨勢(shì)的監(jiān)測(cè),可以有效地對(duì)滾動(dòng)軸承故障進(jìn)行早期預(yù)報(bào),并能反映故障的發(fā)展變化趨勢(shì)。當(dāng)滾動(dòng)軸承無(wú)故障時(shí),XP/Xrms,為一較小的穩(wěn)定值;一旦軸承出現(xiàn)了損傷,則會(huì)產(chǎn)生沖擊信號(hào),振動(dòng)峰值明顯增大,但此時(shí)均方根值尚無(wú)明顯的增大,故XP/Xrms增大;當(dāng)故障不斷擴(kuò)展,峰值逐步達(dá)到極限值后,均方根值則開(kāi)始增大,XP/Xrms逐步減小,直至恢復(fù)到無(wú)故障時(shí)的大小。
通過(guò)在關(guān)鍵設(shè)備軸承部件應(yīng)用以上檢測(cè)手段對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)的跟蹤檢測(cè),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。
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