机械故障诊断……第7章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,7-1,滚动轴承失效,的,基本形式,滚动轴承,的磨损,失效,（最,常见,的,失效形式,）,滚动轴承,的,疲劳失效,（,接触负荷,的,反复作用,）,滚动轴承,的,腐蚀失效,（,化学,、电、微振,腐蚀,）,滚动轴承,的压痕,失效,（,塑性变形,）,滚动轴承,的,断裂失效,（,过载,、过速、润滑,不良,、,装配不善,等,产生,的热,应力,所致）,滚动轴承,的,胶合失效,（摩擦热过大所致）, 7 -2,滚动轴承,的,振动诊断,振动诊断原理,：,滚动轴承运动,时，,出现随机性,机械,故障,，其,运转,所,产生,的,随机振动,的,振幅相应增加,。,滚动轴承,的,振动,机理,(1),轴承刚度变化引起,的,振动,(2). 由,滚动轴承,的,运动,副,引起,的,振动,轴承振动,：,既是,随机,的，又,含有滚动,体的,传输振动,，其,主要频率成分,为,滚动轴承,的,特征频率,。,特征频率,：,接触激发,的基频，可由,元件,间的,接触速度关系,方程,求得,。,向心推力球轴承模型,：,外圈不动，内圈与轴,一起旋转,。,1) 内圈,旋转频率,3) 滚珠,自转频率,:,5) 滚珠,通过,内圈,频率,:,(3).,滚动轴承元件,的,固有频率,钢球的,固有频率,轴承,套圈在圈,平面,内,固有频率,为,4).,与滚动轴承安装有关的振动,轴承与轴的歪斜状态,5).,滚动轴承故障,所,产生,的,振动,表面,皱裂,：与,正常振动,的,区别,是,振动振幅,变大了。,表面剥落,：,振动,特点是,频谱中含有低频脉动形式，其能量更为突出,。,2.,滚动轴承振动信号,的,拾取,传感器必须安装,在,轴承载荷,区的,中心,。 要,考虑信号传递通道,的,影响,。图中,A、B、C,分别是单通道、多通道和混响三种情况，通道越多，信号越复杂、失真，不便识别,3.,滚动轴承振动故障识别,-,几种常用,方法,1）概率,密度函数,法,振动信号通过数据处理得到不同形式,的概率,密度函数图形,，由其,图形,的,形式初步确定轴承是否存在故障,，,以及故障,的,形态,和,位置,。,图,a-,图形近似显高斯分布，为带宽随机信号；,图,b-,图形方差较大，但无鞍形，无明显故障；,图,c-,图形特点是数据集中的成分大，在均值左右有较明显的鞍形，低值分散显大，存在划伤现象；,图,d-,图形方差值很大，数据非常分散，是明显的疲劳特征,图,a-,图形近似显高斯分布，为带宽随机信号；,图,b-,图形方差较大，但无鞍形，无明显故障；,图,c-,图形特点是数据集中的成分大，在均值左右有较 明显的鞍形，低值分散显大，存在划伤现象；,图,d-,图形方差值很大，数据非常分散，是明显的疲劳特征,（2）,振幅,监测法,有效值,和峰值,判别,法：,有效值反映 振动能量,的,大小,，,判别轴承是否正常,；,峰值,用于,瞬态,冲击振动,的,判别,。,波峰,系数法：,（,波峰,系数=峰值/,有效值,）,正常,时，,波峰,系数=5,左右,，,不,正常,时，,波峰,系数=几十,谐振信号接受,法：,监测,频率,为3040kHz,正常时，监测频率内轴承与传感器不出现共振峰，不正常时，则出现共振峰。,3）频谱,分析,法,基频,识别,：,在频谱上根据,特征频率变化判别故障,。,图,a,为有外环划伤故障的轴承频谱图， 图,b,无故障，对比可知：有故障轴承有较大的周期成分，其基频为184.2,Hz，,并有184.2,Hz,的5个谐波,。,谐频,识别,：,根据谐频,间距判别故障,。,在,分辨率较高,的,功率,谱中,时常见到均匀,的棒线或尖峰，,细心测量,其,间距大小可以判别什么部位发生故障,。缺点：,误差较大,。*,边频,识别,：,根据,故障频率附近围绕,的一族,频率,（,习惯,上,称为,边频,）,判别故障,。,例如,，内圈,故障,的边频为,f,Bi,nf,i,其中,f,Bi,为滚珠通过内圈频率，,f,i,为内圈旋转频率。,倒频谱法：,应用,于,复杂振动情况,。,例如,：图,a,是内圈轨道上有疲劳损伤和滚子有凹陷的轴承的振动时间历程；图,b,是其频谱图，该图不便识别故障；图,c,是其倒频谱图，明显可以看出有106,Hz,及26.39,Hz,成分，理论上计算滚子故障频率为106.35,Hz,及内圈故障频率为26.35,Hz，,两者非常接近,4）包络法,问题,？,以上,频谱,分析,的,信息,是机械,振动,的,低频信息,，,一般,都,避开,了,传感器可能产生,的自振。当有,缺陷轴承运行引起脉动,时，将使,传感器本身,以,固有频率产生高频振动,，其幅值,受到脉动激发,力的,调制,，并用,适当,的,滤波器,滤除，如图,a。,包络法原理：,选择传感器的一阶谐振频率区作为监测频带，经放大，并将其它低频分量滤除后送入峰值跟踪器解调，即可得到原来的低频脉动信号，再经谱分析获得要求的功率谱，如图,b,低频信号接受,法与包络法的,比较,谱图：,图a、c,分别为轴承正常状态下运行时，用低频信号接受法和包络法得到的谱图；图,b、d,分别为轴承缺陷状态下运行时，用低频信号接受法和包络法得到的谱图。,正常状态下：,包络法没有明显的谱峰，而低频信号接受法有各类干扰存在的谱峰；,缺陷状态下：,对照谱图,c、d，,其差异十分明显，包络法将与故障有关的信号从高频调制信号中取出，从而避免了与其它低频信号干扰的混淆，故有较高的灵敏度和诊断可靠性。,谱图：,图a、c,分别为轴承正常状态下运行时，用低频信号接受法和包络法得到的谱图；图,b、d,分别为轴承缺陷状态下运行时，用低频信号接受法和包络法得到的谱图。,正常状态下：,包络法没有明显的谱峰，而低频信号接受法有各类干扰存在的谱峰；,缺陷状态下：,对照谱图,c、d，,其差异十分明显，包络法将与故障有关的信号从高频调制信号中取出，从而避免了与其它低频信号干扰的混淆，故有较高的灵敏度和诊断可靠性。,5）,冲击脉冲,法,冲击脉冲,法,原理,：,利用传感器,监测,运转,着的,轴承,的,冲击脉冲,，用,谐振调解,法从,传感器拾取,的,信号,中,提取冲击信号,。,利用冲击波形最大,值,P（,图,a），,或波形平均值,A（,图,b），,或两者的组合值,P/A（,图,c、d）,与正常轴承的相应指标比较来判别异常。,滚动轴承安装,过紧或过松,