滾動軸承故障診斷的實(shí)用技巧

摘要：本文主要介紹滾動軸承區(qū)別于實(shí)驗(yàn)室診斷的生產(chǎn)實(shí)用技巧。

關(guān)鍵詞：滾動軸承、故障診斷、振動分析、實(shí)用技巧

    滾動軸承在設(shè)備中的應(yīng)用非常廣泛，滾動軸承狀態(tài)好壞直接關(guān)系到旋轉(zhuǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，尤其在連續(xù)性大生產(chǎn)企業(yè)，大量應(yīng)用于大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備重要部位，因此，實(shí)際生產(chǎn)中作好滾動軸承狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是搞好設(shè)備維修與管理的重要環(huán)節(jié)。我們經(jīng)過長期實(shí)踐與摸索，積累了一些滾動軸承實(shí)際故障診斷的實(shí)用技巧。

一、滾動軸承故障診斷的方式及要點(diǎn)
    對滾動軸承進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的實(shí)用方法是振動分析。
    實(shí)用中需注意選擇測點(diǎn)的位置和采集方法。要想真實(shí)準(zhǔn)確反映滾動軸承振動狀態(tài)，必須注意采集的信號準(zhǔn)確真實(shí)，因此要在離軸承*近的地方安排測點(diǎn)，在電機(jī)自由端一般有后風(fēng)扇罩，其測點(diǎn)選擇在風(fēng)扇罩固定螺絲有較好監(jiān)測效果。另外必須注意對振動信號進(jìn)行多次采集和分析，綜合進(jìn)行比較。才能得到準(zhǔn)確結(jié)論。

二、滾動軸承正常運(yùn)行的特點(diǎn)與實(shí)用診斷技巧
    我們在長期生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)，滾動軸承在其使用過程中表現(xiàn)出很強(qiáng)的規(guī)律性，并且重復(fù)性非常好。正常上等軸承在開始使用時(shí)，振動和噪聲均比較小，但頻譜有些散亂，幅值都較小，見圖1，可能是由于制造過程中的一些缺陷，如表面毛刺等所致。

圖1 某電機(jī)滾動軸承振動波形或頻譜
 

    運(yùn)動一段時(shí)間后，振動和噪聲維持一定水平，頻譜非常單一，僅出現(xiàn)一、二倍頻。極少出現(xiàn)三倍工頻以上頻譜，見圖2，軸承狀態(tài)非常穩(wěn)定，進(jìn)入穩(wěn)定工作期。

圖2 某電機(jī)滾動軸承振動波形或頻譜

    繼續(xù)運(yùn)行后進(jìn)入使用后期，軸承振動和噪聲開始增大，有時(shí)出現(xiàn)異音，但振動增大的變化較緩慢，此時(shí)，軸承峭度值開始突然達(dá)到一定數(shù)值。見圖3。我們認(rèn)為，此時(shí)軸承即表現(xiàn)為初期故障。

圖3 某電機(jī)滾動軸承振動波形和頻譜

    這時(shí)，就要求對該軸承進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測，密切注意其變化。此后，軸承峭度值又開始快速下降，并接近正常值，而振動和噪聲開始顯著增大，其增大幅度開始加快，當(dāng)振動超過振動標(biāo)準(zhǔn)時(shí)(如ISO2372標(biāo)準(zhǔn))，其軸承峭度值也開始快速增大，當(dāng)既超過振動標(biāo)準(zhǔn)，而峭度值也超過正常值(可用峭度相對標(biāo)準(zhǔn))時(shí)，見圖4，我們認(rèn)為軸承已進(jìn)入晚期故障產(chǎn)，需及時(shí)檢修設(shè)備，更換滾動軸承。

圖4 某電機(jī)滾動軸承振動波形或頻譜

    軸承表現(xiàn)出晚期故障特征到出現(xiàn)嚴(yán)重故障(一般為軸承損壞如抱軸、**、沙架散裂、滾道、珠粒磨損等)時(shí)間大都不超過一周，設(shè)備容量越大，轉(zhuǎn)速越快，其間隔時(shí)間越短。因此，在實(shí)際滾動軸承故障診斷中，一旦發(fā)現(xiàn)晚期故障特征，應(yīng)果斷判斷軸承存在故障，盡快安排檢修。

三、滾動軸承異常運(yùn)行特點(diǎn)及診斷技巧
    現(xiàn)在由于假冒偽劣軸承難免會進(jìn)入企業(yè)和設(shè)備，而這些流動軸承造成的嚴(yán)重故障往往是突發(fā)的，災(zāi)難性的。如軸承保持架突然斷裂、軸承內(nèi)外圈突燃斷裂等，這些故障將造成轉(zhuǎn)子抱軸，重者導(dǎo)致轉(zhuǎn)子或設(shè)備報(bào)廢。近幾年我們在實(shí)際中經(jīng)常遇到此類情況。因此，在實(shí)際監(jiān)測與診斷中，必須盡快診斷出滾動軸承狀態(tài)好壞，并及時(shí)更換偽劣軸承，避免大事故發(fā)生。我們在大量的此類事故中，也積累了一些實(shí)用技巧，就是此類軸承在安裝后運(yùn)行初期，監(jiān)測其振動狀態(tài)，并進(jìn)行頻譜分析。我們發(fā)現(xiàn)軸承在運(yùn)行初期，其頻譜有其獨(dú)特特點(diǎn)，即設(shè)備工頻一般不占主要成份。但振動總值不大，見圖5，用振動標(biāo)準(zhǔn)(如ISO2372標(biāo)準(zhǔn))判斷振動是合格的。

圖5 某電機(jī)滾動軸承振動波形或頻譜

    此時(shí)，就要引起我們警惕，這種狀態(tài)即表現(xiàn)為軸承部件存在缺陷等，其失效往往非?？於曳浅Ｍ蝗?。上例即在測完此圖后兩小時(shí)轉(zhuǎn)子抱軸。
    在診斷這些假冒偽劣軸承故障時(shí)，要注意多積累平時(shí)上等軸承在設(shè)備上正常運(yùn)行的頻譜和振動時(shí)域情況，便于在出現(xiàn)此類異常頻譜時(shí)能及時(shí)判斷出軸承故障，避免設(shè)備事故。

四、實(shí)用的滾動軸承快速診斷技巧
    我們在實(shí)際狀態(tài)監(jiān)測中，往往只需判斷滾動軸承好壞，能用多長時(shí)間，而精密分析及診斷中診斷軸承某個(gè)部位故障往往實(shí)用性不大。實(shí)用中精密診斷由于受工況等因素影響，時(shí)常找不出滾動軸承對應(yīng)的特征頻率。雖然近幾年發(fā)展出的小波分析與快速共振動解調(diào)分析技術(shù)比較準(zhǔn)確，但所需設(shè)備投入較大，還需進(jìn)行較多分析，現(xiàn)場故障診斷人員一般較少應(yīng)用。我們在實(shí)用診斷上采取有量綱參數(shù)與無量綱參數(shù)結(jié)合判斷進(jìn)行軸承快速故障診斷，即采用頻譜分析中頻率振動速度，結(jié)合軸承峭度值進(jìn)行綜合診斷。當(dāng)兩個(gè)條件均超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，我們判斷軸承存在故障。如圖6

圖6 某電機(jī)滾動軸承振動波形或頻譜

    這種判斷方法經(jīng)過三年的實(shí)踐，證明對滾動軸承的故障診斷是非常實(shí)用的。判斷快速、準(zhǔn)確，準(zhǔn)確率超過90%。診斷出來的軸承基本上均處于后期故障階段，具有非常好的經(jīng)濟(jì)效益。
    另外，當(dāng)監(jiān)測到滾動軸承低頻振動非常大的時(shí)候，排除機(jī)組不對中、不平衡、結(jié)構(gòu)松動、基礎(chǔ)共振結(jié)構(gòu)性因素后，即使無滾動軸承特征頻率，應(yīng)果斷判斷滾動軸承故障進(jìn)行檢修，見圖7。

圖7 某電機(jī)滾動軸承振動波形或頻譜

五、實(shí)用的滾動軸承頻譜分析與診斷技巧
    現(xiàn)在數(shù)據(jù)采集器使用已比較普遍。但在實(shí)用中注意一下技巧。對于振動不大，軸承峭度不大，頻譜復(fù)雜的振動信號，在現(xiàn)場難以判斷有無故障情況時(shí)，我們將振動信號采集回來，傳到計(jì)算機(jī)進(jìn)行精密分析。此時(shí)，先進(jìn)行常規(guī)分析，檢查振動速度頻譜和軸承峭度是否接近標(biāo)準(zhǔn)，而后用功率譜考察振動能量是否超標(biāo)，若功率譜不大，觀察頻譜中各種頻率成份。若譜線對應(yīng)頻率工頻整倍，則應(yīng)著重查找機(jī)組結(jié)構(gòu)方面的故障；若為工頻分?jǐn)?shù)倍，出現(xiàn)較多小數(shù)位頻率，則應(yīng)著重查找軸承牲頻率，若有，則軸承存在的故障，若無，排除其它部件故障后需引起警惕，加強(qiáng)監(jiān)測。實(shí)際發(fā)現(xiàn)許多振動不超標(biāo)，而出現(xiàn)軸承故障事例。一旦出現(xiàn)軸承特征頻率或接近軸承特征頻率頻譜，則應(yīng)判斷軸承存在故障，而后根據(jù)幅值大小，可作趨勢分析或安排檢修。見圖8

圖8 某電機(jī)滾動軸承振動波形或頻譜