机械故障诊断技术 第六章 滚动轴承的与故障诊断.ppt

滚动轴承的振动测量与简易诊由于滚动轴承的故障信号具有冲击振动的特点，频率极高，衰减较快，因此利用振动信号对其进行监测诊断时，应根据其振动特点，有针对性地采取一些措施和方法。*一、测点的选择

?????滚动轴承因故障引起的冲击振动由冲击点以半球面波方式向外传播，通过轴承零件、轴承座传到箱体或机架。由于冲击振动所含的频率很高，每通过零件的界面传递一次，其能量损失约80％。因此，测量点应尽量靠近被测轴承的承载区，应尽量减少中间传递环节，探测点离轴承外圈的距离越近越直接越好。

*图1表示了传感器位置对故障检测灵敏度的影响。在图1(a)中，假如传感器放在承载方向时为100%，则在承载方向士45°方向上降为95％（-5dB），在轴向则降为22%-25%（-12～13dB）。在图1(b)中，当止推轴承发生故障产生冲击并向外散发球面波时，假如在轴承盖正对故障处的读数为100%，则在轴承座轴向的读数降为5%（-19dB)。在图1(c)和(d)中给出了传感器安装的正确位置和错误位置，较粗的弧线表示振动较强烈的部位，较细的弧线表示因振动波通过界面衰减导致振动减弱的情形。*由于滚动轴承的振动在不同方向上反映出不同的特性，因此应尽量考虑在水平（x）、垂直（y）和轴向（z）三个方向上进行振动检测，但由于设备构造、安装条件的限制，或出于经济方面的考虑，不可能在每个方向上都进行检测，这时可选择其中的两个方向进行检测。

*二、传感器的选择与固定方式

?????根据滚动轴承的结构特点，使用条件不同，它所引起的振动可能是频率约为1kHz以下的低频脉动（通过振动），也可能是频率在1kHz以上，数千赫乃至数十千赫的高频振动（固有振动），通常情况下是同时包含了上述两种振动成分。检测滚动轴承振动速度和加速度信号时应同时覆盖或分别覆盖上述两个频带，必要时可以采用滤波器取出需要的频率成分。考虑到滚动轴承多用于中小型机械，其结构通常比较轻薄，因此，传感器的尺寸和重量都应尽可能地小，以免对被测对象造成影响，改变其振动频率和振幅大小。

?????滚动轴承的振动属于高频振动，对于高频振动的测量，传感器的固定采用手持式方法显然不合适，一般也不推荐磁性座固定，建议采用钢制螺栓固定，这样不仅谐振频率高，可以满足要求，而且定点性也好，对于衰减较大的高频振动，可以避免每次测量的偏差，使数据具有可比性。

*三、分析谱带的选择

?????滚动轴承的故障特征在不同频带上都有反映，因此，可以利用不同的频带，采用不同的方法对轴承的故障做出诊断*1．低频段

?????在滚动轴承的故障诊断中，低频率段指1kHz以下的频率范围。

?????一般可以采用低通滤波器（例如截止频率fb≤1kHz）滤去高频成分后再作频谱分析。由于轴承的故障特征频率（通过频率）通常都在1kHz以下，此法可直接观察频谱图上相应的特征谱线，做出判断。由于在这个频率范围容易受到机械及电源干扰，并且在故障初期反映故障的频率成分在低频段的能量很小，因此，信噪比低，故障检测灵敏度差，目前已较少采用。

*2．中频段

?????在滚动轴承的故障诊断中，中频段指1～20kHz频率范围。同样，利用该频率时也可以使用滤波器。

?????(1)高通滤波器

?????使用截止频率为1kHz的高通滤波器滤去1kHz以下的低频成分，以消除机械干扰；然后用信号的峰值、RMS值或峭度系数作为监测参数。许多简易的轴承监测仪器仪表都采用这种方式。

?????(2)带通滤波器

?????使用带通滤波器提取轴承零件或结构零件的共振频率成分，用通带内的信号总功率作为监测参数，滤波器的通带截止频率根据轴承类型及尺寸选择，例如对309球轴承，通带中心频率为2.2kHz左右，带宽可选为1～2kHz。*3．高频段

?????在滚动轴承的故障诊断中，高频率段指20～80kHz频率范围。

?????由于轴承故障引起的冲击有很大部分冲击能量分布在高频段，如果采用合适的加速度传感器和固定方式保证传感器较高的谐振频率，利用传感器的谐振或电路的谐振增强所得到衰减振动信号，对故障诊断非常有效。瑞典的冲击脉冲计（SPM）就是利用这个频段。*2．滚动轴承的特征频率

?????为分析轴承各部运动参数，先做如下假设：

????(1)滚道与滚动体之间无相对滑动；

???(2)承受径向、轴向载荷时各部分无变形；

????(3)内圈滚道回转频率为fi;

????(4)外圈滚道回转频率为fO;

????(5)保持架回转频率（即滚动体公转频率为fc）。*滚动轴承工作时各点的转动速度如下：

????内滑道上一点的速度为：Vi=2πr1fi=πfi(D-dcosa)