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1、徐伟 状态监测轴承诊断技术培训滚 动 轴 承 故 障 诊 断20052005第二版第二版版权所有版权所有 违者必究违者必究1徐伟 状态监测轴承诊断技术培训轴承故障原因及其解决n n过负荷过负荷 引起过早疲劳，（包括过紧配合，布式引起过早疲劳，（包括过紧配合，布式硬度凹痕和预负荷）硬度凹痕和预负荷） 减少负荷或重新设计减少负荷或重新设计n n过热过热 征兆是滚道，球和保持架变色，从金色征兆是滚道，球和保持架变色，从金色变为蓝色变为蓝色 温度超过温度超过400400F F使滚道和滚动体材料退使滚道和滚动体材料退火火 硬度降低导致轴承承重降低和早期失效硬度降低导致轴承承重降低和早期失效 严重情况下引
2、起变形，另外温升降低和严重情况下引起变形，另外温升降低和破坏润滑性能破坏润滑性能2徐伟 状态监测轴承诊断技术培训轴承故障原因及其解决n n布式硬度凹痕布式硬度凹痕 当负荷超过滚道的弹性极限时产生当负荷超过滚道的弹性极限时产生 滚道上的凹痕增加振动（噪声）滚道上的凹痕增加振动（噪声） 任何静态过负荷和严重冲击产生布式凹任何静态过负荷和严重冲击产生布式凹痕痕n n伪布式凹痕伪布式凹痕 在每个滚珠位置产生的椭圆形磨损凹痕，在每个滚珠位置产生的椭圆形磨损凹痕，光滑，有明显边界，周围有磨削光滑，有明显边界，周围有磨削 表明严重的外部振动表明严重的外部振动 隔振和使用抗摩添加剂隔振和使用抗摩添加剂3徐伟
3、状态监测轴承诊断技术培训轴承故障原因及其解决n n正常疲劳失效正常疲劳失效 疲劳失效指滚道和滚动体上发生疲劳失效指滚道和滚动体上发生碎裂，并随之产生材料碎片脱落碎裂，并随之产生材料碎片脱落 这种疲劳为逐渐发生，一旦开始这种疲劳为逐渐发生，一旦开始则迅速扩展，并伴随明显的振动则迅速扩展，并伴随明显的振动增加增加 更换轴承，和设计有更长疲劳寿更换轴承，和设计有更长疲劳寿命的轴承命的轴承4徐伟 状态监测轴承诊断技术培训轴承故障原因及其解决n n反向载荷反向载荷 角接触轴承的设计只接受一个方角接触轴承的设计只接受一个方向的轴向载荷向的轴向载荷 当方向相反时，外圈的椭圆接触当方向相反时，外圈的椭圆接触区
4、域被削平。区域被削平。 结果是应力增加，温度升高，并结果是应力增加，温度升高，并产生振动增大和轴承早期失效产生振动增大和轴承早期失效5徐伟 状态监测轴承诊断技术培训轴承故障原因及其解决n n污染污染 污染是轴承失效的主要原因之一污染是轴承失效的主要原因之一 污染的征兆是在滚道和滚动体表面有点痕，污染的征兆是在滚道和滚动体表面有点痕，导致振动加大和磨损导致振动加大和磨损 清洁环境，工具，规范操作。新轴承的储清洁环境，工具，规范操作。新轴承的储运。运。n n润滑油失效润滑油失效 滚道和滚子的变色（蓝、棕）是润滑失效滚道和滚子的变色（蓝、棕）是润滑失效的征兆，随之产生滚道、滚子和保持架磨的征兆，随之
5、产生滚道、滚子和保持架磨损，导致过热和严重故障。损，导致过热和严重故障。 滚动轴承的正常运行取决于各部件间存在滚动轴承的正常运行取决于各部件间存在良好油膜良好油膜 失效常常由润滑不足和过热引起失效常常由润滑不足和过热引起6徐伟 状态监测轴承诊断技术培训轴承故障原因及其解决n n腐蚀腐蚀 其征兆是在滚道、滚子、保其征兆是在滚道、滚子、保持架或其他位置出现红棕色持架或其他位置出现红棕色区域区域 原因是轴承接触腐蚀性流体原因是轴承接触腐蚀性流体和气体和气体 严重情况下，腐蚀引起轴承严重情况下，腐蚀引起轴承早期疲劳失效早期疲劳失效 除掉腐蚀流体，尽可能使用除掉腐蚀流体，尽可能使用整体密封轴承整体密封轴
6、承7徐伟 状态监测轴承诊断技术培训轴承故障原因及其解决n n不对中不对中 不对中的征兆是滚珠在滚道上产不对中的征兆是滚珠在滚道上产生的磨痕与滚道边缘不平行生的磨痕与滚道边缘不平行 如果不对中超过如果不对中超过0.0010.001in/inin/in，会产会产生轴承和轴承座异常温升，和保生轴承和轴承座异常温升，和保持架球磨损持架球磨损n n配合松动配合松动 配合松动导致配合部件的相对运配合松动导致配合部件的相对运动，如果这个相对运动轻微但不动，如果这个相对运动轻微但不间断，则产生磨损间断，则产生磨损 这种磨损产生颗粒，并氧化成特这种磨损产生颗粒，并氧化成特殊的棕色。这导致研磨和松动加殊的棕色。这
7、导致研磨和松动加大。大。 如果松动增大到内圈或外圈的显如果松动增大到内圈或外圈的显著运动，安装表面（孔径，外径著运动，安装表面（孔径，外径和侧面）将磨损和发热，引起噪和侧面）将磨损和发热，引起噪声和胱动。声和胱动。8徐伟 状态监测轴承诊断技术培训 滚动轴承故障承故障发展展过程的四程的四阶段段 通常约百分之八十至九十的轴承寿命通常约百分之八十至九十的轴承寿命12341X234阶段轴承剩余寿命的百分之十至二十阶段轴承剩余寿命的百分之五至十阶段轴承剩余寿命的百分之一至五阶段一小时至轴承剩余寿命的百分之一灾难性破坏灾难性破坏累积的损伤时间 滚动轴承四种类型故障频率 1.随机的，超声频率-gSE ,HF
8、D ,SPM； 2.轴承零部件自振频率-500至2000赫兹范围，与转速无关； 3旋转的故障频率-内环BPFI，外环BPFO，滚动体BSF和保 持架FTF故障频率 4.和频与差频-轴承若干故障频率之间及其它振源频率相加或相减得出的频率9徐伟 状态监测轴承诊断技术培训滚动轴滚动轴承故障承故障承故障承故障发发展展展展过过程的四程的四程的四程的四阶阶段中典型特征段中典型特征段中典型特征段中典型特征第一阶段第一阶段第一阶段第一阶段：1 1噪声正常；噪声正常；2.2.温度正常；温度正常；3.3.可用超声，振动尖峰能量可用超声，振动尖峰能量gSEgSE声发声发射测量出来，轴承外环有缺陷；射测量出来，轴承外
9、环有缺陷；4.4.振动总量较小，无离散的轴承故障频率尖振动总量较小，无离散的轴承故障频率尖峰；峰；5.5.轴承剩余寿命大于轴承剩余寿命大于B-10B-10规定的百分之十。规定的百分之十。第二阶段第二阶段第二阶段第二阶段：1.1.噪声略增大；噪声略增大；2.2.温度正常；温度正常；3.3.超声，声发射，振动尖峰能量超声，声发射，振动尖峰能量gSEgSE明显增大，轴承外环有缺陷；明显增大，轴承外环有缺陷；4.4.振动总量略增大振动总量略增大( (振动加速度总量和振振动加速度总量和振动速度总量动速度总量) )；5.5.在对数刻度的频谱上可清楚地看到轴承故障频率，而在线在对数刻度的频谱上可清楚地看到轴
10、承故障频率，而在线性刻度的频谱上则很难看到；噪声地平明显提高；性刻度的频谱上则很难看到；噪声地平明显提高；6.6.轴承剩余寿命大于轴承剩余寿命大于B-B-1010规定的百分之五。规定的百分之五。第三阶段第三阶段第三阶段第三阶段：1.1.可以听到噪声；可以听到噪声；2.2.温度略升高；温度略升高；3.3.非常高的超声，声发射，振非常高的超声，声发射，振动尖峰能量动尖峰能量gSEgSE，轴承外环有故障；轴承外环有故障；4.4.振动加速度总量和振动速度总量大增；振动加速度总量和振动速度总量大增；5.5.在线性刻度频谱上清楚地看出轴承故障频率及其谐波频率和边带频率；在线性刻度频谱上清楚地看出轴承故障频
11、率及其谐波频率和边带频率；6.6.振动频谱的噪声地平明显提高；振动频谱的噪声地平明显提高；7. .7. .轴承剩余寿命大于轴承剩余寿命大于B-10B-10规定的百分之一。规定的百分之一。第四阶段第四阶段第四阶段第四阶段：1.1.噪声的强度改变；噪声的强度改变；2.2.温度明显升高；温度明显升高；3.3.超声，声发射，振动尖超声，声发射，振动尖峰能量峰能量gSEgSE迅速增大，随后逐渐减小，轴承外环处于损坏之前的故障状态；迅速增大，随后逐渐减小，轴承外环处于损坏之前的故障状态；4.4.振动速度总量和振动位移总量明显增大，振动加速度总量减小；振动速度总量和振动位移总量明显增大，振动加速度总量减小；
12、5.5.频率较频率较低的轴承故障频率尖峰占优势，振动频谱中噪声地平非常高；低的轴承故障频率尖峰占优势，振动频谱中噪声地平非常高；6.6.轴承剩余寿轴承剩余寿命大于命大于B-10B-10规定的百分之零点二。规定的百分之零点二。 10徐伟 状态监测轴承诊断技术培训 滚动轴承故障四种类型频率 第第 一一 种种 频频 率率 ： 随机的，超声频率随机的，超声频率 - - 振动尖峰能量振动尖峰能量( ( g SE )g SE )，高频加速度高频加速度( ( HFD)HFD)和冲击脉冲和冲击脉冲( ( SPM )SPM )；第二种频率：第二种频率： 轴承零部件的自振频率轴承零部件的自振频率 - - 在在50
13、0500到到20002000赫兹频率赫兹频率 范围内，与转速范围内，与转速无关无关 ；第三种频率：第三种频率：旋转的故障频率旋转的故障频率 - - 轴承的内环故障轴承的内环故障( (BPFI)BPFI)，外环外环 故障故障( (BPFO)BPFO)，滚动体故障滚动体故障( (BSF)BSF)和保持架故障和保持架故障( (FTF)FTF)；第四种频率第四种频率 ：和频与差频和频与差频 - - 轴承的若干故障频率之间及与其它轴承的若干故障频率之间及与其它 振源频率之间振源频率之间相加或相减相加或相减 11徐伟 状态监测轴承诊断技术培训 滚动轴承故障发展的四个阶段 n n 第 一 阶 段 ：滚动轴承
14、故障初始阶段 n n 第 二 阶 段 ：滚动轴承轻微故障阶段n n 第 三 阶 段 ：滚动轴承宏观故障阶段n n 第 四 阶 段 ：滚动轴承故障最后阶段 12徐伟 状态监测轴承诊断技术培训滚滚滚滚动动动动轴轴轴轴承承承承故故故故障障障障发发发发展展展展的的的的四四四四个个个个阶阶阶阶段段段段 n n 第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段第四阶段第四阶段13徐伟 状态监测轴承诊断技术培训 滚滚动动轴轴承承故故障障发发展展的的四四个个阶阶段段 n n 第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段第四阶段第四阶段A.仅出现滚动轴承故障频率(没有1X边带频率)B.滚动轴承跑道圆周上出现
15、轻微磨损时，便出现轴承故障频率的谐波频率C.磨损明显时轴承故障频率两侧出现1X转速边带频率，还可出现其它的轴承故障频率只是 g SE有明显指示g SE明显增大，开始出现轴承零件共振频率并伴有1X转速频率边带 gSE本阶段开始时减小，卡死前可能剧增。出现高频随机谱，轴承寿命成问题。14徐伟 状态监测轴承诊断技术培训 滚动轴承故障发展的第一阶段 n n噪噪噪噪 声声声声 正正正正 常常常常 n n轴轴轴轴 承承承承 温温温温 度度度度 正正正正 常常常常n n可可可可 以以以以 用用用用 超超超超 声声声声 ， 振振振振 动动动动 尖尖尖尖 峰峰峰峰 能能能能 量量量量 ， 声声声声 发发发发 射
16、射射射 测测测测 量量量量 出出出出 来来来来 ， 轴轴轴轴 承承承承 外外外外 环环环环 有有有有 缺缺缺缺 陷陷陷陷 n n振振振振 动动动动 总总总总 量量量量 比比比比 较较较较 小小小小 。 无无无无 离离离离 散散散散 的的的的 轴轴轴轴 承承承承 故故故故 障障障障 频频频频 率率率率 尖尖尖尖 峰峰峰峰 n n轴轴轴轴 承承承承 剩剩剩剩 余余余余 寿寿寿寿 命命命命 大大大大 于于于于 B-10 B-10 规规规规 定定定定 的的的的 百百百百 分分分分 之之之之 十十十十 ( ( 注注注注 ) )n n 注注 ： 基基 于于 百百 分分 之之 九九 十十 的的 置置 信信
17、度度 15徐伟 状态监测轴承诊断技术培训 滚动轴承故障发展的第二阶段 n n噪噪噪噪 声声声声 略略略略 增增增增 大大大大 n n轴轴轴轴 承承承承 温温温温 度度度度 正正正正 常常常常 n n超超超超 声声声声 ， 声声声声 发发发发 射射射射 ， 振振振振 动动动动 尖尖尖尖 峰峰峰峰 能能能能 量量量量 有有有有 大大大大 的的的的 增增增增 大大大大 ， 轴轴轴轴 承承承承 外外外外 环环环环 有有有有 缺缺缺缺 陷陷陷陷 n n振振振振 动动动动 总总总总 量量量量 略略略略 增增增增 大大大大 ( ( 振振振振 动动动动 加加加加 速速速速 度度度度 总总总总 量量量量 和和和
18、和 振振振振 动动动动 速速速速 度度度度 总总总总 量量量量 ) )n n在在在在 对对对对 数数数数 频频频频 谱谱谱谱 上上上上 可可可可 清清清清 楚楚楚楚 地地地地 看看看看 到到到到 轴轴轴轴 承承承承 故故故故 障障障障 频频频频 率率率率 ， 而而而而 在在在在 线线线线 性性性性 频频频频 谱谱谱谱 上上上上 难难难难 以以以以 看看看看 到到到到 ； 噪噪噪噪 声声声声 地地地地 平平平平 明明明明 显显显显 提提提提 高高高高 n n轴轴轴轴 承承承承 剩剩剩剩 余余余余 寿寿寿寿 命命命命 小小小小 于于于于 B-10 B-10 规规规规 定定定定 的的的的 百百百百
19、分分分分 之之之之 五五五五 ( ( 注注 ) )n n 注注 ： 基基 于于 百百 分分 之之 九九 十十 的的 置置 信信 度度 16徐伟 状态监测轴承诊断技术培训 滚动轴承故障发展的第三阶段 n n可可可可 以以以以 听听听听 到到到到 噪噪噪噪 声声声声 n n轴轴轴轴 承承承承 温温温温 度度度度 略略略略 升升升升 高高高高 n n非非非非 常常常常 高高高高 的的的的 超超超超 声声声声 ， 声声声声 发发发发 射射射射 ， 振振振振 动动动动 尖尖尖尖 峰峰峰峰 能能能能 量量量量 ， 轴轴轴轴 承承承承 外外外外 环环环环 有有有有 故故故故 障障障障 n n振振振振 动动动
20、动 加加加加 速速速速 度度度度 总总总总 量量量量 和和和和 振振振振 动动动动 速速速速 度度度度 总总总总 量量量量 有有有有 大大大大 的的的的 增增增增 大大大大 n n在在在在 线线线线 性性性性 频频频频 谱谱谱谱 上上上上 清清清清 楚楚楚楚 地地地地 看看看看 出出出出 轴轴轴轴 承承承承 故故故故 障障障障 频频频频 率率率率 及及及及 其其其其 谐谐谐谐 波波波波 频频频频 率率率率 和和和和 边边边边 带带带带 频频频频 率率率率 n n振振振振 动动动动 频频频频 谱谱谱谱 的的的的 噪噪噪噪 声声声声 地地地地 平平平平 明明明明 显显显显 提提提提 高高高高 n
21、n轴轴轴轴 承承承承 剩剩剩剩 余余余余 寿寿寿寿 命命命命 小小小小 于于于于 不不不不 B-10 B-10 规规规规 定定定定 的的的的 百百百百 分分分分 之之之之 一一一一 ( ( 注注 ) ) n n 注注 ： 基基 于于 百百 分分 之之 九九 十十 的的 置置 信信 度度 17徐伟 状态监测轴承诊断技术培训 滚动轴承故障发展的第四阶段 n n噪噪噪噪 声声声声 的的的的 强强强强 度度度度 改改改改 变变变变 n n轴轴轴轴 承承承承 的的的的 温温温温 度度度度 明明明明 显显显显 升升升升 高高高高 n n超超超超 声声声声 ， 声声声声 发发发发 射射射射 ， 振振振振 动
22、动动动 尖尖尖尖 峰峰峰峰 能能能能 量量量量 迅迅迅迅 速速速速 增增增增 大大大大 ， 随随随随 后后后后 逐逐逐逐 渐渐渐渐 减减减减 小小小小 ， 轴轴轴轴 承承承承 外外外外 环环环环 处处处处 在在在在 损损损损 坏坏坏坏 之之之之 前前前前 的的的的 故故故故 障障障障 状状状状 态态态态 n n振振振振 动动动动 速速速速 度度度度 总总总总 量量量量 和和和和 振振振振 动动动动 位位位位 移移移移 总总总总 量量量量 明明明明 显显显显 增增增增 大大大大 ， 振振振振 动动动动 加加加加 速速速速 度度度度 总总总总 量量量量 反反反反 而而而而 减减减减 小小小小n n
23、出出出出 现现现现 较较较较 低低低低 频频频频 率率率率 的的的的 轴轴轴轴 承承承承 故故故故 障障障障 频频频频 率率率率 尖尖尖尖 峰峰峰峰 且且且且 占占占占 优优优优 势势势势 n n振振振振 动动动动 频频频频 谱谱谱谱 中中中中 噪噪噪噪 声声声声 地地地地 平平平平 非非非非 常常常常 高高高高 n n轴轴轴轴 承承承承 剩剩剩剩 余余余余 寿寿寿寿 命命命命 小小小小 于于于于 B-10 B-10 规规规规 定定定定 的的的的 百百百百 分分分分 之之之之 零零零零 点点点点 二二二二 ( (注注 ： 基基 于于 百百 分分 之之 九九 十十 的的 置置 信信 度度) )
24、18徐伟 状态监测轴承诊断技术培训滚滚滚滚 动动动动 轴轴轴轴 承承承承 故故故故 障障障障 发发发发 展展展展 第第第第 一一一一 和和和和 第第第第 二二二二 阶阶阶阶 段段段段 gSE gSE gSE gSE 和和和和 频频频频 谱谱谱谱 特特特特 征征征征 的的的的 比比比比 较较较较 滚 动 轴 承 故 障 谱 特 征 (1) 区 域 A 区 域 B 区 域 C 区 域 D 常 规 振 动 频 率 区 轴 承 故 障 频 率 区 轴 承 零 件 自 振 频 率 区 振 动 尖 峰 能 量 区 第一阶段19徐伟 状态监测轴承诊断技术培训滚滚滚滚 动动动动 轴轴轴轴 承承承承 故故故故
25、障障障障 发发发发 展展展展 的的的的 第第第第 三三三三 和和和和 第第第第 四四四四 阶阶阶阶 段段段段 gSE gSE gSE gSE 和和和和 振振振振 动动动动 频频频频 谱特谱特谱特谱特 征征征征 的的的的 比比比比 较较较较 滚 动 轴 承 故 障 谱 特 征 (2) 区 域 A 区 域 B 区 域 C 区 域 D 常 规 振 动 频 率 区 轴 承 故 障 频 率 区 轴 承 零 件 自 振 频 率 区 振 动 尖 峰 能 量 区 20徐伟 状态监测轴承诊断技术培训 轴承故障发展的第一阶段 n n滚动轴承故障的最早指示出现在从滚动轴承故障的最早指示出现在从250K250K赫兹到
26、赫兹到350K350K赫兹频率范围赫兹频率范围内；随后，当磨损扩展时，通常降到约内；随后，当磨损扩展时，通常降到约20K20K赫兹到赫兹到60K60K赫兹。这些赫兹。这些频率就是振动尖峰能量频率就是振动尖峰能量gSEgSE等评定的频率。例如，振动尖峰能量等评定的频率。例如，振动尖峰能量gSEgSE首先以约首先以约0.25gSE0.25gSE出现出现( (具体数值取决于测量位置和机器转速具体数值取决于测量位置和机器转速) )。gSEgSE谱可以确认滚动轴承是否处于其故障发展的第一阶段。谱可以确认滚动轴承是否处于其故障发展的第一阶段。21徐伟 状态监测轴承诊断技术培训 轴承故障发展的第二阶段 n这
27、阶段中，轻微的滚动轴承故障开始“振铃”激起滚动轴承零件的自振频率(fn),这些自振频率通常出现在500赫兹到2000赫兹频率范围内。这种自振频率也可能是机器结构的共振频率。这阶段末，在自振频率两侧出现边带频率。振动尖峰能量gSE增大(例如，从0.25gSE增大到0.5gSE)。22徐伟 状态监测轴承诊断技术培训 轴承故障发展的第三阶段 n n这阶段中，出现滚动轴承故障频率及其谐波频率。当磨损进一这阶段中，出现滚动轴承故障频率及其谐波频率。当磨损进一步扩展时，出现较多的滚动轴承故障频率的谐波频率，并且，步扩展时，出现较多的滚动轴承故障频率的谐波频率，并且，边带频率的数量增多。振动尖峰能量边带频率
28、的数量增多。振动尖峰能量gSEgSE总量值继续增大总量值继续增大( (例如，例如，从从0.5gSE0.5gSE到到1.0gSE1.0gSE以上以上) )。这时已可以用肉眼观察到磨损，当。这时已可以用肉眼观察到磨损，当滚动轴承故障频率及其谐波频率的两侧伴随有很多边带频率时，滚动轴承故障频率及其谐波频率的两侧伴随有很多边带频率时，磨损可能已扩展到轴承的整个圆周。磨损可能已扩展到轴承的整个圆周。gSEgSE谱可以帮助确认滚动谱可以帮助确认滚动轴承故障发展的第三阶段。这时，应该更换滚动轴承轴承故障发展的第三阶段。这时，应该更换滚动轴承( (与振动频与振动频谱中轴承故障频率分量的幅值无关谱中轴承故障频率
29、分量的幅值无关) )。23徐伟 状态监测轴承诊断技术培训 轴承故障发展的最后阶段 n n这阶段末，甚至可以检测出这阶段末，甚至可以检测出1X1X转速频率的振动幅值增大，转速频率的振动幅值增大，通常还引起许多转速谐波频率分量的增大。离散的轴承通常还引起许多转速谐波频率分量的增大。离散的轴承故障频率和自振频率实际开始故障频率和自振频率实际开始“ “消失消失” ”，而被随机，宽，而被随机，宽带高频带高频“ “噪声地平噪声地平” ”取代。此外，高频噪声地平和振动取代。此外，高频噪声地平和振动尖峰能量尖峰能量gSEgSE两者的幅值事实上反而减小；但是，轴承两者的幅值事实上反而减小；但是，轴承刚损坏前振动
30、尖峰能量刚损坏前振动尖峰能量gSEgSE值通常将突增到很大的幅值。值通常将突增到很大的幅值。24徐伟 状态监测轴承诊断技术培训 结 束 语 n n振振 动动 尖尖 峰峰 能能 量量 ( ( gSEgSE ) ) 可可 以以 在在 滚滚 动动 轴轴 承承 故故 障障 发发 展展 的的 初初 始始 阶阶 段段 检检 测测 到到 故故 障障 信信 息，息， 并并 且且 可可 跟跟 踪踪 轴轴 承承 故故 障障 发发 展展 ， 在在 第第 二二 ， 三三 和和 第第 四四 阶阶 段段 中中 以以 不不 同同 的的 信信 息息 反反 映映 轴轴 承承 不不 同同 的的 故故 障障 状状 态态 。 n n
31、同同 时时 采采 用用 振振 动动 速速 度度 或或 振振 动动 加加 速速 度度 检检 测测 常常 规规 振振 动动 频频 谱谱 可可 以以 在在 滚滚 动动 轴轴 承承 故故 障障 发发 展展 的的 第第 三三 阶阶 段段 有有 效效 地地 检检 测测 到到 轴轴 承承 的的 故故 障障 频频 率率 ( ( 内环故障内环故障BPFI BPFI ，外环故障外环故障 BPFOBPFO，滚动体故障滚动体故障 BSF BSF 和保持架故障和保持架故障 FTF ) FTF ) 等。等。 n n振振 动动 尖尖 峰峰 能能 量量 和和 振振 动动 速速 度度 或或 振振 动动 加加 速速 度度 相相
32、结结 合合 可可 以以 有有 效效 地地 早早 期期 检检 测测 滚滚 动动 轴轴 承承 的的 故故 障。障。 25徐伟 状态监测轴承诊断技术培训 滚动轴承故障频率计算(1)n n保持架故障频率：保持架故障频率： nFTF=(1/2)No1+（d/D）Cos +Ni 1-（d/D）Cos n n滚动体旋转故障频率：滚动体旋转故障频率： BSF=(1/2)(D/d) |No-Ni| 1-(d/D)BSF=(1/2)(D/d) |No-Ni| 1-(d/D)CosCos n n外环故障频率：外环故障频率： BPFO=(1/2)n |No-Ni| 1-(d/D)BPFO=(1/2)n |No-Ni|
33、 1-(d/D)CosCos n n内环故障频率：内环故障频率： BPFI=(1/2)n |Ni- No| 1+(d/D)BPFI=(1/2)n |Ni- No| 1+(d/D)CosCos n n以上符号：以上符号： d d= =滚动体直径；滚动体直径； D D= =滚动轴承平均直径滚动轴承平均直径( (滚动体中心处直径滚动体中心处直径) )； = =径向方向接触角；径向方向接触角； n n= =滚动体数目；滚动体数目； NoNo= =轴承外环角速度；轴承外环角速度； Ni=Ni=轴承内环角速度轴承内环角速度(=(=轴转速轴转速). ).n n注：注：注：注：1.1.滚动轴承没有滑动；滚动轴
34、承没有滑动；滚动轴承没有滑动；滚动轴承没有滑动；2.2.滚动轴承几何尺寸没有变化；滚动轴承几何尺寸没有变化；滚动轴承几何尺寸没有变化；滚动轴承几何尺寸没有变化；3.3.轴承外环和轴承内环轴承外环和轴承内环轴承外环和轴承内环轴承外环和轴承内环都旋转都旋转都旋转都旋转. .26徐伟 状态监测轴承诊断技术培训 滚动轴承故障频率计算(2)n n滚动轴承保持架故障频率：滚动轴承保持架故障频率： FTF=(N/2)FTF=(N/2)1-1-（d/Dd/D）CosCos n n滚动轴承滚动体旋转故障频率：滚动轴承滚动体旋转故障频率： BSF=(N/2)(D/d)1-(d/D)BSF=(N/2)(D/d)1-
35、(d/D)Cos Cos n n滚动轴承外环故障频率：滚动轴承外环故障频率： BPFO=(N/2)n1-(d/D)BPFO=(N/2)n1-(d/D)CosCos n n滚动轴承内环故障频率：滚动轴承内环故障频率： BPFI=(N/2)n1+(d/D)BPFI=(N/2)n1+(d/D)CosCos n n以上符号：以上符号： d d= =滚动体直径；滚动体直径； D D= =滚动轴承平均直径滚动轴承平均直径( (滚动体中心处直径滚动体中心处直径) )； = =径向方向接触角；径向方向接触角； n n= =滚动体数目；滚动体数目； N N= =轴的转速。轴的转速。n n注：注：注：注：1.1.
36、滚动轴承没有滑动；滚动轴承没有滑动；滚动轴承没有滑动；滚动轴承没有滑动；2.2.滚动轴承几何尺寸没有变化；滚动轴承几何尺寸没有变化；滚动轴承几何尺寸没有变化；滚动轴承几何尺寸没有变化；3.3.轴承外环固定轴承外环固定轴承外环固定轴承外环固定不旋转不旋转不旋转不旋转. .27徐伟 状态监测轴承诊断技术培训 滚动轴承故障频率计算(3)-经验公式n n外环故障频率：外环故障频率： BPFOrBPFOr 0.4Nn0.4Nn n n内环故障频率：内环故障频率： BPFIrBPFIr 0.6Nn 0.6Nn n n保持架故障频率：保持架故障频率： FTFrFTFr 0.4N 0.4N n n以上符号以上
37、符号： n n= =滚动体数目；滚动体数目； N N= =轴的转速。轴的转速。n n注：注：注：注：1.1.滚动轴承没有滑动；滚动轴承没有滑动；滚动轴承没有滑动；滚动轴承没有滑动；2.2.滚动轴承几何尺寸没有变化；滚动轴承几何尺寸没有变化；滚动轴承几何尺寸没有变化；滚动轴承几何尺寸没有变化；3.3.轴承外环固定不旋转轴承外环固定不旋转轴承外环固定不旋转轴承外环固定不旋转. .28徐伟 状态监测轴承诊断技术培训 滚动轴承故障频率计算(4)-估算公式n n外环故障频率：外环故障频率： BPFOeBPFOe N(0.5n-1.2)N(0.5n-1.2) n n内环故障频率：内环故障频率： BPFIe
38、BPFIe N(0.5n+1.2)N(0.5n+1.2)n n滚动体故障频率：滚动体故障频率： BSFeBSFe N(0.2n-1.2/n) N(0.2n-1.2/n) n n保持架故障频率：保持架故障频率： FTFeFTFe N(0.5-1.2/n) N(0.5-1.2/n) n n以上符号以上符号： n n= =滚动体数目；滚动体数目； N N= =轴的转速。轴的转速。n n注：注：注：注：1.1.滚动轴承没有滑动；滚动轴承没有滑动；滚动轴承没有滑动；滚动轴承没有滑动；2.2.滚动轴承几何尺寸没有滚动轴承几何尺寸没有滚动轴承几何尺寸没有滚动轴承几何尺寸没有变化；变化；变化；变化；3.3.轴
39、承外环固定不旋转轴承外环固定不旋转轴承外环固定不旋转轴承外环固定不旋转. .29徐伟 状态监测轴承诊断技术培训滚动轴承故障各承故障各阶段段振振动频谱和解和解调频谱的特征的特征 30徐伟 状态监测轴承诊断技术培训 以上所示左图为常规振动频谱；右图为解调频以上所示左图为常规振动频谱；右图为解调频谱，此图中基准电平是任意选的平的噪声电平。谱，此图中基准电平是任意选的平的噪声电平。 正常情况下滚动轴承的常规振动频谱和解调频正常情况下滚动轴承的常规振动频谱和解调频谱，如上图所示。谱，如上图所示。 VdBdB40302010常规振动频谱解调频谱任意的基准电平1X2X3X频率频率A. 正常状态31徐伟 状态
40、监测轴承诊断技术培训 常规振动频谱中，没有任何轴承故障频率分量，转速频率常规振动频谱中，没有任何轴承故障频率分量，转速频率的谐波频率说明有一点松动迹象；解调频谱中，在基准噪声电平的谐波频率说明有一点松动迹象；解调频谱中，在基准噪声电平以上有以上有2 2至至3 3分贝轴承故障频率分量，还有一些转速频率谐波。解分贝轴承故障频率分量，还有一些转速频率谐波。解调频谱中的转速频率谐波，说明轴承间隙增大，使松动略有增大。调频谱中的转速频率谐波，说明轴承间隙增大，使松动略有增大。这一阶段中，不需要更换轴承，但是，应该密切跟踪监视轴承的这一阶段中，不需要更换轴承，但是，应该密切跟踪监视轴承的状态变化。状态变化
41、。 VdBdB40302010常规振动频谱解调频谱1X2X3X常见转速频率的谐波2至3分贝轴承故障频率频率频率B. 轴承内环有一条微小裂纹，故障第一阶段轴承内环有一条微小裂纹，故障第一阶段32徐伟 状态监测轴承诊断技术培训 轴承又降了一级。常规振动频谱仍然不能显示轴承又降了一级。常规振动频谱仍然不能显示出明显的滚动轴承故障频率分量；解调频谱中可出出明显的滚动轴承故障频率分量；解调频谱中可出现高于基准噪声电平现高于基准噪声电平5 5至至1010分贝的轴承故障频率分分贝的轴承故障频率分量。说明该轴承已处于低劣状态，但是，仍然有较量。说明该轴承已处于低劣状态，但是，仍然有较长的使用寿命。长的使用寿命
42、。 VdBdB40302010常规振动频谱解调频谱1X2X3X2X5至10分贝BPFO或BPFI频率频率C. 轴承处于低劣状态，但仍有较长使用寿命轴承处于低劣状态，但仍有较长使用寿命33徐伟 状态监测轴承诊断技术培训 常规振动频谱中，已出现轴承故障频率分量；解常规振动频谱中，已出现轴承故障频率分量；解调频谱中，在轴承故障频率的两侧出现转速频率的边调频谱中，在轴承故障频率的两侧出现转速频率的边带，并且，整个解调频谱的电平提高约带，并且，整个解调频谱的电平提高约1010分贝，轴承分贝，轴承故障频率分量的幅值高于噪声背景故障频率分量的幅值高于噪声背景1010分贝或更高。分贝或更高。 VdBdB403
43、02010常规振动频谱解调频谱1X2X3X很小幅值的轴承故障频率分量BPFI伴有1X转速频率边带2BPFI频率频率D. 轴承已降级到不能接受的状态轴承已降级到不能接受的状态34徐伟 状态监测轴承诊断技术培训 常规振动频谱和解调频谱都出现轴承故障频率常规振动频谱和解调频谱都出现轴承故障频率分量并都伴有转速频率边带。解调频谱的背景噪声分量并都伴有转速频率边带。解调频谱的背景噪声电平几乎又提高了约电平几乎又提高了约1010分贝。说明这时应该立即更分贝。说明这时应该立即更换轴承换轴承! ! VdBdB40302010常规振动频谱解调频谱1X2X3XBPFI2BPFIBPFI-1XBPFI-2XBPFI
44、+2X2BPFI-1X2BPFI+1X2BPFI-2XBPFI2BPFI2BPFI+1X2BPFI-1XBPFI+1XBPFI-1XBPFI-2X1X2X3X频率频率E. 需立即更换轴承的阶段需立即更换轴承的阶段35徐伟 状态监测轴承诊断技术培训 常规振动频谱和解调频谱表明，该轴承即将完全常规振动频谱和解调频谱表明，该轴承即将完全破坏。因为轴承故障已发展成散布在轴承跑道上，而破坏。因为轴承故障已发展成散布在轴承跑道上，而不是局部故障，因此，轴承故障频率反而消失了。常不是局部故障，因此，轴承故障频率反而消失了。常规振动频谱中转速频率谐波频率增多，幅值增大，这规振动频谱中转速频率谐波频率增多，幅值
45、增大，这是由于滚动体与跑道之间的间隙增大的结果。是由于滚动体与跑道之间的间隙增大的结果。 VdBdB40302010常规振动频谱解调频谱1X2X3X严重松动!轴承故障频率不明显，幅值反而下降频率频率F. 轴承即将完全破坏轴承即将完全破坏36徐伟 状态监测轴承诊断技术培训轴承故障振承故障振动频谱和解和解调频谱特征特征 1.1.振动速度频谱是评定大多数滚动轴承故障的最佳参振动速度频谱是评定大多数滚动轴承故障的最佳参振动速度频谱是评定大多数滚动轴承故障的最佳参振动速度频谱是评定大多数滚动轴承故障的最佳参数，甚至在低速机器上；数，甚至在低速机器上；数，甚至在低速机器上；数，甚至在低速机器上；2.2.滚
46、动轴承故障频率都不是转速频率的谐波频率滚动轴承故障频率都不是转速频率的谐波频率滚动轴承故障频率都不是转速频率的谐波频率滚动轴承故障频率都不是转速频率的谐波频率3.3.轴承外环故障频率轴承外环故障频率轴承外环故障频率轴承外环故障频率( (BPFO)BPFO)的幅值大于轴承内环故障的幅值大于轴承内环故障的幅值大于轴承内环故障的幅值大于轴承内环故障频率频率频率频率( (BPFI)BPFI)幅值，这是因为振动传感器通常都安装幅值，这是因为振动传感器通常都安装幅值，这是因为振动传感器通常都安装幅值，这是因为振动传感器通常都安装在靠近轴承外环处之故；在靠近轴承外环处之故；在靠近轴承外环处之故；在靠近轴承外
47、环处之故； 4.4.通常，首先出现轴承外环故障频率和轴承内环故障通常，首先出现轴承外环故障频率和轴承内环故障通常，首先出现轴承外环故障频率和轴承内环故障通常，首先出现轴承外环故障频率和轴承内环故障频率；频率；频率；频率；5.5.在轴承故障发展的早期阶段，轴承保持架故障频率在轴承故障发展的早期阶段，轴承保持架故障频率在轴承故障发展的早期阶段，轴承保持架故障频率在轴承故障发展的早期阶段，轴承保持架故障频率( (FTF)FTF)以轴承外环故障频率以轴承外环故障频率以轴承外环故障频率以轴承外环故障频率( (BPFO)BPFO)的边带频率出现，的边带频率出现，的边带频率出现，的边带频率出现，到故障发展后期，到故障发展后期，到故障发展后期，到故障发展后期，FTFFTF才以其基频形式出现才以其基频形式出现才以其基频形式出现才以其基频形式出现 37
