滾動(dòng)軸承故障診斷的實(shí)用技巧

摘要：本文主要介紹滾動(dòng)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(dòng)軸承、故障診斷、振動(dòng)分析、實(shí)用技巧

    滾動(dòng)軸承在設(shè)備中的應(yīng)用非常廣泛，滾動(dòng)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(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐與摸索，積累了一些滾動(dòng)軸承實(shí)際故障診斷的實(shí)用技巧。

一、滾動(dòng)軸承故障診斷的方式及要點(diǎn)
    對(duì)滾動(dòng)軸承進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的實(shí)用方法是振動(dòng)分析。
    實(shí)用中需注意選擇測(cè)點(diǎn)的位置和采集方法。要想真實(shí)準(zhǔn)確反映滾動(dòng)軸承振動(dòng)狀態(tài)，必須注意采集的信號(hào)準(zhǔn)確真實(shí)，因此要在離軸承*近的地方安排測(cè)點(diǎn)，在電機(jī)自由端一般有后風(fēng)扇罩，其測(cè)點(diǎn)選擇在風(fēng)扇罩固定螺絲有較好監(jiān)測(cè)效果。另外必須注意對(duì)振動(dòng)信號(hào)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(dòng)軸承正常運(yùn)行的特點(diǎn)與實(shí)用診斷技巧
    我們?cè)陂L(zhǎng)期生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)，滾動(dòng)軸承在其使用過(guò)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(dòng)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(guò)程中的一些缺陷，如表面毛刺等所致。

圖1 某電機(jī)滾動(dòng)軸承振動(dòng)波形或頻譜
 

    運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后，振動(dòng)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(dòng)軸承振動(dòng)波形或頻譜

    繼續(xù)運(yùn)行后進(jìn)入使用后期，軸承振動(dòng)和噪聲開始增大，有時(shí)出現(xiàn)異音，但振動(dòng)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(dòng)軸承振動(dòng)波形和頻譜

    這時(shí)，就要求對(duì)該軸承進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，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(dòng)和噪聲開始顯著增大，其增大幅度開始加快，當(dāng)振動(dòng)超過(guò)振動(dòng)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(guò)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，而峭度值也超過(guò)正常值(可用峭度相對(duì)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(dòng)軸承。

圖4 某電機(jī)滾動(dòng)軸承振動(dòng)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(guò)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(dòng)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(dòng)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(huì)進(jìn)入企業(yè)和設(shè)備，而這些流動(dòng)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?cè)趯?shí)際中經(jīng)常遇到此類情況。因此，在實(shí)際監(jiān)測(cè)與診斷中，必須盡快診斷出滾動(dòng)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?cè)诖罅康拇祟愂鹿手?，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(cè)其振動(dòng)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(dòng)總值不大，見圖5，用振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)(如ISO2372標(biāo)準(zhǔn))判斷振動(dòng)是合格的。

圖5 某電機(jī)滾動(dòng)軸承振動(dòng)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(cè)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(dòng)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(dòng)軸承快速診斷技巧
    我們?cè)趯?shí)際狀態(tài)監(jiān)測(cè)中，往往只需判斷滾動(dòng)軸承好壞，能用多長(zhǎng)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(dòng)軸承對(duì)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(dòng)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(chǎng)故障診斷人員一般較少應(yīng)用。我們?cè)趯?shí)用診斷上采取有量綱參數(shù)與無(wú)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(dòng)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(guò)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(dòng)軸承振動(dòng)波形或頻譜

    這種判斷方法經(jīng)過(guò)三年的實(shí)踐，證明對(duì)滾動(dòng)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(guò)90%。診斷出來(lái)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(cè)到滾動(dòng)軸承低頻振動(dòng)非常大的時(shí)候，排除機(jī)組不對(duì)中、不平衡、結(jié)構(gòu)松動(dòng)、基礎(chǔ)共振結(jié)構(gòu)性因素后，即使無(wú)滾動(dòng)軸承特征頻率，應(yīng)果斷判斷滾動(dòng)軸承故障進(jìn)行檢修，見圖7。

圖7 某電機(jī)滾動(dòng)軸承振動(dòng)波形或頻譜

五、實(shí)用的滾動(dòng)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(duì)于振動(dòng)不大，軸承峭度不大，頻譜復(fù)雜的振動(dòng)信號(hào)，在現(xiàn)場(chǎng)難以判斷有無(wú)故障情況時(shí)，我們將振動(dòng)信號(hào)采集回來(lái)，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(dòng)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(dòng)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(duì)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(wú)，排除其它部件故障后需引起警惕，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。實(shí)際發(fā)現(xiàn)許多振動(dòng)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(shì)分析或安排檢修。見圖8

圖8 某電機(jī)滾動(dòng)軸承振動(dòng)波形或頻譜