1、【精品】滚动轴承失效模式【精品】滚动轴承失效模式及研究方法及研究方法轴承故障原因及其解决n过负荷 引起过早疲劳，（包括过紧配合，布式硬度凹痕和预负荷）减少负荷或重新设计n过热 征兆是滚道，球和保持架变色，从金色变为蓝色 温度超过400F使滚道和滚动体材料退火 硬度降低导致轴承承重降低和早期失效 严重情况下引起变形，另外温升降低和破坏润滑性能2轴承故障原因及其解决n布式硬度凹痕 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）任何静态过负荷和严重冲击产生布式凹痕n伪布式凹痕 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 表明严重的外部振动 隔振和使用抗摩添加剂3轴
2、承故障原因及其解决4轴承故障原因及其解决5轴承故障原因及其解决n污染 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，导致振动加大和磨损 清洁环境，工具，规范操作。新轴承的储运。n润滑油失效 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良好油膜 失效常常由润滑不足和过热引起6轴承故障原因及其解决n腐蚀 其征兆是在滚道、滚子、保持架或其他位置出现红棕色区域 原因是轴承接触腐蚀性流体和气体 严重情况下，腐蚀引起轴承早期疲劳失效 除掉腐蚀流体，尽可能使用整体密封轴承7轴承故障原因及其解决n不对
3、中 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 如果不对中超过0.001in/in，会产生轴承和轴承座异常温升，和保持架球磨损n配合松动 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间断，则产生磨损 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大。如果松动增大到内圈或外圈的显著运动，安装表面（孔径，外径和侧面）将磨损和发热，引起噪声和胱动。8滚动轴承故障发展过程的四阶段滚动轴承故障发展过程的四阶段通常约百分之八十至九十的轴承寿通常约百分之八十至九十的轴承寿命命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
4、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,HFD,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滚动轴承故障发展过程的四阶段中典型特征滚动轴承故障发展过程的四阶段中典型特征第一阶段第一阶段：1噪声正常；2.温度正常；3.可用超声，振动尖峰能量gSE声发射测量出来，轴承外环有缺陷；4.振动总量较小，无离散的轴承故障频率尖峰；5.
5、轴承剩余寿命大于B-10规定的百分之十。第二阶段第二阶段：1.噪声略增大；2.温度正常；3.超声，声发射，振动尖峰能量gSE明显增大，轴承外环有缺陷；4.振动总量略增大(振动加速度总量和振动速度总量)；5.在对数刻度的频谱上可清楚地看到轴承故障频率，而在线性刻度的频谱上则很难看到；噪声地平明显提高；6.轴承剩余寿命大于B-10规定的百分之五。第三阶段第三阶段：1.可以听到噪声；2.温度略升高；3.非常高的超声，声发射，振动尖峰能量gSE，轴承外环有故障；4.振动加速度总量和振动速度总量大增；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；6.振动频谱的噪声地平明显提高；7.轴
6、承剩余寿命大于B-10规定的百分之一。第四阶段第四阶段：1.噪声的强度改变；2.温度明显升高；3.超声，声发射，振动尖峰能量gSE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.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；5.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；6.轴承剩余寿命大于B-10规定的百分之零点二。10第 一 种 频 率：随机的，超声频率-振动尖峰能量(g SE)，高频加速度(HFD)和冲击脉冲(SPM)；第二种频率：轴承零部件的自振频率-在500到2000赫兹频率 范围内，与转速无关；第三种频率：旋转的故障频率-轴承的内环故障(BPF
7、I)，外环 故障(BPFO)，滚动体故障(BSF)和保持架故障(FTF)；第四种频率：和频与差频-轴承的若干故障频率之间及与其它 振源频率之间相加或相减 11第 一 阶 段：滚动轴承故障初始阶段 n 第 二 阶 段 ：滚动轴承轻微故障阶段n 第 三 阶 段 ：滚动轴承宏观故障阶段n 第 四 阶 段 ：滚动轴承故障最后阶段 12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 第一阶段第一阶段第二阶第二阶段段第三阶段第三阶段第四阶段第四阶段13滚动轴承故障发展的四个阶段 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.
8、滚动轴承跑道圆周上出现轻微磨损时，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。14n噪噪 声声 正正 常常 n轴轴 承承 温温 度度 正正 常常n可可 以以 用用 超超 声声，振振 动动 尖尖 峰峰 能能 量量，声声 发发 射射 测测 量量 出出 来来，轴轴 承承 外外 环环 有有 缺缺 陷陷 n振振 动动 总总 量量 比比 较较 小小。无无 离离 散散 的的 轴轴 承承
9、故故 障障 频频 率率 尖尖 峰峰 n轴轴 承承 剩剩 余余 寿寿 命命 大大 于于 B-10 规规 定定 的的 百百 分分 之之 十十(注注)n 注：基 于 百 分 之 九 十 的 置 信 度 15n噪噪 声声 略略 增增 大大 n轴轴 承承 温温 度度 正正 常常 n超超 声声，声声 发发 射射，振振 动动 尖尖 峰峰 能能 量量 有有 大大 的的 增增 大大，轴轴 承承 外外 环环 有有 缺缺 陷陷 n振振 动动 总总 量量 略略 增增 大大(振振 动动 加加 速速 度度 总总 量量 和和 振振 动动 速速 度度 总总 量量)n在在 对对 数数 频频 谱谱 上上 可可 清清 楚楚 地地
10、看看 到到 轴轴 承承 故故 障障 频频 率率，而而 在在 线线 性性 频频 谱谱 上上 难难 以以 看看 到到；噪噪 声声 地地 平平 明明 显显 提提 高高 n轴轴 承承 剩剩 余余 寿寿 命命 小小 于于 B-10 规规 定定 的的 百百 分分 之之 五五注：基 于 百 分 之 九 十 的 置 信 度16n可可 以以 听听 到到 噪噪 声声 n轴轴 承承 温温 度度 略略 升升 高高 n非非 常常 高高 的的 超超 声声，声声 发发 射射，振振 动动 尖尖 峰峰 能能 量量，轴轴 承承 外外 环环 有有 故故 障障 n振振 动动 加加 速速 度度 总总 量量 和和 振振 动动 速速 度度
11、 总总 量量 有有 大大 的的 增增 大大 n在在 线线 性性 频频 谱谱 上上 清清 楚楚 地地 看看 出出 轴轴 承承 故故 障障 频频 率率 及及 其其 谐谐 波波 频频 率率 和和 边边 带带 频频 率率 n振振 动动 频频 谱谱 的的 噪噪 声声 地地 平平 明明 显显 提提 高高 n轴轴 承承 剩剩 余余 寿寿 命命 小小 于于 不不 B-10 规规 定定 的的 百百 分分 之之 一一注：基 于 百 分 之 九 十 的 置 信 度 17n噪噪 声声 的的 强强 度度 改改 变变 n轴轴 承承 的的 温温 度度 明明 显显 升升 高高 n超超 声声，声声 发发 射射，振振 动动 尖尖
12、 峰峰 能能 量量 迅迅 速速 增增 大大，随随 后后 逐逐 渐渐 减减 小小，轴轴 承承 外外 环环 处处 在在 损损 坏坏 之之 前前 的的 故故 障障 状状 态态 n振振 动动 速速 度度 总总 量量 和和 振振 动动 位位 移移 总总 量量 明明 显显 增增 大大，振振 动动 加加 速速 度度 总总 量量 反反 而而 减减 小小n出出 现现 较较 低低 频频 率率 的的 轴轴 承承 故故 障障 频频 率率 尖尖 峰峰 且且 占占 优优 势势 n振振 动动 频频 谱谱 中中 噪噪 声声 地地 平平 非非 常常 高高 n轴轴 承承 剩剩 余余 寿寿 命命 小小 于于 B-10 规规 定定
13、的的 百百 分分 之之 零零 点点 二二(注：基 于 百 分 之 九 十 的 置 信 度)18滚滚 动动 轴轴 承承 故故 障障 发发 展展 第第 一一 和和 第第 二二 阶阶 段段 gSE gSE 和和 频频 谱谱 特特 征征 的的 比比 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滚滚 动动 轴轴 承承 故故 障障 发发 展展 的的 第第 三三 和和 第第 四四 阶阶 段段 gSE gSE 和和 振振 动动 频
14、频 谱特谱特 征征 的的 比比 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 20n滚动轴承故障的最早指示出现在从250K赫兹到350K赫兹频率范围内；随后，当磨损扩展时，通常降到约20K赫兹到60K赫兹。这些频率就是振动尖峰能量gSE等评定的频率。例如，振动尖峰能量gSE首先以约0.25gSE出现(具体数值取决于测量位置和机器转速)。gSE谱可以确认滚动轴承是否处于其故障发展的第一阶段。21n这阶段中，轻微的滚动轴承故障开始“
15、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)。22n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，边带频率的数量增多。振动尖峰能量gSE总量值继续增大(例如，从0.5gSE到1.0gSE以上)。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，磨损可能已扩展到轴承的整个圆周。gSE谱可以帮助确认滚动轴
16、承故障发展的第三阶段。这时，应该更换滚动轴承(与振动频谱中轴承故障频率分量的幅值无关)。23n这阶段末，甚至可以检测出1X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。离散的轴承故障频率和自振频率实际开始“消失”，而被随机，宽带高频“噪声地平”取代。此外，高频噪声地平和振动尖峰能量gSE两者的幅值事实上反而减小；但是，轴承刚损坏前振动尖峰能量gSE值通常将突增到很大的幅值。24n振 动 尖 峰 能 量(gSE)可 以 在 滚 动 轴 承 故 障 发 展 的 初 始 阶 段 检 测 到 故 障 信 息，并 且 可 跟 踪 轴 承 故 障 发 展，在 第 二，三 和 第 四 阶 段
17、 中 以 不 同 的 信 息 反 映 轴 承 不 同 的 故 障 状 态。n同 时 采 用 振 动 速 度 或 振 动 加 速 度 检 测 常 规 振 动 频 谱 可 以 在 滚 动 轴 承 故 障 发 展 的 第 三 阶 段 有 效 地 检 测 到 轴 承 的 故 障 频 率(内环故障BPFI，外环故障 BPFO，滚动体故障 BSF 和保持架故障 FTF)等。n振 动 尖 峰 能 量 和 振 动 速 度 或 振 动 加 速 度 相 结 合 可 以 有 效 地 早 期 检 测 滚 动 轴 承 的 故 障。25n保持架故障频率：nFTF=(1/2)No1+（d/D）Cos +Ni 1-（d/D）
18、Cos n滚动体旋转故障频率：BSF=(1/2)(D/d)|No-Ni|1-(d/D)Cos n外环故障频率：BPFO=(1/2)n|No-Ni|1-(d/D)Cos n内环故障频率：BPFI=(1/2)n|Ni-No|1+(d/D)Cosn以上符号：d=滚动体直径；D=滚动轴承平均直径(滚动体中心处直径)；=径向方向接触角；n=滚动体数目；No=轴承外环角速度；Ni=轴承内环角速度(=轴转速).n注：注：1.滚动轴承没有滑动；滚动轴承没有滑动；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；3.轴承外环和轴承内轴承外环和轴承内环都旋转环都旋转.26n滚动轴承保持架故障频率：FTF=(
19、N/2)1-（d/D）Cos n滚动轴承滚动体旋转故障频率：BSF=(N/2)(D/d)1-(d/D)Cos n滚动轴承外环故障频率：BPFO=(N/2)n1-(d/D)Cos n滚动轴承内环故障频率：BPFI=(N/2)n1+(d/D)Cosn以上符号：d=滚动体直径；D=滚动轴承平均直径(滚动体中心处直径)；=径向方向接触角；n=滚动体数目；N=轴的转速。n注：注：1.滚动轴承没有滑动；滚动轴承没有滑动；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；3.轴承外环固定轴承外环固定不旋转不旋转.27n以上符号 n=滚动体数目；N=轴的转速。n注：注：1.滚动轴承没有滑动；滚动轴承没有
20、滑动；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；3.轴承外环固定不旋转轴承外环固定不旋转.28n以上符号 n=滚动体数目；N=轴的转速。n注：注：1.滚动轴承没有滑动；滚动轴承没有滑动；2.滚动轴承几何尺寸没有滚动轴承几何尺寸没有变化；变化；3.轴承外环固定不旋转轴承外环固定不旋转.29滚动轴承故障各阶段滚动轴承故障各阶段振动频谱和解调频谱的特征振动频谱和解调频谱的特征30 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。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。VdBdB40302010常规振动频谱解调频谱任意的基准电平1X2X3
21、X频率频率A.正常状态31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，在基准噪声电平以上有2至3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。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。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 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；解调频谱中可出现高于基准噪声
22、电平5至10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，仍然有较长的使用寿命。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 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带，并且，整个解调频谱的电平提高约10分贝，轴承故障频率分量的幅值高于噪声背景10分贝或更高。VdBdB40302010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
23、不能接受的状态轴承已降级到不能接受的状态34 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电平几乎又提高了约10分贝。说明这时应该立即更换轴承!VdBdB40302010常规振动频谱解调频谱1X2X3XBPFI2BPFIBPFI-1XBPFI-2XBPFI+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 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
