1、机械故障诊断技术滚动机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断轴承故障诊断7 71 1 滚动轴承的失效形式滚动轴承的失效形式1.滚动轴承的磨损失效磨损是滚动轴承最常见的一种失效形式。在滚动轴承运转中，滚动体和套圈之间均存在滑动，这些滑动会引起零件接触面的磨损。尤其在轴承中侵入金属粉末、氧化物以及其他硬质颗粒时，则形成严重的磨料磨损，使之更为加剧。另外，由于振动和磨料的共同作用，对于处在非旋转状态的滚动轴承，会在套圈上形成与钢球节距相同的凹坑，即为摩擦腐蚀摩擦腐蚀现象。如果轴承与座孔或轴颈配合太松，在运行中引起的相对运动，又会造成轴承座孔或轴径的磨损。当磨损量较大时，轴承便产生游隙噪声，振动增大。2机械故
2、障诊断技术滚动轴承故障诊断 2.滚动轴承的疲劳失效在滚动轴承中，滚动体或套圈滚动表面由于接触载荷的反复作用，表层因反复的弹性变形而致冷作硬化，下层的材料应力与表层出现断层状分布，导致从表面下形成细小裂纹，随着以后的持续负荷运转，裂纹逐步发展到表面，致使材料表面的裂纹相互贯通，直至金属表层产生片状或点坑状剥落。轴承的这种失效形式称为疲劳失效疲劳失效。随着滚动轴承的继续运转，损坏逐步增大。因为脱落的碎片被滚压在其余部分滚道上，并给那里造成局部超载荷而进一步使滚道损坏。轴承运转时，一旦发生疲劳剥落，其振动和噪声将急剧恶化。3机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断 3.滚动轴承的腐蚀失效轴承零件表面的腐蚀分
3、三种类型。a.化学腐蚀化学腐蚀，当水、酸等进入轴承或者使用含酸的润滑剂，都会产生这种腐蚀。b.电腐蚀电腐蚀，由于轴承表面间有较大电流通过使表面产生点蚀。c.微振腐蚀微振腐蚀，为轴承套圈在机座座孔中或轴颈上的微小相对运动所至。结果使套圈表面产生红色（Fe2O3）或黑色的锈斑。轴承的腐蚀斑则是以后损坏的起点。4机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断 4.滚动轴承的塑变失效压痕主要是由于滚动轴承受负荷后，在滚动体和滚道接触处产生塑性变形。载荷过大时会在滚道表面形成塑性变形凹坑。另外，若装配不当，也会由于过载或撞击造成表面局部凹陷。或者由于装配敲击，而在滚道上造成压痕。5.滚动轴承的断裂失效造成轴承零件的破
4、断和裂纹的重要原因是由于运行时载荷过大、转速过高、润滑不良或装配不善而产生过大的热应力，也有的是由于磨削或热处理不当而导致的。5机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断 6.滚动轴承的胶合失效滑动接触的两个表面，当一个表面上的金属粘附到另一个表面上的现象称为胶合胶合。对于滚动轴承，当滚动体在保持架内被卡住或者润滑不足、速度过高造成摩擦热过大，使保持架的材料粘附到滚子上而形成胶合。其胶合状为螺旋形污斑状。还有的是由于安装的初间隙过小，热膨胀引起滚动体与内外圈挤压，致使在轴承的滚道中产生胶合和剥落。6机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断72 滚动轴承的振动机理与信号特征引起滚动轴承振动的因素很多。有与部件有关
5、的振动，也有与制造质量有关的振动，还有与轴承装配以及工作状态有关的振动。如图71所示，我们通过对轴承振动的剖析，找出激励特点，并通过不同的检测分析方法的研究，从振动信号中，获取振源的可靠信息，用以进行滚动轴承的故障诊断。图71 滚动轴承振动的时域信号(a)新轴承的振动波形 (b)表面劣化后的轴承振动波形7机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断 1.轴承刚度变化引起的振动 当滚动轴承在恒定载荷下运转时(如图72)，由于其轴承和结构所决定，使系统内的载荷分布状况呈现周期性变化。如滚动体与外圈的接触点的变化，使系统的刚度参数形成周期的变化，而且是一种对称周期变化，从而使其恢复力呈现非线性的特征。由此便产生
6、了分数谐波振动分数谐波振动。此外，当滚动体处于载荷下非对称位置时，转轴的中心不仅有垂直方向的，而且还有水平方向的移动。这类参数的变化与运动都将引起轴承的振动，也就是随着轴的转动，滚动体通过径向载荷处即产生激振力激振力。这样在滚动轴承运转时，由于刚度参数形成的周期变化和滚动体产生的激振力及系统存在非线性，便产生多次谐波振动并含有分谐波成分，不管滚动轴承正常与否，这种振动都要发生都要发生。图72滚动轴承刚度的变化8机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断2.由滚动轴承的运动副引起的振动当轴承运转时，滚动体便在内外圈之间滚动。轴承的滚动表面虽加工得非常平滑，但从微观来看，仍高低不平，特别是材料表面产生疲劳斑
7、剥时，高低不平的情况更为严重。滚动体在这些凹凸面上转动，则产生交变的激振力。所产生的振动，既是随机的，又含有滚动体的传输振动，其主要频率成分为滚动轴承的特征频率。滚动轴承的特征频率特征频率(即接触激发的基频)，完全可以根据轴承元件之间滚动接触的速度关系建立的方程求得。计算的特征频率值往往十分接近测量数值，所以在诊断前总是先算出这些值，作为诊断的依据。9机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断滚动轴承的特征频率（内圈旋转，外圈固定时）1)内圈旋转频率1：Hz 2)保持架旋转频率2：3）滚动体自转频率3：4）保持架过内圈频率4：5）滚动体通过内圈频率5：6）滚动体通过外圈频率6：式中，n内圈转速(r/mi
8、n)，z滚动体个数在故障诊断的实践中，内圈旋转频率1、滚动体通过内圈频率5、滚动体通过外圈频率6对表面缺陷有较高的敏感度，是重要的参照指标。60/1nf12)cos1(21fDdf123)cos(1cos21fDddDf1214)cos1(21fDdfff145)cos1(2fDdzzff126)cos1(2fDdzzff图73 向心推力球轴承结构简图（内圈旋转，外圈固定）10机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断图74 滚动轴承内缺陷所激发的振动波形 3.滚动轴承的早期缺陷所激发的振动特征滚动轴承内出现剥落等缺陷，滚动体以较高的速度从缺陷上通过时，必然激发两种性质的振动。见图74，第一类第一类振动
9、是上节所讲的以结构和运动关系为特征的振动，表现为冲击振动的周期性；第二类第二类振动是被激发的以轴承元件固有频率的衰减振荡，表现为每一个脉冲的衰减振荡波。轴承元件的固有频率取决于本身的材料、结构形式和质量，根据某些资料介绍，轴承元件的固有频率在20K60KHz的频率段。因此,有些轴承诊断仪，就针对这一特点进行信号分析处理，在这一频段内工作的仪表。11机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断利用低频段信号诊断轴承故障的要点轴承缺陷所激发的周期性脉冲的频率与轴承结构和运动关系相联系，处于振动信号的低频段内，在这个频段内还有轴的振动、齿轮的啮合振动等各种零件的振动。由于这些振动具有更强的能量，轴承早期轴承早期
10、缺陷所激发的微弱周期性脉冲信号往往淹没淹没在这些强振信号中，给在线故障监测系统带来困难，但是，滚动轴承故障在低频段的特征还是可以得到的。因为滚动轴承在机器设备中的作用是支撑传动轴的旋转，所以滚动轴承故障所激发的振动必然对轴及轴上的机械零件产生影响。对于转轴上的零件为齿轮等非转子类零件的轴而言，其动不平衡量动不平衡量是不随时间变化的。滚动轴承影响到轴的空间定位空间定位，轴承故障将使轴的空间定位出现波动，当轴的工作状态处于非重载时，轴的转频振动幅值升高，有时还表现为转频的2X、3X5X频率的振幅升高。这种情况往往预示着滚动轴承出现早期故障早期故障。当轴的转频振动幅值再次降低再次降低时，滚动轴承故障
11、已进入晚期，到了必需更换的程度。12机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断73 滚动轴承信号分析方法轴承故障信号的拾取实际上是传感器及安装部位和轴承故障信号的拾取实际上是传感器及安装部位和感应频率段的选择感应频率段的选择。传感器的安装部位往往选择轴承座部位，并按信号传动的方向选择垂直、水平、轴向垂直、水平、轴向布置。这里距故障信号源最近，传输损失最小，也是轴、齿轮等故障信号传输路径必经的最近位置。所以几乎所有的在线故障监测与诊断系统都选择轴承座作为传感器的安装部位。由于轴的空间位置波动，也必然影响齿轮等零件的振动。滚动轴承故障在某种条件下（如轻载、空载）也会在齿轮啮合频率的振幅升高中反映出来。因此其
12、特征为齿特征为齿轮啮合频率的边频轮啮合频率的边频很很微弱微弱，几乎看不见。13机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断图75 滚动轴承的振动频谱传感器和感应频率段的选择轴承故障信号分布的频段轴承故障信号分布的频段传感器和感应频率段的选择，如图75所示，这是一个航空轴承通过故障实验得到的频谱图。轴承的故障信号分布在3个频段，即图中阴影阴影部分。14机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断a).低频段低频段：在8kHz以下，滚动轴承中与结构和运动关系相联系的故障信号在这个频率段，少数高速滚动轴承的信号频段能延展到B点以外。因为轴轴的故障信号、齿轮齿轮的故障信号也在这个频段，因而这也是绝大部分在线故障监测与诊断系统
13、所监测的频段。b).高频段高频段：位于区，这个频段的信号是轴承故障所激发的轴承自振频率轴承自振频率的振动。c).超高频段超高频段：位于区，它们是轴承内微裂纹扩张所产生的声发射超声波信号。15机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断信号拾取方式：信号拾取方式：针对不同的信号所处频段，需采用不同的信号拾取方式。a)a)监测低频段的信号监测低频段的信号，通常采用加速度加速度传感器，由于同时也要拾取其它零件的故障信号，因此采用通用的信号处理电路（仪器）。b)b)监测高频段的信号监测高频段的信号，其目的是要获取唯一的轴承故障信号，采用自振频率在2530KHz的加速度加速度传感器，利用加速度传感器的共振效应，将这
14、个频段的轴承故障信号放大，再用带通滤波器将其它频率的信号（主要是低频信号）滤除，获得唯一唯一的轴承故障信号。c)c)监测超高频段监测超高频段的信号，的信号，则采用超声波传感器，将声发射声发射信号检出并放大。仪表统计单位时间内声发射信号的频度和强度单位时间内声发射信号的频度和强度，一旦频度或强度超过某个报警限，则判定轴承故障。16机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断滚动轴承故障信号分析方法1有效值与峰值判别法有效值：有效值：滚动轴承振动信号的有效值反映了振动的能量大小，当轴承产生异常后，其振动必然增大。因而可以用有效值有效值作为轴承异常的判断指标。峰值：峰值：有效值指标对具有瞬间冲击振动的异常是不适
15、用的。因为冲击波峰的振幅大，并且持续时间短。用有效值来表示故障特征，其特征并不明显，对于这种形态异常的故障特征，用峰值峰值比有效值更适用。2峰值系数法所谓峰值系数峰值系数，是指峰值与有效值之比。用峰值系数进行诊断的最大特点，是由于它的值不受轴承尺寸、转速及负荷的影响。正常时正常时，滚动轴承的峰值系数约为5，当轴承有故障时故障时，可达到几十。轴承正常、异常的判定可以很方便判别。另外，峰值系数不受振动信号的绝对水平所左右。测量系统的灵敏度即使变动，对示值也不会产生多大影响。17机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断3峭度指标法峭度指标Cq反映振动信号中的冲击特征。峭度指标Cq 峭度指标Cq对信号中的冲击
16、特征很敏感，正常情况下其值应该在3左右，如果这个值接近4或超过4，则说明机械的运动状况中存在冲击性振动。*当轴承出现初期故障时初期故障时，有效值变化不大，但峭度指标值已经明显增加，达到数十甚至上百，非常明显。它的优势在于能提供早期的故障早期的故障预报预报。*当轴承故障进入晚期故障进入晚期，由于剥落斑点充满整个滚道，剥落斑点充满整个滚道，峭度指标反而下降。也就是对晚期故障不适应不适应。441)(1rmsNiiqXxxNC18机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断4冲击脉冲法（SPM）冲击脉冲法冲击脉冲法是利用轴承故障所激发的轴承元件固有频率的振动信号，经加速度传感器的共振放大、带通滤波及包络检波等信号
17、处理，所获得的信号振幅正比于冲击力的大小。在冲击脉冲技术中，所测信号振幅的计量单位是dB。测到的轴承冲击dBi值与轴承基准值dB0相减（dB0是良好轴承的测定值）。dBN=dBidB0冲击脉冲计的刻度就是用dBN值表示的。轴承的状况分为三个区：（020）dBN 表示轴承状况良好（2035）dBN 表示轴承状况已经劣化，属发展中的损伤期（3560）dBN 表示轴承已经存在明显的损伤。19机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断图76 共振解调法的信号变换过程5共振解调法 共振解调法也称为包络检波频共振解调法也称为包络检波频谱分析法谱分析法，是目前滚动轴承故障诊断中最常用的方法之一。共振解调法的基本原理可
18、用图76所示信号变换过程中的波形特征来说明。图(a)为理想的故障微冲击脉冲信号F(t)（原始脉冲波），它在时域上的脉宽极窄，幅值很小，而脉冲的频率成分很丰富。虽然这种脉冲是以T为周期，但在频谱上却直在频谱上却直接反映不出对应的频率接反映不出对应的频率1T成分成分。20机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断图(b)是脉冲信号由传感器接收后，经过电子高频谐振器谐振，产生的一组组共振响应波共振响应波。这是一种振幅被放大了的高频自由衰减振荡波，振荡频率就是谐振器的谐振频率谐振频率n(n=1/Tn)，它的最大振幅与故障冲击的强度成正比，而且每组振荡波在时域上得到了展宽，振荡波的重复振荡波的重复频率与故障冲击的
19、重复频率相同频率与故障冲击的重复频率相同。图(c)为振荡波经过绝对值处理绝对值处理后留下了对应的频率，但它还不是完全的周期信号，在频谱上不能形成简单波形那样的离散谱线。图(d)为对图(c)所示振荡波再进行包络检波包络检波处理后的波形，也就是取振荡波形的包络线包络线。这个包络波形就把高频成分和其他机械干扰频率剔除掉了，成为纯低频的周期波纯低频的周期波，波的周期T仍与原始冲击频率相对应图(e)为将图(d)所示的纯低周期包络波作为新的振动波形进行频谱分析，获得明显的冲击频率及其谐波成分的频谱分析图。21机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断图77 两种信号处理方法比较例：例：共振解调法共振解调法（包络检波
20、频谱（包络检波频谱分析法）分析法）实现包络检波的方法有多种，常用的有两种方法：希尔伯特希尔伯特(Hilbett)变换法变换法和检波滤波法检波滤波法。图77为204型轴承加了30N轴向力，在试验装置上进行测试分析的结果。图77(a)为原信号直接用低频信号接收法得到的频谱，图中谱峰密集，较难寻找出故障的特征频率。图77(b)为经过包络检波后的频谱图，清楚地显示出故障的特征频率，其中91.25Hz是轴承外圈的间隔频率(理论计算值为92.5Hz)，145Hz、290Hz和436Hz是内圈的间隔频率及其谐波。该轴承的实际故障该轴承的实际故障是内、外滚道表面上各有一处疲劳剥落。22机械故障诊断技术滚动轴承
21、故障诊断6频谱分析法将低频段测得振动信号，经低通抗叠混滤波器后，进行FFT快速富里叶变换，得到频谱图。根据滚动轴承的运动关系式计算得到各项特征频率，在频谱图中找出、观察其变化，从而判别故障的存在与部位。需要说明的是，各种特征频率都是从理论上推导出来的，而实际上，由于轴承的各几何尺寸会有误差，加上轴承安装后的变形、FFT计算误差等因素，使得实际的频率与计算所得的频率会有某些出入，所以在频谱图上寻找各特征频率时，需在计算的频率值上找其近似的值来作诊断。23机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断图78 故障轴承与完好轴承的频谱图对比a)故障轴承 b)完好轴承例如，图78a，是一个外环有划伤的轴承频谱图，明
22、显看出其频谱中有较大的周期成分，其基频为184.2Hz。图78b是与该轴承同型号的完好轴承的频谱图。通过比较可以看出，当出现故障后频谱图上有较高阶谐波。在此例中出现了184.2Hz的5阶谐波。且在736.9Hz上出现了谐波共振现象。需要指出的是，图78是一个在实验室作出的图形。实际工业现场的信号是极复杂的，包含了诸多轴、齿轮等强振信号，而滚动轴承的故障信号因为强度太小，而被淹没。只有机构相对简单的机械（如低转速的水泵）才能复现与图78相似的频谱图。24机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断滚动轴承原故障信号弱，并不意味常规的FFT信号分析技术对滚动轴承的故障诊断束手无策。我们都知道滚动轴承以其尺寸精
23、度固定了转轴的轴心空间位置轴心空间位置，一旦滚动轴承内的故障引发振动，必然影响转轴的轴心位置，导致对应轴转轴转动动频频率的率的振幅加大振幅加大，若能排除轴上其他零件的原因（例如齿轮的转子不平衡力是不随时间变化的转子不平衡力是不随时间变化的），即可诊断出轴承故障。轴上的齿轮等零件的振动也会受到轴承振动的影响，导致自身的振动出现幅值增大，谐频成分增多谐频成分增多的现象。25机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断7倒频谱分析法对于一个复杂的振动情况，其谐波成分更加复杂而密集复杂而密集，仅仅去观察其频谱图，可能什么也辨认不出。这是由于各运动件在力的相互作用下各自形成特有的特征频率，并且相互叠加与调制相互叠加
24、与调制，因此在频谱图上则形成多族谐波多族谐波成分，如果应用倒频谱则较易于识别。倒频谱倒频谱：对于存在调频、调幅现象的信号，其功率谱上会出现周期分量或等间隔的旁瓣，利用倒谱分析方法，对功率谱上的周期分量进行再处理，找出功率谱上不易发现的问题。处理过程：离散信号序列xiFFT变换功率谱S f 求对数lgS(f)求逆傅里叶变换F-1lgS(f)得到倒谱C()C()=F-1lgS(f)26机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断例：图79a，是内圈轨道上有疲劳损伤和滚子有凹坑缺陷轴承的振动时间历程。图79b则是其频谱图，该图不便识别。图79c是其倒频谱，明显看出有106Hz及26.39Hz成分，理论计算上滚子
25、故障频率为106.35Hz及内圈故障频率为26.35Hz，在此看出，倒频谱反映出的故障频率与理论几乎完全一致。在滚动轴承故障信号分析中，由于存在着明显的调制现象，并在频谱图中形成不同族的调制边带调制边带。*当内圈有故障时是则内圈故障频率构成调制边带；*当滚子有故障时，则又以滚子故障频率构成另一族调制边带。因此轴承故障的倒频谱诊断方法可以提供有效的预报信息。27机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断图79 倒频谱分析的有效性示意图28机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断图710 高线轧机的传动机构示意图74 滚动轴承故障诊断案例 例7-12005年1月31日，宣化钢铁公司高速线材轧机的26架出现振动异常。
26、图710为高线轧机的传动机构示意图。29机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断1）频谱分析图:图711 26架轧机振动频谱图30机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断2）数据分析：表71 数据分析表 （测量转速1100rpm；推导转速1078.2rpm）序号故障特征频率（Hz）误 差振 幅(m/S2)特 征 描 述测量值计算值绝 对相 对158.59458.594003.245锥箱I轴转频2117.188117.188001.508锥箱I轴转频二倍频3180.664175.7824.8822.8%2.458锥箱I轴转频的三倍频4239.258234.3764.8822.1%0.908锥箱I轴转频的四倍频3
27、1机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断3)趋势分析:从趋势图上可以看到振动是在1月29日开始上升的，说明故障发展很快。图712 26架通频振动有效值趋势图32机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断4）特征频率趋势分析 从图713中可以看到，轴转频(58.59Hz)及2倍频(117.19Hz)的振幅也是在1月29日开始上升。图713 26架特征频率趋势图33机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断5）当时的诊断结论与处理建议1时域信号特征 a）26#架精轧机在1月29日柱状图（棒图a、b、c，这里未给出）峰值开始报警，30日报警值达255；b）29日时域信号发生严重畸变，30日时域信号完全紊乱；c）时域趋势图从2
28、7日的22.6m/s2急剧上升到30日的245 m/s2（图7-12），突变了10倍左右。2频域信号特征：a）出现26#架精轧机锥箱I轴的转动频率（同时也是该轴轴承内圈旋转频率）及大量谐波，达5000Hz以上，这是典型的部件松动特征这是典型的部件松动特征。b）58.59Hz的振幅已经超过10m/s2；（图7-11)3该齿轮箱可能存在两种故障隐患：a）I轴轴承损坏（可能性较大）;b）26架底座刚度弱（有松动、裂纹等），有被外力所激起的振动。34机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断实际情况厂方接到报告后，立即组织检修。开箱后发现1轴MRC7126 KRD4S轴承损坏。图714 破裂的1轴轴承（注：注：
29、这个诊断报告中将锥箱I轴的转动频率及大量谐波解释成典型的部件松动特征，实际是因为轴承破损轴承破损，造成I轴定心失效所致）35机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断例7-22005年1月5日，宣化钢铁公司高速线材轧机的20架出现振动异常。图710为高线轧机的传动机构示意图。查20架的频谱变化过程，见图715、图717、图718。图715 12月28日谱图锥箱I轴转频58Hz幅值为0.447 m/s236机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断图7-17 1月2日频谱图（锥箱轴转动频率58Hz的振幅为2.502 m/s2图7-18 1月4日频谱图（锥箱轴转动频率58Hz的振幅为3.664 m/s237机械故障诊
30、断技术滚动轴承故障诊断数据分析表72 数据分析表 （测量转速1088rpm；推导转速1078.2rpm）从2004年12月28日的频谱图到2005年1月4日的频谱图，可以看到轴转频的振幅上升了7倍，而且频域图形中出现很多谐波并向上漂起，时域图形越来越混乱，呈很强的非对称形态。由此可以判断20架锥箱轴轴承出现故障建议：及时更换20#锥箱I轴轴承，以免发生故障。序号故 障 信 号频率 (Hz)计 算 特 征频率 (Hz)振幅绝对误差（Hz）相对误差%可 信度%故障部位及性质分析158.59459.132.50259.13-58.593=0.5370.537/59.13=0.91%100锥箱I轴转频
31、2117.188118.262.504118.26-117.188=1.0721.072/118.26=0.91%100锥箱I轴转频的2倍频38机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断20#轧机拆检结果图719图720 图72139机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断例7-3 2005年12月15日，唐山钢铁公司高速线材轧机的增速箱振动异常升高的故障诊断。根据系统的时域指标监测，在12月14日发现精轧机增速箱南侧时域指标连续呈黄色警报，到12月15日时域指标报警值大于150变为红色，引起技术人员的关注，因此进一步对该设备进行频谱分析。图722 高线精轧机齿轮箱传动链图40机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断频
32、谱图分析 图723 增速箱12月15日时域振动波形在图723增速箱时域振动波形图中可以明显看到高频冲击现象，并且相对0位线偏向上方。0位线41机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断图724 增速箱12月15日频谱图时域信号有明显下延结构是冲击类振动的表现，频域含有410HZ成份，并伴随有高阶倍频成份。42机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断诊断结论 1、经过初步分析该振动成份并非轴与齿轮的故障特征频率（轴转动频率小于30HZ，齿轮啮合频率大于2000HZ）；2、由于轴承参数不全，无法计算精确的故障特征频率，根据估计值计算有轴承故障可能。在随后的紧急检修中，开箱发现输出高速轴联轴节端滚动轴承内圈断裂。图7
33、25 轴承内圈断裂43机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断01002003004002月1日2月15日2月19日3月7日3月11日3月28日4月13日4月17日5月6日5月10日5月26日6月7日6月27日吐丝机水平测点峰值趋势日期峰值a35图726 吐丝机传动简图74 滚动轴承故障诊断案例 例7-4：2006年6月27日，安阳钢铁公司高速线材轧制线上的吐丝机轴发生轴承碎裂事故，被迫停产检修。事后检视在线故障诊断监测系统，发现早在4月13日时域峰值指标状态监测已经发出红色警报。图726是吐丝机传动简图。作为事后调查，欲对所有故障监测指标作一下回顾，以便认识哪些指标对这类故障信息敏感。所以将各项时域
34、监测指标列举分析如下：44机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断1、时域指标趋势分析(1)6.5钢吐丝机a35测点峰值趋势图 由图727可见，在26月份轧6.5钢时，吐丝机a35测点时域峰值从4月13日（50 m/s）开始有所上升，到4月25日达到85 m/s，此后到5月6日已达到260 m/s以上，并且到吐丝机轴承出现损坏事故前在线系统一直连续出现红色警报（均在200 m/s以上）。图727 峰值指标趋势图45机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断(2)轧6.5钢吐丝机a35水平测点峰值系数趋势图 由图728可见，在26月份轧6.5钢时，吐丝机a35水平测点峰值系数在4月13日之前维持在5以下，到4月1
35、6日达到10，此后到5月25日之间一直维持在6.5以上，轴承在正常状态下的峰值系数为5左右，说明吐丝机在4月13日时已有故障隐患了，到5月25日后吐丝机a35测点峰值系数又降到5以下，说明此时轴承到已经损坏了。图728 峰值系数趋势图46机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断2、频域指标趋势分析轧6.5钢吐丝机II轴轴频幅值趋势图 由图730可见，在26月份轧6.5钢时，吐丝机II轴转动频率的幅值在4月24日之前维持在0.25m/s2以下，4月24日开始上升，达到0.4m/s2，到5月6日达到9.659m/s2，此后到6月27日之间一直维持在8.5m/s2以上，6月6日最高达到30.82m/s2，说
36、明吐丝机在4月24日（0.4）时已有故障隐患了，到5月6日幅值发生突变，增大了20多倍，说明此时吐丝机轴承已经损坏了。图730 II轴轴频幅值趋势图48机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断3、谱图分析(1)a35测点正常时的时域波形及频谱图（轧6.5钢）图731(a)吐丝机06年3月9日19：00时域波形图49机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断图731(b)吐丝机06年3月9日19：00频域波形图50机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断特征频率表1特征频率表1（图731 轧6.5钢时转速：1071r/min）吐丝机 a35测点谱图数据)图731显示为吐丝机3月9日19：00的时域和频域波形图，吐丝机II
37、轴（高速轴）转动频率的振幅为0.151m/s，并且II轴轴频的2、5、7倍频的振幅较为突出（见特征频率表1），这时II轴已有轻微松动故障了。由于振幅相对很低，不易看出。序号故障信号频率(Hz)计算特征频率(Hz)振幅绝对误差（Hz）相对误差%可信度%故障部位及性质分析129.29730.6650.1511.3684.4690II轴转动频率258.59461.330.9482.7364.46902II轴转动频率392.77391.9950.630.7780.851003II轴转动频率4151.367153.3251.1791.9581.281005II轴转动频率5205.078214.6551.
38、9169.5774.46907II轴转动频率51机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断(2)a35测点峰值明显上升时的时域波形及频谱图(轧6.5 钢)图732(a)吐丝机06年4月25日4：00时域波形图52机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断图732(b)吐丝机06年4月25日4：00频域波形图53机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断特征频率表2特征频率表2（图732 轧6.5钢时转速：1052r/min）吐丝机 a35测点谱图数据)图732显示为吐丝机4月25日4：00的时域和频域波形图，吐丝机II轴（高速轴）转动频率的振幅为0.386m/s，并且II轴轴频的2、5、7倍频幅值较为突出（见特征频率表2）
39、，与3月9日波形图相比，II轴（高速轴）轴转动频率的振幅上升了2倍多，且II轴转动频率的2、5、7倍频幅值也相对上升了，表明吐丝机II轴松动故障在逐渐加重。序号故障信号频率(Hz)计算特征频率(Hz)振幅绝对误差（Hz）相对误差%可信度%故障部位及性质分析129.29730.1210.3860.8242.73100II轴转动频率258.59460.2421.0261.6482.731002II轴转动频率387.89190.3630.6392.4722.731003II轴转动频率4151.367150.6050.9480.7625.06905II轴转动频率5205.078210.8472.226
40、5.7692.731007II轴转动频率54机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断(3)a35测点峰值上升非常大时的时域波形及频谱图(轧6.5钢)图733 吐丝机06年5月6日10：00时域和频域波形图55机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断特征频率表3特征频率表3（图733 轧6.5钢时转速：1063r/min）吐丝机 a35测点谱图数据)图733显示为吐丝机5月6日10：00的时域和频域波形图，吐丝机II轴（高速轴）转动频率的振幅为9.659m/s，并伴有II轴转动频率的2、3倍频振幅较为突出（见特征频率表3），与4月25日波形图相比，II轴（高速轴）轴转动频率振幅上升了20多倍，且II轴转动频率的
41、2、3倍频振幅也相对上升了，表明吐丝机II轴上轴承已经损坏了。这个时间距轴承破碎还有40多天，而且频谱图上已有极明显的故障征兆。低频段升高20倍，使高频振幅都压下去了。在此期间处理，完全可以避免事故发生。序号故障信号频率(Hz)计算特征频率(Hz)振幅绝对误差（Hz）相对误差%可信度%故障部位及性质分析129.29730.4369.6591.1393.74100II轴转动频率258.59460.8723.5212.2783.741002II轴转动频率387.89191.3082.7733.4173.741003II轴转动频率56机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断(4)吐丝机轴承碎裂当天的时域波形
42、及频谱图(轧6.5钢)图734 吐丝机06年6月27日06：51时域和频域波形图57机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断特征频率表4 特征频率表4（图734 轧6.5钢时转速：1084r/min 吐丝机 a35测点谱图数据)图734显示为吐丝机6月27日06：51的时域和频域波形图，吐丝机II轴（高速轴）转动频率幅值为15.201m/s,比5月9日幅值又有所上升，说明吐丝机II轴轴承已严重损坏，从而导致II轴轴频幅值持续上升。序号故障信号频率(Hz)计算特征频率(Hz)振幅绝对误差（Hz）相对误差%可信度%故障部位及性质分析129.29731.03815.2011.7415.6190II轴转动频率
43、258.59462.0767.5733.4825.61902II轴转动频率58机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断4、诊断结论1、根据以上分析，一炼轧厂吐丝机有以下两方面的故障征兆。(1)吐丝机II轴在初期（3、4月份）有轻微松动故障征兆，实质是轴承定心轴承定心劣化。(2)吐丝机II轴两端的轴承有损伤。2、吐丝机II轴有松动的故障特征，是由于在频域图中II轴转频(基频)及其2、5、7倍频幅值在2、3月份较小，到4、5月份都有较大增长，与松动故障很吻合，尤其在轧小规格钢(10mm钢以下)时候更为突出。3、吐丝机II轴两端的轴承有损伤是由于在时域指标中峰值系数和峭度指标2、3月份都属于正常范围内，到4
44、、5月份上升了几倍甚至十几倍，已远远超出了轴承正常运行的技术状态。4、吐丝机II轴两端的轴承损坏，表现为轴承在早期（3、4月份）与II轴之间配合间隙大而引起II轴出现松动故障，后期（5、6月份）轴承损坏主要表现为II轴转动频率振幅很高，而其3、5、7倍频幅值不再突出，频谱图与3、4月份明显不同。59机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断5、从在线监测系统的时域和频域两方面都能表明吐丝机II轴上轴承损坏的渐变过程。综合此事件所获得的经验：当峭度指标异常升高，轴的转动频率振幅也有很大的增加，同时出现转动频率的高阶次谐频。这些条件综合起来，就是滚动轴承故障的判定条件。附图：轴承（型号10284776）损坏
45、照片如下：NoImage图735、轴承内外圈损坏照片 图736、吐丝机II高速轴60机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断第7章7-1滚动轴承的_通常用来作为诊断的依据。7-2传感器的安装部位通常在轴承座部位，并按信号传动的方向选择_和_布置。7-3采用峰值系数法和峭度指标法进行故障诊断，正常时，滚动轴承的峰值系数约为_，峭度值约为_；但是，当峭度值下降时不表明故障恢复，而可能是轴承故障_，剥落斑点_。7-4滚动轴承常见的失效形式有哪些？分别简要介绍失效原因。7-5滚动轴承运行时为什么会产生振动？7-6采用较多的滚动轴承故障信号分析方法有哪几种？7-7什么叫滚动轴承的共振解调法？7-8滚动轴承有哪些特征频率？其计算公式分别是什么？7-9简述共振解调技术的基本原理和作用？7-10描述一个实例的诊断流程。61机械故障诊断技术滚动轴承故障诊断
