Chapter05_滚动轴承故障诊断

第5章 滚动轴承故障诊断本章内容1、滚动轴承的故障形式与故障原因。 2、滚动轴承故障的检测方法。 3、滚动轴承故障的振动诊断方法，包括：引起滚动轴承振 动的原因和特征频率、滚动轴承缺陷产生的间隔频率、基于 振动的滚动轴承诊断方法等。

本章要求1、了解滚动轴承故障的检测方法。 2、理解滚动轴承的故障形式与故障原因。 3、掌握滚动轴承的故障特征频率计算方法、基于振动的 滚动轴承故障诊断方法。机械电子工程学院

5.1 滚动轴承的失效形式及检测方法5.1.1 失效形式轴承转速小于1r/min时，其损坏形式主要是塑性变形。

接触表面的最大挤压应力发生在受力最大的一个滚动体与 轴承内圈的接触点处，其损坏的特征是滚道上形成一个个小 圆穴(凹痕),使轴承在运转时产生很大的振动和噪声。 轴承转速大于10r/min时，主要损伤形式：1、疲劳剥落(点蚀) 2、磨损或擦伤

3、锈蚀和电蚀 4、断裂机械电子工程学院

5.1 滚动轴承的失效形式及检测方法5.1.2 检测方法检测滚动轴承的各种损伤的主要方法有： 1、根据轴承的振动和声音检测； 2、根据轴承的温度或润滑油的温度检测； 3、根据轴承的磨损颗粒检测； 4、根据轴承的间隙变化检测； 5、根据轴承中的油膜电阻变化检测。

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5.1 滚动轴承的失效形式及检测方法滚动轴承的损伤现象和检测方法检测方法 损伤现象 剥落 裂纹 压痕 磨损 腐蚀 污斑 烧伤 生锈 可否在转动中测定 振动和声音 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ △ 可以 温度 × × × △ △ △ ○ × 可以 磨损颗粒 ○ △ × ○ ○ ○ △ ○ 不可以 轴承间隙 × × × ○ ○ △ × × 不可以 油膜电阻 × × × ○ ○ ○ ○ △ 可以机械电子工程学院

检测方法的适用性：○——有效；△——有可能性；×——不适用

5.2 滚动轴承的振动机理与信号特征

新轴承的振动波形

表面劣化后的轴承振动波形

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5.2.1 滚动轴承的振动机理由于轴承本身内部原因产生的振动可分为三类： 1、由于轴承结构本身引起的振动 ①滚动体通过载荷方向产生的振动； ②套圈(内圈和外圈)的固有振动； ③轴承弹性特性引起的振动。 2、由于轴承形状和精度问题引起的振动 ①套圈、滚道和滚动体波纹度引起的振动； ②滚动体大小不均匀和内、外圈偏心引起的振动。 3、由于轴承使用不当或装配不正确引起的振动 ①滚道接触表面局部性缺陷引起的振动； ②润滑不良，由摩擦引起的振动； ③装配不正确，轴颈偏斜产生的振动。机械电子工程学院

5.2.1.1 滚动体通过载荷方向产生的振动

轴旋转时，每个滚动体通 过载荷中心线

会发生一次力 的变化，对轴颈或轴承座产 生激励作用，这个激励频率 称为通过频率，表示如下：

f e zf c式中：

f c ——保持架转动频率；z ——轴承内的滚动体个数。 轴承旋转时滚动体上的负荷变化

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5.2.1.2 套圈(内环、外环)的固有振动

(a)角度方向振动 (b)轴向振动 (c)径向弯曲振动 (d)轴向扭曲振动 外圈固有振动的四种形态 套圈径向弯曲振动的固有频率：

f en

n( n 2 1) 2 ( D 2 ) 2 n 2 1

EIg A

D为圆环中性轴的直径，n为振型阶数，E为弹性模数，I为圆环纵向截面的惯性 矩，g为重力加速度，A=bh,b为圆环宽度，h为圆环的厚度 。机械电子工程学院

5.2.1.3 轴承弹性特性引起的振动

钢球的固有频率

0.24 f on r

E 2

r——钢球半径，E——钢球的弹性模数，ρ——材料密度

轴承套圈的固有频率从数千Hz至数十千Hz,而滚动体的固 有频率可达数百千Hz,是频率非常高的振动。

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5.2.1.4 轴承、滚道和滚动体波纹度引起的振动

波峰数1*8-1=7

波峰数1*8=8 波峰数1*8+1=9 内圈波纹峰数与外圈径向振动关系

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5.2.1.5 滚动体大小不均匀和内外圈偏心引起的振动

转轴上的振动频率：

nfc f (n 1,2,3,...)f c 滚动体的公转频率(即保持架转动频率); f为转轴的转速频率。 (a)滚动体大小不均匀 (b)内、外圈偏心 滚动体大小不均匀和轴承偏心引起的振动

两种情况都会引起转轴轴心的甩转运动，其振动频率为轴的 转速频率及其多倍频成分nf(f为轴转速频率，n=1,2,3,…)。机械电子工程学院

5.2.1.6 滚道接触面局部性缺陷引起的振动滚动轴承可能由于润滑不良、载荷过大、材质不良、轴承内 落入异物、锈蚀等原因引起轴承工作表面上的剥落、裂纹、压 痕、腐蚀凹坑和胶合等离散型缺陷或局部损伤。 当滚动体通过一个缺陷时，就会产生一个微弱的冲击脉冲信 号，好像小榔头敲击一样。轴承内产生的冲击能量可激起轴承 和轴承座各零部件以其固有的频率振动，振动能量随着机械结 构的阻尼而衰减。

因此，这种由局部缺陷所产生的冲击脉冲信号，其频率成分 不仅反映轴承故障特征的间隔频率(即通过缺陷处的冲击频率 ),而且还包含有反映轴承元件自振频率的高频成分。

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5.2.1.6 滚道接触面局部性缺陷引起的振动

滚动轴承内缺陷所激发的振动波形机械电子工程学院

5.2.1.6 滚道接触面局部性缺陷引起的振动

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