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軸承故障診斷的五大方法與實用技巧

文章出處：責任編輯：人氣：-發表時間：2024-03-07 14:41【大中小】

軸承故障診斷的五大方法與實用技巧

軸承故障分析五大方法及診斷小技巧，你都了解哪些？今天帶你來看看。

01 異常旋轉音分析診斷

異常旋轉音檢測分析是采用聽診法對軸承工作狀態進行監測的分析方法。常用工具是木柄長螺釘旋具，也可以使用外徑為20mm左右的硬塑料管。相對而言，使用電子聽診器進行監測，更有利于提高監測的可靠性。軸承處于正常工作狀態時，運轉平穩、輕快，無停滯現象，發生的聲響和諧而無雜音，可聽到均勻而連續的“嘩嘩”聲，或者較低的“轟轟”聲。異常聲響所反映的軸承故障如下。

（1）軸承發出均勻而連續的“咝咝”聲，這種聲音由滾動體在內外圈中旋轉而產生，包含有與轉速無關的不規則的金屬振動聲響。一般表現為軸承內加脂量不足，應進行補充。若設備停機時間過長，特別是在冬季的低溫情況下，軸承運轉中有時會發出“咝咝沙沙”的聲音，這與軸承徑向間隙變小、潤滑脂工作針入度變小有關。應適當調整軸承間隙，更換針入度大一點的新潤滑脂。

（2）軸承在連續的“嘩嘩”聲中發出均勻的周期性“嗬羅”聲，這種聲音是由于滾動體和內外圈滾道出現傷痕、溝槽、銹蝕斑而引起的。聲響的周期與軸承的轉速成正比。應對軸承進行更換。

（3）軸承發出不規律、不均勻的“嚓嚓”聲，這種聲音是由于軸承內落入鐵屑、砂粒等雜質而引起的。聲響強度較小，與轉數沒有聯系。應對軸承進行清洗，重新加脂或換油。

（4）軸承發出連續而不規則的“沙沙”聲，這種聲音一般與軸承的內圈與軸配合過松或者外圈與軸承孔配合過松有關系。聲響強度較大時，應對軸承的配合關系進行檢查，發現問題及時修理。

02 振動信號分析診斷

軸承振動對軸承的損傷很敏感，例如剝落、壓痕、銹蝕、裂紋、磨損等都會在軸承及振動測量中反映出來。所以，通過采用特殊的軸承振動測量器（頻率分析器等）可測量出振動的大小，通過頻率分布可推斷出異常的具體情況。測得的數值因軸承的使用條件或傳感器安裝位置等而不同，因此需要事先對每臺機器的測量值進行分析比較后確定判斷標準。滾動軸承故障的檢測診斷技術有很多種，如振動信號檢測、潤滑油液分析檢測、溫度檢測、聲發射檢測等。在各種診斷方法中，基于振動信號的診斷技術應用最為廣泛，該技術分為簡易診斷法和精密診斷法兩種。 ·簡易診斷利用振動信號波形的各種參數，如幅值、波形因數、波峰因數、概率密度、峭度系數等，以及各種解調技術對軸承進行初步判斷以確認是否出現故障； ·精密診斷則利用各種現代信號處理方法判斷在簡易診斷中被認為是出現了故障的軸承的故障類別及原因。

2.1 簡易診斷法 在利用振動對滾動軸承進行簡易診斷的過程中，通常是要測得的振值（峰值、有效值等）與預先給定的某種判定標準進行比較，根據實測的振值是否超出了標準給出的界限來判斷軸承是否出現了故障，以決定是否需要進一步進行精密診斷。用于滾動軸承簡易診斷的判斷標準可大致分為三種：

（1）絕對判定標準：是用于判斷實測振值是否超限的絕對量值；

（2）相對判定標準：是對軸承的同一部位定期進行振動檢測，并按時間先后進行比較，以軸承無故障的情況下的振值為標準，根據實測振值與該基準振值之比來進行診斷的標準；

（3）類比判定標準：是把若干同一型號的軸承在相同的條件下在同一部位進行振動檢測，并將振值相互比較進行判斷的標準。

絕對判定標準是在規定的檢測方法的基礎上制定的標準，因此必須注意其適用頻率范圍，并且必須按規定的方法進行振動檢測。適用于所有軸承的絕對判定標準是不存在的，因此一般都是兼用絕對判定標準、相對判定標準和類比判定標準，這樣才能獲得準確、可靠的診斷結果。

簡易診斷主要有以下幾種方法：

（1）振幅值診斷法

這里所說的振幅值指峰值XP、均值X（對于簡諧振動為半個周期內的平均值，對于軸承沖擊振動為絕對值處理后的平均值）以及均方根值（有效值）Xrms。

這是一種最簡單、最常用的診斷法，它是通過將實測的振幅值與判定標準中給定的值進行比較來診斷的。

·峰值反映的是某時刻振幅的最大值，因而它適用于像表面點蝕損傷之類的具有瞬時沖擊的故障診斷。

·均值用于診斷的效果與峰值基本一樣，其優點是檢測值較峰值穩定，但一般用于轉速較高的情況（如300r/min以上）。

·均方根值是對時間平均的，因而它適用于像磨損之類的振幅值隨時間緩慢變化的故障診斷。

（2）概率密度診斷法

無故障滾動軸承振幅的概率密度曲線是典型的正態分布曲線；而一旦出現故障，則概率密度曲線可能出現偏斜或分散的現象。

（3）峭度系數診斷法

振幅滿足正態分布規律的無故障軸承，其峭度值約為3。隨著故障的出現和發展，峭度值具有與波峰因數類似的變化趨勢。此方法的優點在于與軸承的轉速、尺寸和載荷無關，主要適用于點蝕類故障的診斷。

（4）波形因數診斷法

波形因數定義為峰值與均值之比（XP/X）。該值也是用于滾動軸承簡易診斷的有效指標之一。

（5）波峰因數診斷法

波峰因數定義為峰值與均方根值之比（XP/Xrms）。該值用于滾動軸承簡易診斷的優點在于它不受軸承尺寸、轉速及載荷的影響，也不受傳感器、放大器等一、二次儀表靈敏度變化的影響。該值適用于點蝕類故障的診斷。通過對XP/Xrms值隨時間變化趨勢的監測，可以有效地對滾動軸承故障進行早期預報，并能反映故障的發展變化趨勢。

·當滾動軸承無故障時，XP/Xrms，為一較小的穩定值；

·當軸承出現了損傷時，則會產生沖擊信號，振動峰值明顯增大，但此時均方根值尚無明顯的增大，故XP/Xrms增大；

·當故障不斷擴展，峰值逐步達到極限值后，均方根值則開始增大，XP/Xrms逐步減小，直至恢復到無故障時的大小。

2.2 精密診斷法

滾動軸承的振動頻率成分十分豐富，既含有低頻成分，又含有高頻成分，而且每一種特定的故障都對應有特定的頻率成分。精密診斷的任務，就是要通過適當的信號處理方法將特定的頻率成分分離出來，從而指示特定故障的存在。常用的精密診斷有下面幾種。

（1）低頻信號分析法

低頻信號是指頻率低于8kHz的振動。一般測量滾動軸承振動時都采用加速度傳感器，但對低頻信號都分析振動速度。因此，加速度信號要經過電荷放大器后由積分器轉換速度信號，然后再經過上限截止頻率為8kHz的低通濾波器去除高頻信號，最后對其進行頻率成分分析，以找到信號的特征頻率，進行診斷。

（2）中、高頻信號解調分析法

中頻信號的頻率范圍為8~20kHz，高頻信號的頻率范圍為20~80kHz。由于對中、高頻信號可直接分析加速度，傳感器信號經過電荷放大器后，直接通過高通濾波器去除低頻信號，然后對其進行解調，最后進行頻率分析，以找出信號的特征頻率。

03 軸承的溫度分析診斷

軸承的溫度，一般有軸承室外面的溫度就可推測出來，如果利用油孔能直接測量軸承外圈溫度，則更為合適。通常，軸承的溫度隨著軸承運轉開始慢慢上升，1~2小時后達到穩定狀態。軸承的正常溫度因機器的熱容量、散熱量、轉速及負載而不同。如果潤滑、安裝不合適，則軸承溫都會急驟上升，會出現異常高溫，這時必須停止運轉，采取必要的防范措施。

用高溫經常表示軸承已處于異常情況。高溫也有害于軸承潤滑劑。有時軸承過熱可歸諸于軸承的潤滑劑。若軸承在超過125℃的溫度長期連轉會降低軸承壽命。引起高溫軸承的原因包括：潤滑不足或過分潤滑、潤滑劑內含有雜質、負載過大、軸承損壞、間隙不足及油封產生的高摩擦等等。

因此，連續性的監測軸承溫度是有必要的，無論是量測軸承本身或其它重要的零件。如果是在運轉條件不變的情況下，任何的溫度改變可表示已發生故障。軸承溫度的定期量測可藉助于溫度計，例如SKF數字型溫度計，可精確地測軸承溫度并依℃或華氏溫度定單位顯示。重要性的軸承，意味著當其損壞時，會造成設備的停機，因此這類軸承最好應加裝溫度探測器。正常情況下，軸承在剛潤滑或再潤滑過后會有自然的溫度上升并且持續一天或兩天。

04 潤滑劑分析診斷

潤滑劑分析法是利用鐵譜分析技術，鐵譜分析技術是特別適合于鑒定和預測滾動疲勞的一種方法。將滾動軸承的潤滑油抽取一部分作為油樣，利用高梯度磁場使流過該磁場的油樣中所含的固體異物，按大小比例沉積在玻璃片上，得以觀察異物顆粒的形狀，大小，色澤和材質，從而能清楚地判明磨損的類型，預告機器的運轉狀態，及時發現隱患。鐵譜技術原則上以鑒定鋼鐵等強磁體為主要目標，但對銅等非鐵金屬、砂、有機物和密封碎屑等異物也有相當出色的鑒定能力。當油樣中出現直徑為1~5μm鋼鐵類球形顆粒時，肯定軸承已開始出現疲勞微裂紋。當油樣中出現長度與厚度比為10：1的疲勞剝落顆粒，而長度大于10μm時，軸承中非正常疲勞磨損已經開始，當長度大于100μm時，軸承已經失效。第三種疲勞碎屑為長度與厚度比為30：1的疲勞薄片，其長度在20~50μm，薄片往往帶有空洞。在疲勞開始出現時，這種薄片的數量會明顯增加，這可與球形顆粒共同作為疲勞出現的標志。

05 聲發射檢測

聲發射檢測技術原理，材料受到外力或內力作用產生變形或者裂紋擴展時，以彈性波的形式釋放出應變能的現象稱為聲發射。

用儀器檢測、分析聲發射信號和利用聲發射信號推斷聲發射源的技術稱為聲發射檢測技術，其利用物質內部微粒由于相對運動而以彈性波的形式釋放應變能的現象來識別和了解物質或結構內部狀態。

聲發射信號包括突發型和連續型兩種。突發型聲發射信號由區別于背景噪聲的脈沖組成，且在時間上可以分開；連續型聲發射信號的單個脈沖不可分辨。實際上，連續型聲發射信號也是由大量小的突發型信號組成的，只不過太密集而不能分辨而已。

滾動軸承在運行不良的情況下，突發型和連續型的聲發射信號都有可能產生。軸承各組成部分（內圈、外圈、滾動體以及保持架）接觸面間的相對運動、碰摩所產生的赫茲接觸應力，以及由于失效、過載等產生的諸如表面裂紋、磨損、壓痕、切槽、咬合、潤滑不良造成的的表面粗糙、潤滑污染顆粒造成的表面硬邊以及通過軸承的電流造成的點蝕等故障，都會產生突發型的聲發射信號。

連續型聲發射信號主要來源于潤滑不良（如潤滑油膜的失效、潤滑脂中污染物的浸入）導致軸承表面產生氧化磨損而產生的全局性故障、過高的溫度以及軸承局部故障的多發等，這些因素造成短時間內的大量突發聲發射事件，從而產生了連續型聲發射信號。

滾動軸承在運行過程中，其故障（不管是表面損傷、裂紋還是磨損故障）會引起接觸面的彈性沖擊而產生聲發射信號，該信號蘊涵了豐富的碰摩信息，因此可利用聲發射來監測和診斷滾動軸承。

濟南數控模具科技研究所

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