第五章滚动轴承的状态监测与故障诊断第一节概述外圈内圈滚动体保持架滚动轴承的故障诊断开始于60年代。1966年瑞典SKF公司发明了用冲击脉冲仪（ShockPulseMeter）检测轴承损伤，将滚动轴承的故障诊断水平提高了一个档次。滚动轴承尺寸的选择2第三节滚动轴承的振动一、滚动轴承的振动机理1、承载状态下滚动轴承的振动（1）轴承结构特点引起的振动滚动轴承在承载时，由于在不同位置承载的滚子数目不同，因而承载刚度会有所变化，引起轴心的起伏波动。要减少这种振动的振幅可以采用游隙小的轴承或加预紧力去除游隙。（2）轴承刚度非线性引起的振动滚动轴承的轴向刚度常呈非线性，特别是当润滑不良时，易产生异常的轴向振动。在刚度曲线呈对称非线性时，振动频率为fn,2fn.,3fn,…；在刚度曲线呈非对称非线性时，振动频率为…分数谐频（fn为轴回转频率）。（3）轴承制造装配的原因加工面波纹度引起的振动由轴承零件的加工面（内圈、外圈滚道面及滚动体面）的波纹度引起的振动和噪声在轴承中比较常见，这些缺陷引起的振动为高频振动（比滚动体在滚道上的通过频率高很多倍）。当轴承游隙过大或滚道偏心时都会引起轴承振动。滚动体大小不均匀会导致轴心摆动，还有支承刚性的变化。。2、故障轴承振动信号特征（1）磨损类损伤轴承磨损后产生的振动同正常轴承的振动具有相同的性质，即两者的波形均无规则、随机性强，但磨损后振动水平（幅值）明显高于正常轴承。（2）疲劳剥落损伤Tn特征频率内圈的故障频率3、滚动轴承元件的固有振动频率滚动轴承元件出现缺陷或结构不规则时，在运行中，激发各个元件以其固有频率振动，各轴承元件的固有频率取决于元件本身的材料、外形和质量。二、测点的选择三、分析谱带的选择滚动轴承的故障特征在不同频带上都有反映，因此，可以利用不同的频带，采用不同的方法对轴承的故障做出诊断。1．低频段在滚动轴承的故障诊断中，低频率段指1kHz以下的频率范围。由于轴承的故障特征频率（通过频率）通常都在1kHz以下，此法可直接观察频谱图上相应的特征谱线，做出判断。2．中频段在滚动轴承的故障诊断中，中频段指1～20kHz频率范围。包含有轴承元件表面损伤引起的轴承外圈的固有振动频率等。通过分析这一频带内的振动信号，可以较好地诊断出轴承的损伤类故障。如果测量用的传感器谐振频率较高，那么由于轴承损伤引起的冲击在高频带（20kHz以上），对此频带分析也可以诊断出轴承的故障。四、传感器的选择与固定方式第四阶段滚动轴承的频谱分析第三节滚动轴承的故障诊断方法一、滚动轴承的简易诊断2.波形因数诊断法波形因数定义为峰值与均值之比（）。当XP/X值过大时，表明滚动轴承可能有点蚀；而XP/X小时，则有可能发生了磨损。3.波峰因数诊断法波峰因数定义为峰值与均方根值之比（XP/Xrms)。该值用于滚动轴承简易诊断的优点在于它不受轴承尺寸、转速及载荷的影响。适用于点蚀类故障的诊断。通过对（XP/Xrms)值随时间变化趋势的监测，可以有效地对滚动轴承故障进行早期预报，并能反映故障的发展变化趋势。当滚动轴承无故障时，XP/Xrms，为一较小的稳定值；一旦轴承出现了损伤，则会产生冲击信号，振动峰值明显增大，但此时均方根值尚无明显的增大，故XP/Xrms增大；当故障不断扩展，峰值逐步达到极限值后，均方根值则开始增大，XP/Xrms逐步减小，直至恢复到无故障时的大小。4.概率密度诊断法无故障滚动轴承振幅的概率密度曲线是典型的正态分布曲线；而一旦出现故障，则概率密度曲线可能出现偏斜或分散的现象，如图所示。4.峭度系数诊断法峭度（Kurtosis）β5.滚动轴承的冲击脉冲诊断法（SPM法）5.滚动轴承的冲击脉冲诊断法（SPM法）图冲击脉冲仪示意图6.滚动轴承共振解调诊断法（IFD法）美国波音公司提出的一项技术，称为早期故障探测法（IncipientFailureDetection）。轴承故障会产生周明性的冲击振动信号，通常是高频低幅值信号，在故障的早期和中期，因不平衡、不对中、松动等故障的幅值较高，在常规速度谱和加速度谱难以观察到轴承的故障频率。现场使用最多的是带磁座的压电加速度传感器，对常规振动通常取传感器安装共振频率的1/3，以保证所测谱线幅值在线性范围之内。包络分析采用带通滤波器，通常选取以加速度传感器安装共振频率为中心的频带做为载波频率，使微弱的轴承故障信号搭载在高幅值的谐振频段传递出来，否则高频低幅的轴承故障信号在多个界面经过反射、衰减之后，传感器很难拾取。再对所测信号进行绝对值处理，之后采用低通滤波，即可获得调制信号的包络线，然后进行快速傅立叶变换FFT，便可得到轴承的包络谱，这个过程也称为共振解调。利用解调技术对信号进行频谱分析的过程如图所示。轴承故障引起的冲击脉冲F(t)经传感器拾取及谐振