咨詢熱線：13503724379
摘 要：從工業(yè)的實際應(yīng)用介紹滾動軸承故障發(fā)生過程及故障發(fā)展中各階段的特征，應(yīng)用振動頻譜診斷技術(shù)對滾動軸承故障進行診斷的方法和經(jīng)驗。
滾動軸承在旋轉(zhuǎn)機械中應(yīng)用廣泛，同時也是易損壞的元件之一。旋轉(zhuǎn)機械的許多故障都與滾動軸承有關(guān)，軸承的工作好壞對機械的工作狀態(tài)有很大影響，其缺陷會導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生異常振動和噪聲，嚴重時甚至損壞設(shè)備。對滾動軸承進行正確的狀態(tài)監(jiān)測及診斷，是現(xiàn)代化企業(yè)的設(shè)備優(yōu)化管理及預(yù)知維修的一個重要方面。
一、滾動軸承故障發(fā)展的四個階段
對應(yīng)滾動軸承的結(jié)構(gòu)組成，滾動軸承有4種故障頻率：滾動軸承保持架故障頻率（FTF），滾動軸承滾動體故障頻率（BSF），滾動軸承外圈故障頻率（BPFO），滾動軸承內(nèi)圈故障頻率（BPFI）。對于這些軸承故障頻率的求取，有專門的數(shù)學(xué)計算公式，不過在實際工作中計算比較麻煩，較方便的方法是利用專門的軟件獲得，如美國羅克韋爾自動化ENTEK公司的Odyssey軟件中就帶有該功能插件，只要輸入軸承型號及生產(chǎn)廠家等信息，就可得到對應(yīng)的各種軸承故障頻率。
一般把滾動軸承故障的發(fā)展分為4個階段（圖1）：
第一階段，即軸承開始出現(xiàn)故障的萌芽階段，這時溫度正常，噪聲正常，振動速度總量及頻譜正常，但尖峰能量總量及頻譜有所征兆，反映軸承故障的初始階段。這時真正的軸承故障頻率出現(xiàn)在超聲段大約20～60kHz范圍。
第二階段，溫度正常，噪聲略增大，振動速度總量略增大，振動頻譜變化不明顯，但尖峰能量有大的增加，頻譜也更加突出。這時的軸承故障頻率出現(xiàn)在大約500Hz～2kHz范圍。
第三階段，溫度略升高，可耳聽到噪聲，振動速度總量有大的增加，且振動速度頻譜上清晰可見軸承故障頻率及其諧波和邊帶，另振動速度頻譜上“噪聲地平”明顯升高，尖峰能量總量相比第二階段變得更大、頻譜也更加突出。這時的軸承故障頻率出現(xiàn)在大約0～1kHz范圍。建議于第三階段后期予以更換軸承，那么此時應(yīng)該已經(jīng)出現(xiàn)肉眼可以看到的磨損等滾動軸承故障特征。
第四階段，溫度明顯升高，噪聲強度明顯改變，振動速度總量和振動位移總量明顯增大，振動速度頻譜上軸承故障頻率開始消失，被更大的隨機的寬帶高頻“噪聲地平”取代；尖峰能量總量迅速增大，并可能出現(xiàn)一些不穩(wěn)定的變化。絕不能讓軸承在故障發(fā)展的第四階段中運轉(zhuǎn)，否則將可能發(fā)生災(zāi)難性破壞。
根據(jù)研究結(jié)果，一般的，如果滾動軸承的整個使用壽命是L10，那么從軸承安裝投入使用時計起，在它的前80%L10。壽命時間段內(nèi)，軸承是一切正常的。而接下來對應(yīng)滾動軸承故障發(fā)展，其剩余壽命在第一階段為10%～20%L10，第二階段為5%～10%L10，第三階段為1%～5%L10，第四階段約為1h或者1%L10。因此，在實際工作中面臨軸承問題時，考慮到軸承故障發(fā)展的第四階段具有不可預(yù)見的突發(fā)危害性，建議于第三階段后期予以更換軸承，這樣既可以避免故障的擴大和更嚴重事故的發(fā)生，又能盡量保證滾動軸承的使用壽命，并且根據(jù)此時軸承上也已經(jīng)出現(xiàn)肉眼可以看到的磨損、零部件損壞等滾動軸承故障特征，比較有說服力。至于軸承故障發(fā)展的第三階段后期的識別，則需要依據(jù)上述理論特征再結(jié)合實際的溫度、噪聲、速度譜、尖峰能量譜、速度和尖峰能量的總量趨勢及實際經(jīng)驗予以綜合考慮。經(jīng)本廠實踐證明，該診斷方法行之有效，診斷的成功率較高。
二、診斷實例
使用美國羅克韋爾自動化ENTEK公司的 DP1500數(shù)據(jù)采集器采集現(xiàn)場振動數(shù)據(jù)（主要是振動速度、尖峰能量的總量和頻譜），回傳到計算機相應(yīng)的軟件，在軟件中進行趨勢、頻譜的分析診斷。
1．滾動軸承外圈故障
2003年6月5日在定期檢測中發(fā)現(xiàn)4#循環(huán)水泵外側(cè)軸承振動與前次測值相比增大很多，并已超過標準，于是對其進行進一步分析診斷。該泵電機功率250kW，轉(zhuǎn)速994r/min，簡支結(jié)構(gòu)，外側(cè)軸承型號為ZXN316。
從圖2中趨勢圖可看出，振動值比正常時增長了近3倍，達到了16.2mm/s，遠遠超過了振動標準。從頻譜圖可看出，在常規(guī)的0～1kHz范圍內(nèi)，出現(xiàn)了明顯的軸承外圈故障頻率及其2、3、4、5、6倍諧波，且每次諧波兩邊都有多級轉(zhuǎn)速邊帶（在瀑布圖上之前的相同位置并未出現(xiàn)）。結(jié)合噪聲溫度綜合考慮判斷該軸承的外圈出現(xiàn)故障，并已處于滾動軸承故障發(fā)展的第三階段后期，為避免故障擴大損壞設(shè)備應(yīng)該予以更換。
解體檢查結(jié)果證明判斷準確，外圈滾道確有嚴重剝落損傷，另外其內(nèi)圈也損傷嚴重（這說明有時候頻譜上反映軸承某元件有較明顯的故障頻率，實際檢查時會發(fā)現(xiàn)該軸承其他元件有更嚴重損傷，但對于使用企業(yè)而言，主要是準確判斷了滾動軸承故障，無論該軸承哪個元件有故障，其處理結(jié)果都是一樣的）。
2．滾動軸承內(nèi)圈故障
2003年6月香海熱電廠2#機1#凝結(jié)水泵泵外側(cè)軸承于運行中振動逐漸變大，并出現(xiàn)時有時無的異音，經(jīng)過一段時間的跟蹤監(jiān)測，該泵振動一直呈上升趨勢。該泵電機功率37kW，轉(zhuǎn)速為3000r/min，懸臂結(jié)構(gòu)，兩軸承型號均為ZWZ6310。
從圖3中可看出振動值一直呈上升趨勢，內(nèi)側(cè)軸承水平振動達到7.2mm/s，比正常時增長了近3倍，超過了振動標準。另外從外側(cè)軸承的垂直方向尖峰能量總量趨勢圖（圖4）上也可以看到尖峰能量也在不斷上升。
從頻譜圖（圖5）中，可看出在常規(guī)的0～1kHz范圍內(nèi)，出現(xiàn)了明顯的軸承內(nèi)圈故障頻率及其2、3、4倍諧波，每次諧波兩邊都有多級轉(zhuǎn)速邊帶，且有一個鮮明的特點是內(nèi)圈故障頻率沒有其倍數(shù)諧波大，倍數(shù)諧波沒有其zui近的轉(zhuǎn)速邊帶大，所有的頻率分量以軸承內(nèi)圈故障頻率的4倍諧波的右屬第一條轉(zhuǎn)速邊帶強。結(jié)合噪聲溫度綜合考慮判斷該軸承的內(nèi)圈出現(xiàn)故障，并已處于滾動軸承故障發(fā)展的第三階段后期，為避免故障擴大損壞設(shè)備應(yīng)該予以更換。
經(jīng)檢修解體檢查確認，內(nèi)圈滾道確有兩處明顯的滾動碾壓剝落損傷，另外該軸承保持架上一鉚釘脫落、保持架一處斷裂、三個滾珠有明顯大疤。事實證明判斷準確，故障的起因就是保持架鉚釘脫落，然后進入軸承內(nèi)圈滾道碾壓。
3．滾動軸承滾動體故障
2006年9月香海熱電廠3#中繼水泵軸承室振動噪聲明顯較大，水平振動達到了17.4mm/s，遠超過了振動標準，垂直振動則處于不穩(wěn)定狀態(tài)，振動測量瞬間值有時很高。該泵電機功率160kW，轉(zhuǎn)速為3000r/min，懸臂結(jié)構(gòu)，泵軸承分別為ZWZ7312和ZWZ316。
在常規(guī)速度頻譜上并未發(fā)現(xiàn)明顯的故障頻率，在水平方向的速度頻譜圖（圖6）上振動相對穩(wěn)定，但振動總量超標達到了17.4mm/s；而在垂直方向的速度頻譜（圖7）上出現(xiàn)了低頻不穩(wěn)定的頻譜成分，它使得振動速度和振動位移的測量值都不穩(wěn)定，有時的瞬間測量值更是高得離譜，認為它是軸承內(nèi)產(chǎn)生的一種低頻摩擦，與噪聲相關(guān)。在尖峰能量頻譜（圖8）上，則可清晰地看到了ZWZ7312軸承的滾動體故障頻率和它的2、3、4、5、6多次諧波。綜合考慮振動大小、噪聲情況、溫度變化及振動變化率等多方面因素，可以得出結(jié)論：ZWZ7312軸承的滾動體產(chǎn)生了損傷故障，引起了摩擦，已不適合繼續(xù)運行，應(yīng)停泵檢查更換，以避免故障擴大。
檢修解體檢查，確實是滾動體產(chǎn)生了較嚴重的損傷尊”落，經(jīng)更換軸承后運行測試，振動恢復(fù)正常。
4．滾動軸承外圈松動（即跑外圈）故障
2005年11月10日在定期檢測中發(fā)現(xiàn)2#機1#射水泵的電機軸承振動出現(xiàn)異常變化，并已超過振動標準，同時還伴有異音。該泵電機功率75kW，轉(zhuǎn)速1500r/min，簡支結(jié)構(gòu)，其電機軸承型號為ZWZ6317o
從該電機軸承軸向振動頻譜、瀑布、趨勢綜合圖（圖9）的趨勢圖上可看出振動值一直呈上升趨勢，達到9.4mm/s，遠超過了振動標準；另外從該電機軸承水平振動尖峰能量頻譜、瀑布、趨勢綜合圖（圖10）可以看到尖峰能量也出現(xiàn)了上升趨勢。
從圖9、圖10頻譜上，都出現(xiàn)了明顯的多次轉(zhuǎn)速諧波，這是明顯的松動特征。結(jié)合噪聲溫度綜合考慮判斷該軸承出現(xiàn)的是外圈松動（即跑外圈）故障，根據(jù)異音程度及振動速度的有效值比較大超過振動標準，為避免故障擴大損壞設(shè)備應(yīng)該予以停機檢查。
經(jīng)檢修解體檢查確認，電機內(nèi)滾動軸承外圈表面有滾動創(chuàng)傷及滾動痕跡，對應(yīng)電機端蓋內(nèi)表面有砂眼及臺階狀滾磨痕跡，且軸承與端蓋之間間隙較大充滿油污。考慮到電機內(nèi)端蓋尺寸改變，只更換軸承是不能解決松動問題的，于是將電機端蓋進行內(nèi)表面噴涂加工，同時更換電機內(nèi)滾動軸承。振動恢復(fù)為
風機現(xiàn)場維修、振動故障分析、耐磨堆焊、陶瓷貼片、現(xiàn)場動平衡