滚动轴承故障诊断技术

滚动轴承故障诊断分析

学院名称： 机械与汽车工程学院

专业班级：

学生姓名：

学生学号：

指导教师姓名：

摘要

滚动轴承故障诊断

本文对滚动轴承的故障形式、故障原因、常用诊断方法等诊断基础和滚动轴承故障的振动机理作了研究，并建立了相应的滚动轴承典型故障(外圈损伤、内圈损伤、滚动体损伤)的理论模型，给出了一些滚动轴承故障诊断常见实例。通过对滚动轴承故障振动机理的研究可以帮助我们了解滚动轴承故障的本质和特征。本文对特征参数的提取，理论推导，和过程都进行了详细的阐述，

关键词:滚动轴承；故障诊断；特征参数；特征；

ABSTRACT ：

The Rolling fault diagnosis

In the thesis ,the fault types,diagnostic methods and vibration principle of rolling bearing are

discussed.the thesis sets up a series of academic models of faulty rolling bearings and lists some symptom parameters which often used in fault diagnosis of rolling bearings . the study of vibration principle of rolling bearings can help us to know the essence and feature of rolling bearings.In this paper, the parameters of the extraction, theoretical analysis, and process are described in detail.

第３７卷第５期·学术　Ｖ０ｆ．３７　Ｎｏ．５　湖南农机　ＨＵＮＡＮ　ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ　ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ　２０１０年９月　Ｓｅｐ．２０１　Ｏ　

滚动轴承故障诊断技术研究　

章　浩　

（南通农业职业技术学院机电工程系，江苏南通２２６００７）　

摘要：滚动轴承是机器的易损件之一。滚动轴承故障诊断的传统方法和现代方法有冲击脉冲法、共振解调法、小　波分析法等。滚动轴承诊断技术的发展方向为非缌｝生理论、现代信号处理技术与智能诊断技术的融合、信号处理技术　之间的相互融合。　关键词：滚动轴承；故障诊断；冲击脉冲；共振解调技术；小波变换；遗传算法　中图分类号：ＴＨ１３３．３３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—８３２０（２０１０）０５—００９３—０２　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｆａｕｌｔ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｂｅａｒｉｎｇｓ　

ｚＨＡＮＧ　ＨｎＯ　

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｔｏｎｇ　ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，Ｎａｎｔｏｎｇ，ｊｉａｎｇｓｔｔ　２２６００７，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｓｏｍｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ａｎｄ　ｍｏｄｅｍ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ｏｆ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｂｅａｔｉｎｇｓ　ｆａｕｌｔｓ，ｗｈｉｃｈ　

ｉｎｃｌｕｄｅ　ｔｈｅ　ｓｈｏｃｋ　ｐｕｌｓｅ　ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ　ｄｅｍｏｄｕｌａｔｅｄ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗａｖｅｌｅｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ，ｅｔｅ．Ａｔ　ｌａｓｔ，ａｄｖａｎｃｅｓ　ｔｈｅ　ｗａｙ　ｏｆ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｂｅａｔｉｎｇ　ｆａｕｌｔ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｏｌｌｉｎｇ　ｂｅａｔｉｎｇ；ｆａｕｌｔ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ；ｓｈｏｃｋ　ｐｕｌｓｅ　ｍｅｔｈｏｄ；ｉｎｃｉｐｅｎｔ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｗａｖｅｌｅｔ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍ；ｇｅｎｅｔｉｃ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　

滚动轴承故障诊断初步

1、故障原因

滚动轴承的早期故障是滚子和滚道剥落、凹痕、破裂、腐蚀和杂物嵌入。

即主要故障形式：疲劳剥落、磨损、塑性变形、锈蚀、断裂、胶合、保持架损坏。

产生主要原因包括搬运粗心、安装不当、不对中、轴承倾斜、轴承选用不正确、润滑不足或密封失效、负载不合适以及制造缺陷。

2、频谱和波形特征

滚动轴承它是由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成。当滚动体

和滚道接触处遇到一个局部缺陷时，就有一个冲击信号产生。缺陷在不同的元件上，接触点经过缺陷的频率是不相同的，这个频率就称为滚动轴承的特征频率。滚动轴承的故障特征频率的数值一般在几赫兹到几百赫兹之间，在频谱图中的1000Hz以内的低频区域

轴承故障特征频率如下：

1、滚动轴承故障特征频率（外圈静止）

式中：Z——滚动体个数

fr——转频（Hz）

D——轴承节径（mm）

d——滚动体直径（mm）

α——接触角

（1）滚动轴承内圈故障特征频率

（2）滚动轴承外圈故障特征频率

（3）滚动轴承滚动体特征频率

（4）滚动轴承保持架特征频率

2、滚动轴承故障特征频率的计算经验公式：

二、滚动轴承故障诊断的要素

滚动轴承由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成，每个轴承部

件对应一个轴承故障特征频率。滚动轴承的故障频率分布有一个明显的

特点，往往在低频和高频两个频段内都有表现。所以在频率分析时，可

以选择在这两个频段进行分析。

根据滚动轴承的故障形式在频域中的表现形式，将整个频域分为三

个频段，既高频段、中频段和低频段。

l 高频阶段指频率范围处于2000－5000Hz 的频段，主要是轴承固有频

率，在轴承故障的早期，高频段反映比较敏感；

中频阶段指频率范围处于800－1600Hz 的频段，一般是由于轴承润滑不良而引起碰磨产生的频率范围；

l 低频阶段指频率范围处于0－800Hz 的频段，基本覆盖轴承故障特征

频率及谐波；

在高频段和低频段中所体现的频率是否为轴承故障频率，还要通过

滚动轴承故障诊断实验

一、实验目的

1·了解滚动轴承常见故障形式与诊断方法。

2·学习解调谱分析技术。

3·通过实验进行信号采集和分析，了解滚动轴承故障特点。

二、实验装置

本实验装置为轴承故障模拟实验台，如图1-1所示，该装置主要包括控制箱、电机、皮带轮、联轴器、轴等。轴的支撑方式为双支撑，故障轴承为非驱动侧的滚动轴承，轴承外圈有一缺口。

图1-1 轴承故障模拟实验台

图1-2为该实验台结构简图。图中1为电机，2为皮带轮（1:1传动），3为联轴器，4为轴，5为滚动轴承。

图1-2 实验台结构简图

三、实验原理

旋转机械是设备状态监测与故障诊断工作的重点，而旋转机械的故障有相当大比例与滚动轴承有关。滚动轴承是机器的易损件之一，据不完全统计，旋转机械的故障约有30%是因滚动轴承引起的，由此可见滚动轴承故障诊断工作的重要性。

滚动轴承在运转过程中可能会由于各种原因引起损坏，如装配不当、润滑不良、水分和异物侵入、腐蚀和过载等都可能会导致轴承过早损坏。即使在安装、润滑和使用维护都正常的情况下，经过一段时间的运转，轴承也会出现疲劳剥落和磨损而不能正常工作。总之，滚动轴承的故障原因是十分复杂的。滚动轴承的主要故障形式包括：疲劳剥落、磨损、塑性变形、锈蚀、断裂、胶合以及保持架损坏等。

本次实验中所用轴承型号为6205，其结构如图1-3。

图1-3 6205型轴承 6205中的代号6表示其为深沟球轴承，2是尺寸系列代号，表示轴承直径系列或宽度系列的组合，05是内径代号。它由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成。该型轴承的结构参数为：节径为39.04mm，滚子直径7.93mm，滚子数9个。

本实验中非驱动侧轴承外圈有一切口，轴承的频率与内圈转速n和滚动体数量有关，轴承各部件的特征频率可由相关软件计算得出。

由于轴承中各部件特征频率不同，因此很难从频谱图中获得故障频率，运用解调谱分析技术可以从频谱图中分离出实验所需的频率成分。