滾動軸承振動故障
4.2 滾動軸承故障的譜圖診斷
4.2.1幅值診斷
4.2.1.1峰值診斷
峰值是波形中的最大值，峰值的大小可以用來反映滾動軸承某一區域性故障點的衝擊力大小。衝擊力愈大，峰值愈高，因此在檢測由剝落、裂紋、膠合、壓痕、凹坑等原因所造成的衝擊性振動時，峰值xp比有效值xrms更能明顯地反映出故障狀態。因為，這種離散缺陷產生的脈衝波形雖然總能量並不大，但是波形的尖峰度增加了。下圖為乙個軸承發生剝落時的振動加速度記錄，在剝落期間，峰值比有效值有急劇的增大。
但是它的穩定性差，受載荷、轉速和測試條件變化的影響很大，對灰塵等環境干擾也十分敏感。
4.2.1.2 有效值診斷
有效值即均方根值，它是用來反映訊號的能量大小，特別適用於具有隨機性質的振動測量。在滾動軸承的故障診斷中，有效值可以用來反映由於製造精度差(如表面粗糙、波紋度和不圓度等)和磨損以及均勻性初始點蝕所產生的不規則振動狀況。軸承製造精度愈低或磨損程度愈大，則xrms值愈高。xrms測量值很穩定，不受偶然因素干擾。但是對於脈衝振動波形，脈衝幅值的大小xrms值是反映不出來的。但均方根值對軸承早期的區域性損傷卻不適用，因為由衝擊引起的振動峰值雖大，但持續時間極短，對時間平均大峰值的出現幾乎表現不出來。
4.2.1.3波峰因數診斷
有效值xrms雖然能反映出軸承因製造或磨損而引起的表面粗糙狀況，卻不能反映軸承區域性剝落、裂紋、膠合、壓痕、凹坑等離散型缺陷；而峰值xp恰恰相反，能反映區域性離散型缺陷，卻不能反映表面粗糙狀況。描述波形尖峰度的另乙個評定指標波峰因數cf，則綜合了峰值與有效值兩方面的情況，它的定義為峰值xp對有效值xrms之比，即
cf ＝xp／xrms
正常軸承的振動波峰因數約為4~5，因剝落等區域性缺陷引起的波峰因數往往超過10。區域性缺陷愈大，cf值也就愈大；但是，cf值相對較小時，則反映了軸承潤滑不良和磨損等異常情況。
當具有多處剝落、壓痕等缺陷時峰值係數會因均方根值的增大而減小；當軸承速度很高脈衝間的間隔太短時，峰值係數也會因均方根值的增大而減小，因而影響了峰值係數識別軸承損傷的能力。
波峰因數cf是乙個無量綱的比率，所以它不受振動訊號絕對電平值大小的影響，與感測器的靈敏度和放大器的放大率無關，同時也不受軸承尺寸和轉速不同的影響。
4.2.2軸承故障時域診斷
4.2.2.1固定外圈有損傷振動
若載荷的作用方向不變， 則損傷點和載荷的相對位置關係固定不變，每次碰撞有相同的強度，振動波形如圖所示。
4.2.2.2 轉動內圈有損傷振動
若載荷的作用方向不變，當滾動軸承內圈轉動時，則損傷點和載荷的相對位置關係呈週期變化。每次碰撞有不同的強度，振動幅值發生週期性的強弱變化，呈現調幅現象，週期取決於內圈的轉頻，如圖所示
4.2.2.3 滾動體損傷振動
若載荷的作用方向不變，當滾動體上有損傷點時，則發生的振動如圖所示。這種情況和內圈有損傷點相似，振動幅值呈週期性強弱變化，週期取決於滾動體的公轉頻率。
4.2.3振動解調診斷
4.2.3.1外圈缺陷
軸承外圈有缺陷時，在解調頻譜上可見軸承外圈缺陷頻率bpfo及其高次諧波，如果是外圈轉動的軸承，可能出現其轉速頻率的邊頻。
4.2.3.2內圈缺陷
軸承內圈有缺陷時，在解調頻譜上可見軸承內圈缺陷頻率bpfi及其高次諧波，對內圈轉動的軸承，可能出現其轉速頻率的邊頻。因為當內圈出現故障時，如果它位於載入區域時，產生的衝擊會更加劇烈，從而產生更高的振幅。當內圈故障位置移出載入區後，其振幅又會降低，並在軸承頂部達到最小值。在這種情況下內圈的故障頻率被(內圈的)旋轉頻率所調製，可以在頻譜中看到1 x邊頻帶出現。
4.2.3.3滾動體缺陷
軸承滾動體有缺陷時，在解調頻譜上可見軸承滾動體缺陷頻率bsf及其高次諧波，以及出現轉速頻率的邊頻；此外，由於滾動體對外圈的碰撞強於對內圈的碰撞，在解調譜上還會存在bsf的半諧波。
4.2.3.4保持架缺陷
軸承保持架有缺陷時，在解調頻譜上可見軸承保持架缺陷頻率fif及其高次諧波；此外，由於軸承潤滑不良也會引起保持架與滾動體的直接接觸而出現保持架缺陷頻率。
4.2.4滾動軸承故障頻譜發展階段
軸承缺陷以衝擊形式產生振動，軸承故障基頻通常伴有復合的諧波頻率，一般來講，諧倍頻越多，軸承狀況越差。
4.2.4.1第一階段，頻率範圍在20 khz～60 khz之間或更高，屬於超聲頻率範圍，普通的頻譜上不會出現任何峰值
4.2.4.2第二階段，軸承輕微缺陷敲擊產生的固有頻率，共振頻率可能會作為載波頻率調製軸承的故障頻率。
4.2.4.3第三階段，當軸承磨損進一步加劇，峰值將隨著時間線性增加 頻譜上將出現故障頻率。有些軸承剛剛安裝時就存在軸承缺陷通過頻率，但不一定就是損壞，主要還是看有無諧波頻率。
4.2.4.4第四階段，故障頻率將產生諧波，這表明發生了一定程度的衝擊，故障頻率的諧波有時會比基頻峰更早被發現同時，時域波形中也會出現衝擊脈衝顯示
4.2.4.5第五階段，出現更多軸承故障諧波，由於故障自身的性質，還會出現邊頻帶時域波形上的尖峰波將更加清晰和明顯高頻率軸承檢測，如峰值能量和衝擊脈衝趨勢持續上公升。
4.2.4.6第六階段，轉速頻率幅值增大，並出現1x的諧波，這是由於磨損引起間隙增大的結果。
4.2.4.7第七階段，故障頻率及其邊頻帶變成峰丘狀，經常被叫作「乾草堆」。還能聽到軸承發出的雜訊，軸承溫度公升高，但高頻率的軸承測量值可能會逐漸減少。
4.2.4.8第八階段，頻譜中的「乾草堆」將繼續擴大，諧波隨著鬆動的增加而增大。高頻率軸承測量值趨勢會繼續降低，整個雜訊水平都在上公升。能清晰的聽到軸承發出的異音，同時軸承溫度異常公升高，預示著軸承即將報廢。
未完待續......
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