论文部分内容阅读
【摘要】振动作为一种信息因子直接预示着运行状态的正常与否，通过对滚动轴承振动类型的分析，提出了国内外对轴承的振动诊断手段，振动检测方法便于自动化，集成化和遥控化，是一种无损检验方法，因而在工程实际中得到广泛应用。
Vibration as a kind of information factor directly indicates that the running state is normal or not, based on the analysis of vibration of rolling bearing type, put forward at home and abroad on bearing vibration diagnosis method, vibration testing method is convenient for automation, integration and remote control, is a non-destructive testing method, so it is widely used in engineering practice.
【關键词】轴承故障；振动；诊断
引言
滚动轴承是机械中最常用的部件之一，它的运行情况直接影响到整机的功能。检测轴承故障的方法很多。如：振动分析，噪声分析，声强分析，电子听诊技术，温度检测法，油样分析等，其中，振动分析和噪声分析是目前在实际生产中使用最多，最有效的方法之一。由于设计制造误差和故障的出现，在轴承运行中都会产生振动，振动作为一种信息因子直接预示着运行状态的正常与否，由于振动而引起的设备故障，在各类故障中占60%以上，据国内外报道，用振动的方法可以发现使用中的航空发动机的故障为34%，可节约维修费用70%，为实施维修计划提供依据。且由于滚动轴承在机械设备中的重要地位，对其进行监测和诊断必将获得较大的经济效益。
利用振动检测和分析技术进行故障诊断的信息类型多，量值变化范围大，而且是多维的，便于进行识别和决策。例如，频率范围可以从0.01赫到几千赫，加速度可以从0.01g到成百上千个g，这就为诊断不同类型的故障提供了基础。
振动检测方法便于自动化，集成化和遥控化，便于在线诊断，工况监测，故障预报和控制，是一种无损检验方法，因而在工程实际中得到广泛应用。
一、工程中轴承故障诊断常采用的一些方法：
（一）振动诊断法
由于轴承的内外圈和滚动体都是弹性体。都构成振动系统或以子系统的形式耦合在整个振动系统中，内外圈和滚动体都有自己的振动特征------固有频率和振型。因此，由于轴承的振源不同，滚动轴承的振动分为非轴承故障性振动和轴承故障性振动。
1、非轴承故障性振动
非轴承故障性振动主要有安装不当或制造误差引起的偏心，转子和转轴不平衡引起的振动，这类任务往往被用来作为对转子故障进行诊断的信息，在滑动轴承和高速旋转机械中更是如此。
2、轴承故障性振动
轴承故障性振动主要由下列各种原因引起：
（1）由于载荷过大引起内外圈和滚动体变形过大导致旋转轴中心随滚动体位置变化所引起的振动-------传输振动，还有因安装不准确或滚动体大小不一引起的振动，一般情况下，这样的振动其频率较低（f<1KHZ）
（2）由于润滑脂的润滑性能不良引起的非线性振动。
（3）由于轴承的损伤引起的振动。当内外圈，滚动体电蚀或其他缺陷时，都会产生一定频率的脉冲引起轴承的振动，这时轴承的振动是复杂的。即包括周期性脉冲引起的强迫振动，也包括高频或较高频轴承系统的固有振动，而轴承故障的振动诊断就是用各种方法来处理这个内容丰富的振动信号。
二、目前国内外对轴承故障诊断手段主要有：
（一）简易诊断。简易诊断的目的是为了初步判断被列为诊断对象的滚动轴承是否出现了故障。包括以下方法：
1、振幅值诊断法。这是一种最简单，最实用的诊断方法，通过将实测的振幅值与判定标准中给定的值进行比较来诊断的。
峰值反应的是某时刻振幅的最大值，因而它适用于像表面点蚀损伤之类的具有瞬时冲击的故障诊断。另外，对于转速较低的情况（如，300r/min以下）也常采用峰值进行诊断。
均值用于诊断的效果与峰值基本一样，其优点是检测值较峰值稳定，但一般用于转速较高的情况。（如，300r/min以上）
均方根值是对时间平均的，因而它适用于像磨损类的振幅值随时间缓慢变化的故障诊断。
2、波形因数诊断法
波形因素定义为峰值与均值之比，当值xp/x过大时，表明滚动轴承可能有点蚀，而值xp/x小时，则有可能发生了磨损。
3、波峰因数诊断法
波峰因素定义为峰值与均方根值之比。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，也不受传感器，放大器等一、二次仪表灵敏度变化的影响。该值适用于点蚀类故障的诊断。
4、概率密度诊断法
轴承由于磨损，疲劳，腐蚀，断裂，压痕，胶合等因数会使振幅增大，高密度区增多，而两旁的底密度区向外扩张。
5、峭度系数诊断法
振幅满足正态分布规律的无故障轴承，其峭度值约为3，随着故障的出现和发展，峭度值具有与波峰因数类似的变化趋势。此方法的优点在于与轴承的转速，尺寸，和载荷无关，主要适用于电蚀类的故障诊断。
6、滚动轴承的冲击诊断法
滚动轴承存在缺陷时，如有疲劳剥落，裂纹，磨损和滚道进入异物时，会产生冲击，引起脉冲性振动。由于阻尼的作用，这种振动一种衰减振动，冲击脉冲的强弱反映了故障的程度，它和轴承的线速度有关。可以根据标准冲击能量值（dBN）判断轴承的状态。
0≤dBN≤20dB 正常状态，轴承工作状态良好；
20dB≤dBN≤35 dB注意状态，轴承要初期损伤；
35dB≤ dBN≤60dB警告状态，轴承已有明显损伤
三、精密诊断
精密诊断的目的是要判断在简易振断中被认为出现了故障的支持的故障类别及原因。其理论是基于时域、频域、幅值域和时差域信号处理技术，且对信号处理的方法是多种多样的。综合国内外的情况有：幅值域的概率和均方值，频域的自动率谱，倒频谱和细化技术，时域的时序分析法，时差域的方差和相关等方法，只是此方法所需的设备较贵，所要求的诊断人员的技术水平更高一些。
四、滑动轴承的振动诊断
滑动轴承的破坏是由于轴系不对中，轴承载荷变化，油膜震荡等引起轴承座的振动 ，这些振动导致油膜的破坏，轴瓦烧损和破裂，轴承产生裂缝等。
轴承座振动常用电动式速度传感器和压电式加速度传感器测振，电动式传感器可直接输出电压信号，测量装置简单，但体积大，较重，频带窄。压电式传感器小而轻，频带宽，但需配置电荷放大器，系统复杂，主要监测轴承的垂直、水平、和轴向振动。
五、其他诊断法
其他轴承故障诊断方法有：温度计监测和诊断，压力监测，噪声监测，光纤监测技术，接触电阻法，声发射技术和铁谱分析技术等，无论那一种监测诊断方法都需要有可靠的传感器，先进的数据处理系统及有效的专家知识库，才能形成一个科学的完整的轴承监测诊断系统
轴承故障诊断应用不同的对象来优化方法选定有效的手段来研究诊断系统。
Vibration as a kind of information factor directly indicates that the running state is normal or not, based on the analysis of vibration of rolling bearing type, put forward at home and abroad on bearing vibration diagnosis method, vibration testing method is convenient for automation, integration and remote control, is a non-destructive testing method, so it is widely used in engineering practice.
【關键词】轴承故障；振动；诊断
引言
滚动轴承是机械中最常用的部件之一，它的运行情况直接影响到整机的功能。检测轴承故障的方法很多。如：振动分析，噪声分析，声强分析，电子听诊技术，温度检测法，油样分析等，其中，振动分析和噪声分析是目前在实际生产中使用最多，最有效的方法之一。由于设计制造误差和故障的出现，在轴承运行中都会产生振动，振动作为一种信息因子直接预示着运行状态的正常与否，由于振动而引起的设备故障，在各类故障中占60%以上，据国内外报道，用振动的方法可以发现使用中的航空发动机的故障为34%，可节约维修费用70%，为实施维修计划提供依据。且由于滚动轴承在机械设备中的重要地位，对其进行监测和诊断必将获得较大的经济效益。
利用振动检测和分析技术进行故障诊断的信息类型多，量值变化范围大，而且是多维的，便于进行识别和决策。例如，频率范围可以从0.01赫到几千赫，加速度可以从0.01g到成百上千个g，这就为诊断不同类型的故障提供了基础。
振动检测方法便于自动化，集成化和遥控化，便于在线诊断，工况监测，故障预报和控制，是一种无损检验方法，因而在工程实际中得到广泛应用。
一、工程中轴承故障诊断常采用的一些方法：
（一）振动诊断法
由于轴承的内外圈和滚动体都是弹性体。都构成振动系统或以子系统的形式耦合在整个振动系统中，内外圈和滚动体都有自己的振动特征------固有频率和振型。因此，由于轴承的振源不同，滚动轴承的振动分为非轴承故障性振动和轴承故障性振动。
1、非轴承故障性振动
非轴承故障性振动主要有安装不当或制造误差引起的偏心，转子和转轴不平衡引起的振动，这类任务往往被用来作为对转子故障进行诊断的信息，在滑动轴承和高速旋转机械中更是如此。
2、轴承故障性振动
轴承故障性振动主要由下列各种原因引起：
（1）由于载荷过大引起内外圈和滚动体变形过大导致旋转轴中心随滚动体位置变化所引起的振动-------传输振动，还有因安装不准确或滚动体大小不一引起的振动，一般情况下，这样的振动其频率较低（f<1KHZ）
（2）由于润滑脂的润滑性能不良引起的非线性振动。
（3）由于轴承的损伤引起的振动。当内外圈，滚动体电蚀或其他缺陷时，都会产生一定频率的脉冲引起轴承的振动，这时轴承的振动是复杂的。即包括周期性脉冲引起的强迫振动，也包括高频或较高频轴承系统的固有振动，而轴承故障的振动诊断就是用各种方法来处理这个内容丰富的振动信号。
二、目前国内外对轴承故障诊断手段主要有：
（一）简易诊断。简易诊断的目的是为了初步判断被列为诊断对象的滚动轴承是否出现了故障。包括以下方法：
1、振幅值诊断法。这是一种最简单，最实用的诊断方法，通过将实测的振幅值与判定标准中给定的值进行比较来诊断的。
峰值反应的是某时刻振幅的最大值，因而它适用于像表面点蚀损伤之类的具有瞬时冲击的故障诊断。另外，对于转速较低的情况（如，300r/min以下）也常采用峰值进行诊断。
均值用于诊断的效果与峰值基本一样，其优点是检测值较峰值稳定，但一般用于转速较高的情况。（如，300r/min以上）
均方根值是对时间平均的，因而它适用于像磨损类的振幅值随时间缓慢变化的故障诊断。
2、波形因数诊断法
波形因素定义为峰值与均值之比，当值xp/x过大时，表明滚动轴承可能有点蚀，而值xp/x小时，则有可能发生了磨损。
3、波峰因数诊断法
波峰因素定义为峰值与均方根值之比。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，也不受传感器，放大器等一、二次仪表灵敏度变化的影响。该值适用于点蚀类故障的诊断。
4、概率密度诊断法
轴承由于磨损，疲劳，腐蚀，断裂，压痕，胶合等因数会使振幅增大，高密度区增多，而两旁的底密度区向外扩张。
5、峭度系数诊断法
振幅满足正态分布规律的无故障轴承，其峭度值约为3，随着故障的出现和发展，峭度值具有与波峰因数类似的变化趋势。此方法的优点在于与轴承的转速，尺寸，和载荷无关，主要适用于电蚀类的故障诊断。
6、滚动轴承的冲击诊断法
滚动轴承存在缺陷时，如有疲劳剥落，裂纹，磨损和滚道进入异物时，会产生冲击，引起脉冲性振动。由于阻尼的作用，这种振动一种衰减振动，冲击脉冲的强弱反映了故障的程度，它和轴承的线速度有关。可以根据标准冲击能量值（dBN）判断轴承的状态。
0≤dBN≤20dB 正常状态，轴承工作状态良好；
20dB≤dBN≤35 dB注意状态，轴承要初期损伤；
35dB≤ dBN≤60dB警告状态，轴承已有明显损伤
三、精密诊断
精密诊断的目的是要判断在简易振断中被认为出现了故障的支持的故障类别及原因。其理论是基于时域、频域、幅值域和时差域信号处理技术，且对信号处理的方法是多种多样的。综合国内外的情况有：幅值域的概率和均方值，频域的自动率谱，倒频谱和细化技术，时域的时序分析法，时差域的方差和相关等方法，只是此方法所需的设备较贵，所要求的诊断人员的技术水平更高一些。
四、滑动轴承的振动诊断
滑动轴承的破坏是由于轴系不对中，轴承载荷变化，油膜震荡等引起轴承座的振动 ，这些振动导致油膜的破坏，轴瓦烧损和破裂，轴承产生裂缝等。
轴承座振动常用电动式速度传感器和压电式加速度传感器测振，电动式传感器可直接输出电压信号，测量装置简单，但体积大，较重，频带窄。压电式传感器小而轻，频带宽，但需配置电荷放大器，系统复杂，主要监测轴承的垂直、水平、和轴向振动。
五、其他诊断法
其他轴承故障诊断方法有：温度计监测和诊断，压力监测，噪声监测，光纤监测技术，接触电阻法，声发射技术和铁谱分析技术等，无论那一种监测诊断方法都需要有可靠的传感器，先进的数据处理系统及有效的专家知识库，才能形成一个科学的完整的轴承监测诊断系统
轴承故障诊断应用不同的对象来优化方法选定有效的手段来研究诊断系统。