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滚动轴承的振动测量与简易诊断（1）

作者：天津金百联机电              发表时间：2011-09-23

滚动轴承的振动测量与简易诊断（1） 由于滚动轴承的故障信号具有冲击振动的特点，频率极高，衰减较快，因此利用 振动信号对其进行监测诊断时，除了参考前面已经介绍的旋转机械、往复机械的 振动测试方法以外，还应根据其振动特点，有针对性地采取一些措施和方法。 一、测点的选择 滚动轴承因故障引起的冲击振动由冲击点以半球面波方式向外传播，通过轴承零 件、轴承座传到箱体或机架。由于冲击振动所含的频率很高，每通过零件的界面 传递一次，其能量损失约80％。因此，测量点应尽量靠近被测轴承的承载区，应 尽量减少中间传递环节，探测点离轴承外圈的距离越近越直接越好。 图1表示了传感器位置对故障检测灵敏度的影响。在图1 (a)中，假如传感器放在承 载方向时为100%，则在承载方向士45°方向上降为95％（- 5dB），在轴向则降为 22%-25%（-12～13dB）。在图1 (b)中，当止推轴承发生故障产生冲击并向外散 发球面波时，假如在轴承盖正对故障处的读数为100%，则在轴承座轴向的读数降 为5%（-19dB)。在图1 (c) 和(d)中给出了传感器安装的正确位置和错误位置，较 粗的弧线表示振动较强烈的部位，较细的弧线表示因振动波通过界面衰减导致振动 减弱的情形。 由于滚动轴承的振动在不同方向上反映出不同的特性，因此应尽量考虑在水平（x）、 垂直（y）和轴向（z）三个方向上进行振动检测，但由于设备构造、安装条件的限制， 或出于经济方面的考虑，不可能在每个方向上都进行检测，这时可选择其中的两个方 向进行检测。 二、传感器的选择与固定方式 根据滚动轴承的结构特点，使用条件不同，它所引起的振动可能是频率约为1kHz以下 的低频脉动（通过振动），也可能是频率在1kHz以上，数千赫乃至数十千赫的高频振 动（固有振动），通常情况下是同时包含了上述两种振动成分。因此，检测滚动轴承 振动速度和加速度信号时应同时覆盖或分别覆盖上述两个频带，必要时可以采用滤波器 取出需要的频率成分。考虑到滚动轴承多用于中小型机械，其结构通常比较轻薄，因此， 传感器的尺寸和重量都应尽可能地小，以免对被测对象造成影响，改变其振动频率和振 幅大小。 滚动轴承的振动属于高频振动，对于高频振动的测量，传感器的固定采用手持式方法显 然不合适，一般也不推荐磁性座固定，建议采用钢制螺栓固定，这样不仅谐振频率高， 可以满足要求，而且定点性也好，对于衰减较大的高频振动，可以避免每次测量的偏差， 使数据具有可比性。 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。 一般可以采用低通滤波器（例如截止频率fb≤1kHz）滤去高频成分后再作频谱分析。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。由于在这个频率范围容易受到机械及电源干扰，并且在故障初期 反映故障的频率成分在低频段的能量很小，因此，信噪比低，故障检测灵敏度差，目前 已较少采用。 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。同样，利用该频率时也可以使 用滤波器。 (1)高通滤波器 使用截止频率为1kHz的高通滤波器滤去1kHz以下的低频成分，以消除机械干扰；然后用 信号的峰值、RMS值或峭度系数作为监测参数。许多简易的轴承监测仪器仪表都采用这种 方式。 (2)带通滤波器 使用带通滤波器提取轴承零件或结构零件的共振频率成分，用通带内的信号总功率作为监 测参数，滤波器的通带截止频率根据轴承类型及尺寸选择，例如对309球轴承，通带中心 频率为2 .2kHz左右，带宽可选为1～2kHz。 3．高频段 在滚动轴承的故障诊断中，高频率段指20～80kHz频率范围。 由于轴承故障引起的冲击有很大部分冲击能量分布在高频段，如果采用合适的加速度传感 器和固定方式保证传感器较高的谐振频率，利用传感器的谐振或电路的谐振增强所得到衰 减振动信号，对故障诊断非常有效。瑞典的冲击脉冲计（SPM）和美国首创的IFD法就是 利用这个频段。 宁波金百联轴承有限公司供应微型至中型深沟球轴承、圆锥滚子轴承、短圆柱滚子轴承、平面推力轴承、英制系列轴承、带座球面轴承、及各种特制非标轴承等。 电话：022-58059063 13102005112 邮箱：web@okbbearing.com 地址：宁波市丽园北路1730??1736号
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