滾動軸承故障診斷的實用技巧

摘要：本文主要介紹滾動軸承區別于實驗室診斷的生產實用技巧。

關鍵詞：滾動軸承、故障診斷、振動分析、實用技巧

    滾動軸承在設備中的應用非常廣泛，滾動軸承狀態好壞直接關系到旋轉設備的運行狀態，尤其在連續性大生產企業，大量應用于大型旋轉設備重要部位，因此，實際生產中作好滾動軸承狀態監測與故障診斷是搞好設備維修與管理的重要環節。我們經過長期實踐與摸索，積累了一些滾動軸承實際故障診斷的實用技巧。

一、滾動軸承故障診斷的方式及要點
    對滾動軸承進行狀態監測和故障診斷的實用方法是振動分析。
    實用中需注意選擇測點的位置和采集方法。要想真實準確反映滾動軸承振動狀態，必須注意采集的信號準確真實，因此要在離軸承*近的地方安排測點，在電機自由端一般有后風扇罩，其測點選擇在風扇罩固定螺絲有較好監測效果。另外必須注意對振動信號進行多次采集和分析，綜合進行比較。才能得到準確結論。

二、滾動軸承正常運行的特點與實用診斷技巧
    我們在長期生產狀態監測中發現，滾動軸承在其使用過程中表現出很強的規律性，并且重復性非常好。正常上等軸承在開始使用時，振動和噪聲均比較小，但頻譜有些散亂，幅值都較小，見圖1，可能是由于制造過程中的一些缺陷，如表面毛刺等所致。

圖1 某電機滾動軸承振動波形或頻譜
 

    運動一段時間后，振動和噪聲維持一定水平，頻譜非常單一，僅出現一、二倍頻。極少出現三倍工頻以上頻譜，見圖2，軸承狀態非常穩定，進入穩定工作期。

圖2 某電機滾動軸承振動波形或頻譜

    繼續運行后進入使用后期，軸承振動和噪聲開始增大，有時出現異音，但振動增大的變化較緩慢，此時，軸承峭度值開始突然達到一定數值。見圖3。我們認為，此時軸承即表現為初期故障。

圖3 某電機滾動軸承振動波形和頻譜

    這時，就要求對該軸承進行嚴密監測，密切注意其變化。此后，軸承峭度值又開始快速下降，并接近正常值，而振動和噪聲開始顯著增大，其增大幅度開始加快，當振動超過振動標準時(如ISO2372標準)，其軸承峭度值也開始快速增大，當既超過振動標準，而峭度值也超過正常值(可用峭度相對標準)時，見圖4，我們認為軸承已進入晚期故障產，需及時檢修設備，更換滾動軸承。

圖4 某電機滾動軸承振動波形或頻譜

    軸承表現出晚期故障特征到出現嚴重故障(一般為軸承損壞如抱軸、**、沙架散裂、滾道、珠粒磨損等)時間大都不超過一周，設備容量越大，轉速越快，其間隔時間越短。因此，在實際滾動軸承故障診斷中，一旦發現晚期故障特征，應果斷判斷軸承存在故障，盡快安排檢修。

三、滾動軸承異常運行特點及診斷技巧
    現在由于假冒偽劣軸承難免會進入企業和設備，而這些流動軸承造成的嚴重故障往往是突發的，災難性的。如軸承保持架突然斷裂、軸承內外圈突燃斷裂等，這些故障將造成轉子抱軸，重者導致轉子或設備報廢。近幾年我們在實際中經常遇到此類情況。因此，在實際監測與診斷中，必須盡快診斷出滾動軸承狀態好壞，并及時更換偽劣軸承，避免大事故發生。我們在大量的此類事故中，也積累了一些實用技巧，就是此類軸承在安裝后運行初期，監測其振動狀態，并進行頻譜分析。我們發現軸承在運行初期，其頻譜有其獨特特點，即設備工頻一般不占主要成份。但振動總值不大，見圖5，用振動標準(如ISO2372標準)判斷振動是合格的。

圖5 某電機滾動軸承振動波形或頻譜

    此時，就要引起我們警惕，這種狀態即表現為軸承部件存在缺陷等，其失效往往非常快而且非常突然。上例即在測完此圖后兩小時轉子抱軸。
    在診斷這些假冒偽劣軸承故障時，要注意多積累平時上等軸承在設備上正常運行的頻譜和振動時域情況，便于在出現此類異常頻譜時能及時判斷出軸承故障，避免設備事故。

四、實用的滾動軸承快速診斷技巧
    我們在實際狀態監測中，往往只需判斷滾動軸承好壞，能用多長時間，而精密分析及診斷中診斷軸承某個部位故障往往實用性不大。實用中精密診斷由于受工況等因素影響，時常找不出滾動軸承對應的特征頻率。雖然近幾年發展出的小波分析與快速共振動解調分析技術比較準確，但所需設備投入較大，還需進行較多分析，現場故障診斷人員一般較少應用。我們在實用診斷上采取有量綱參數與無量綱參數結合判斷進行軸承快速故障診斷，即采用頻譜分析中頻率振動速度，結合軸承峭度值進行綜合診斷。當兩個條件均超過標準時，我們判斷軸承存在故障。如圖6

圖6 某電機滾動軸承振動波形或頻譜

    這種判斷方法經過三年的實踐，證明對滾動軸承的故障診斷是非常實用的。判斷快速、準確，準確率超過90%。診斷出來的軸承基本上均處于后期故障階段，具有非常好的經濟效益。
    另外，當監測到滾動軸承低頻振動非常大的時候，排除機組不對中、不平衡、結構松動、基礎共振結構性因素后，即使無滾動軸承特征頻率，應果斷判斷滾動軸承故障進行檢修，見圖7。

圖7 某電機滾動軸承振動波形或頻譜

五、實用的滾動軸承頻譜分析與診斷技巧
    現在數據采集器使用已比較普遍。但在實用中注意一下技巧。對于振動不大，軸承峭度不大，頻譜復雜的振動信號，在現場難以判斷有無故障情況時，我們將振動信號采集回來，傳到計算機進行精密分析。此時，先進行常規分析，檢查振動速度頻譜和軸承峭度是否接近標準，而后用功率譜考察振動能量是否超標，若功率譜不大，觀察頻譜中各種頻率成份。若譜線對應頻率工頻整倍，則應著重查找機組結構方面的故障；若為工頻分數倍，出現較多小數位頻率，則應著重查找軸承牲頻率，若有，則軸承存在的故障，若無，排除其它部件故障后需引起警惕，加強監測。實際發現許多振動不超標，而出現軸承故障事例。一旦出現軸承特征頻率或接近軸承特征頻率頻譜，則應判斷軸承存在故障，而后根據幅值大小，可作趨勢分析或安排檢修。見圖8

圖8 某電機滾動軸承振動波形或頻譜