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軸承外圈故障帶轉(zhuǎn)軸邊帶的分析與研究

 更新時(shí)間:2017-07-04 點(diǎn)擊量:4767

  軸承外圈故障帶轉(zhuǎn)軸邊帶的分析與研究

  利用CSI2130雙通道振動(dòng)采集儀,對(duì)冷軋廠彩涂風(fēng)機(jī)軸承的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,在此基礎(chǔ)上對(duì)信號(hào)進(jìn)行了幅域、頻域分析,發(fā)現(xiàn)了軸承損壞的故障頻率,并找到風(fēng)機(jī)軸承發(fā)熱損壞的根本原因。

機(jī)械檢測(cè)儀/振動(dòng)分析儀/工業(yè)內(nèi)窺鏡代理商:

更有意義的是,清楚了生產(chǎn)實(shí)際中軸承故障模式及故障機(jī)理與故障診斷理論學(xué)術(shù)研究結(jié)論的差異,從而更緊密的將學(xué)術(shù)理論與冶金設(shè)備運(yùn)行實(shí)際結(jié)合起來(lái),不是形而上學(xué)的照搬照抄,結(jié)果是更為有效的在生產(chǎn)實(shí)際中發(fā)現(xiàn)造成故障的根本原因。

  1 概述

  冶金企業(yè)的設(shè)備日趨超大型化、超精密華、超復(fù)雜化,決定了生產(chǎn)線設(shè)備各零部件間有更為緊密地有機(jī),零部件之間的這種緊密的相關(guān)性決定了在生產(chǎn)實(shí)際中設(shè)備所表現(xiàn)故障模式以綜合故障居多,單一故障反倒較少見。

現(xiàn)有的故障理論以研究單一故障為基礎(chǔ),根據(jù)單一故障模式抽象出一般規(guī)律,就單一故障來(lái)講使故障模式化。如果照搬套用,常常會(huì)不符合冶金企業(yè)機(jī)、電、液、集合極為復(fù)雜的生產(chǎn)線。

本文論述對(duì)彩涂風(fēng)機(jī)軸承進(jìn)行測(cè)試,利用頻譜分析找到風(fēng)機(jī)軸承發(fā)熱的內(nèi)因是由于軸承外圈松動(dòng)使得軸承與軸承座間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起摩擦生熱,從而造成軸承損壞(外在表現(xiàn))的綜合故障。認(rèn)識(shí)到故障理論的建立是有其限制條件的,不了解這些先決條件,對(duì)故障理論就不能較深入的理解,只能是對(duì)故障理論結(jié)論的機(jī)械套用,診斷結(jié)論常常與實(shí)際偏差較大。

  2 診斷分析

  2.1 設(shè)備概況

  彩涂焚燒爐助燃風(fēng)機(jī)工作運(yùn)行2個(gè)月以來(lái),軸承一直處于發(fā)熱狀態(tài),于2006年7月11日對(duì)該風(fēng)機(jī)的兩個(gè)軸承進(jìn)行測(cè)試分析。采用加速度傳感器分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)軸承垂直和水平兩個(gè)方向的振動(dòng)量。測(cè)點(diǎn)位置如圖1所示。

  設(shè)備的主要參數(shù):

  電機(jī)轉(zhuǎn)速2950 r/min

  電機(jī)功率:37KW

  流量:130L

  軸承型號(hào)1312

保持架頻率

滾動(dòng)體頻率

外圈頻率

內(nèi)圈頻率

20.95

151.09

335.54

462.54

  表1 軸承特征頻率表(單位:Hz)

  2.2 精密診斷

  在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)中,振動(dòng)分析是一種zui常用的方法。振動(dòng)信號(hào)普遍存在于運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備中,當(dāng)機(jī)械設(shè)備內(nèi)部發(fā)生異常時(shí),一般都會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)增大和工作性能的變化,60%以上的機(jī)械故障都能通過振動(dòng)反映出來(lái)。采用CSI2130雙通道振動(dòng)采集儀對(duì)彩涂風(fēng)機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,然后利用幅域、頻域分析方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析與診斷。

  2.2.1 幅域分析

  在信號(hào)的幅值上進(jìn)行各種處理,即對(duì)信號(hào)的時(shí)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析稱為幅域分析。通常計(jì)算信號(hào)的均方根值,結(jié)合ISO2372振動(dòng)速度判別標(biāo)準(zhǔn),判斷設(shè)備目前的運(yùn)行狀態(tài)。針對(duì)彩涂風(fēng)機(jī)軸承發(fā)熱的信號(hào),計(jì)算出的特征值如表2所示。

測(cè)點(diǎn)

垂直V

水平H

1

2.99

1.5

2

7.36

4.62

  表2 均方根值表(單位mm/s)

  從表2中可以看出,測(cè)點(diǎn)2垂直方向的振動(dòng)速度超過“C”級(jí)振動(dòng)強(qiáng)度等級(jí)7.1 mm/s,屬于“不滿意”狀態(tài)。其他測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)速度值也偏大,說(shuō)明處于不良的運(yùn)行狀態(tài)。

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  2.2.2 頻譜分析

  一般來(lái)說(shuō),對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行幅域分析,可以了解設(shè)備目前的工作狀態(tài),初步確定設(shè)備是否存在故障。但是,幅域分析方法無(wú)法定位發(fā)生故障的具體位置,所以需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析,通過提取故障頻率成分,從而確認(rèn)引發(fā)故障的零部件。

  首先對(duì)兩個(gè)測(cè)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換,如圖2所示。(頻域圖)

  圖2 測(cè)點(diǎn)1頻譜放大圖

  通過電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算轉(zhuǎn)頻為,與圖2中49.95Hz的頻率成分相對(duì)應(yīng),同時(shí)還出現(xiàn)轉(zhuǎn)頻的多次諧波,表現(xiàn)轉(zhuǎn)軸松動(dòng)的故障模式。此外,存在與轉(zhuǎn)頻不同步的頻率成分336.72Hz,懷疑該頻率為故障頻率。為此,分別對(duì)測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)2垂直、水平方向進(jìn)行頻譜分析,如圖3、4所示。

  垂直方向頻域圖

  水平方向頻域圖

  圖3 測(cè)點(diǎn)1頻域圖

  垂直方向頻域圖

  水平方向頻域圖

  圖4 測(cè)點(diǎn)2頻域圖

  從圖3和圖4中可以看出,測(cè)點(diǎn)1和測(cè)2都存在336.72Hz的頻率及其高次諧波成分。將該特征頻率與表1中的各頻率成分比較后,發(fā)現(xiàn)該特征頻率與軸承外圈頻率335.54Hz基本一致(軸承外圈的故障頻率計(jì)算略),所以可以認(rèn)定軸承的外圈出現(xiàn)故障。

  表面看,這是一個(gè)比較簡(jiǎn)單明了的軸承故障分析,到此應(yīng)該結(jié)束了。但是仔細(xì)觀察頻譜圖,我們還會(huì)發(fā)現(xiàn)軸承的外圈故障頻率及諧波帶有邊帶,邊帶為49.95Hz,是轉(zhuǎn)頻!疑問是幾乎所有的關(guān)于故障診斷的書籍在談到軸承故障時(shí)都會(huì)有這樣的結(jié)論:軸承的內(nèi)圈故障頻率會(huì)帶有明顯的轉(zhuǎn)頻邊帶,外圈的故障頻率沒有邊帶。結(jié)論似乎與實(shí)際相矛盾。

  事實(shí)上,軸承的外圈故障頻率及各次諧波皆受到49.95Hz轉(zhuǎn)頻的調(diào)制,是由于同時(shí)還存在軸承外圈松動(dòng)的故障。因?yàn)?,只有?dāng)軸承外圈與軸承座產(chǎn)生了間隙,軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)才使得軸承中心偏離軸承座的中心。

于是,軸承每旋轉(zhuǎn)一圈,軸承外圈就與軸承座“碰撞”一次,產(chǎn)生的頻率正好等于轉(zhuǎn)頻。所以當(dāng)出現(xiàn)軸承外圈頻率及其高次諧波,并且外圈頻率被轉(zhuǎn)頻調(diào)制時(shí),就可以認(rèn)為存在軸承外圈松動(dòng)的故障,而且這才是造成軸承損壞的zui根本原因。

  當(dāng)軸承外圈出現(xiàn)松動(dòng)后,造成軸承與軸承座存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成摩擦。尤其當(dāng)軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí),摩擦將產(chǎn)生大量的熱,致使軸承始終在高溫環(huán)境下工作。工作溫度越高,對(duì)部件裝配精度的影響就越大,使得軸承與軸承座之間的間隙不斷增大,產(chǎn)生惡性循環(huán),造成軸承無(wú)法正常工作,zui終*失效。

  2.3 診斷結(jié)論及建議

  綜合以上振動(dòng)的分析結(jié)果,得出如下結(jié)論:軸承與軸承座配合松動(dòng),造成軸承與軸承座產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而使溫度升高。據(jù)此建議生產(chǎn)廠采取措施,保證軸承與軸承座的裝配精度,尤其注意軸承座鏜孔的加工精度。此外,對(duì)軸承進(jìn)行更換時(shí)采取成對(duì)同時(shí)替換的方式。

  從圖中還可以看出,測(cè)點(diǎn)2的頻率幅值是測(cè)點(diǎn)1的3~5 倍,與表2中的計(jì)算結(jié)果是一致的。從幅域分析和頻譜分析兩個(gè)角度出發(fā),均說(shuō)明了測(cè)點(diǎn)2 的軸承故障問題更嚴(yán)重。

  2.4 生產(chǎn)驗(yàn)證

  2006年7月21日生產(chǎn)廠對(duì)彩涂風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢修時(shí),發(fā)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)2的軸承已經(jīng)嚴(yán)重破損,無(wú)法繼續(xù)工作,經(jīng)測(cè)量軸承座鏜孔超差zui大超過100um,已失去和軸承外圈的配合精度。換上同類型的軸承后,采用680固齒膠將軸承與軸承座固定,減小松動(dòng),以維持生產(chǎn)。同時(shí)緊急訂購(gòu)軸承座。當(dāng)風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后,于2006年8月25日對(duì)兩個(gè)軸承重新進(jìn)行測(cè)試與分析,發(fā)現(xiàn)振動(dòng)明顯減小,如表3所示。

測(cè)點(diǎn)

垂直V

水平H

1

0. 32

0. 6

2

0. 38

0. 7

  表3均方根值表(單位mm/s)

  從表3中可以看出,無(wú)論是水平方向還是垂直方向,兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)值都非常小,根據(jù)ISO2372振動(dòng)速度判別標(biāo)準(zhǔn),設(shè)備目前處于良好的工作狀態(tài),說(shuō)明了診斷結(jié)果與實(shí)際故障是*吻合的。

  3 綜述

  這不僅僅是一個(gè)普通風(fēng)機(jī)軸承的外圈故障,而是轉(zhuǎn)軸松動(dòng)與外圈故障相互結(jié)合在一起的綜合故障形式?,F(xiàn)象是軸承外圈故障明顯并帶有轉(zhuǎn)頻邊帶,轉(zhuǎn)軸松動(dòng)信號(hào)較弱。

    如果認(rèn)為是軸承故障造成的松動(dòng)只換軸承不能解決根本問題;同樣如果生搬故障診斷理論 “軸承外圈故障不帶任何邊帶”就會(huì)否定軸承故障使診斷結(jié)論走上歧途。

    正確的結(jié)論是由于軸承座加工超差,軸承座鏜孔與軸承外圈失去配合精度,產(chǎn)生松動(dòng),造成軸承損壞。表面看與診斷理論相矛盾的現(xiàn)象正是找到設(shè)備故障根本原因的基本依據(jù)。

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