「軸承知識(shí)」齒輪箱中滾動(dòng)軸承故障診斷
「軸承知識(shí)」齒輪箱中滾動(dòng)軸承故障診斷
- 2021/11/1 8:40:56
齒輪箱運(yùn)行狀態(tài)往往直接影響到傳動(dòng)設(shè)備能否正常工作。齒輪箱通常包含有齒輪、滾動(dòng)軸承、軸等零部件，據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，齒輪箱內(nèi)零部件失效情況中，齒輪和軸承的失效所占比重最大，分別為60%和19%，因此，齒輪箱故障診斷研究的重點(diǎn)是齒輪和軸承的失效機(jī)理與診斷方法。
作為齒輪箱中滾動(dòng)軸承的故障診斷，其具有一定的技巧性和特殊性，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，從振動(dòng)技術(shù)的診斷方法來(lái)對(duì)齒輪箱中滾動(dòng)軸承的故障診斷進(jìn)行了解。
清楚齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)及軸承故障特點(diǎn)
要知道齒輪箱內(nèi)基本結(jié)構(gòu)，比如齒輪是何種模式、傳動(dòng)軸有幾根、每根軸上有哪些軸承和什么型號(hào)的軸承等。因?yàn)橹滥男┹S和齒輪是高速重載，可以幫助確定測(cè)點(diǎn)的布置；知道電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和各傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)、傳動(dòng)比，可以幫助確定各傳動(dòng)軸的頻率。
另外，還要清楚軸承故障的特點(diǎn)。一般情況下，齒輪嚙合頻率是齒輪數(shù)及轉(zhuǎn)頻的整倍數(shù)，而軸承故障特征頻率卻不是轉(zhuǎn)頻的整倍數(shù)。清楚齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)及軸承故障特點(diǎn)，是正確分析齒輪箱中滾動(dòng)軸承故障的首要前提。
盡量從水平、垂直和軸向三個(gè)方向去測(cè)量振動(dòng)
測(cè)點(diǎn)的選擇要兼顧軸向、水平和垂直方向，不一定所有位置都要進(jìn)行三個(gè)方向的振動(dòng)測(cè)量。如帶散熱片的齒輪箱，其輸入軸的測(cè)點(diǎn)就不方便檢測(cè)。甚至某些軸承設(shè)置在軸的中間位置，部分方向的振動(dòng)也不方便測(cè)，此時(shí)可有選擇地設(shè)置測(cè)點(diǎn)方向。但重要的部位，一般要進(jìn)行三個(gè)方向的振動(dòng)測(cè)量，特別注意不要忽略軸向振動(dòng)測(cè)量，因?yàn)辇X輪箱內(nèi)很多故障都會(huì)引起軸向振動(dòng)能量與頻率變化。另外，同一測(cè)點(diǎn)多組振動(dòng)數(shù)據(jù)還可為分析判斷所在傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速提供足夠的數(shù)據(jù)參考，并為進(jìn)一步診斷出哪端的軸承故障更嚴(yán)重些而獲得更多的參考依據(jù)。
兼顧高低頻段振動(dòng)
齒輪箱振動(dòng)信號(hào)中包含有固有頻率、傳動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)頻率、齒輪的嚙合頻率、軸承故障特征頻率、變頻族等成分，其頻帶較寬。對(duì)這種寬帶頻率成分的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與診斷時(shí)，一般情況下要按頻帶分級(jí)，然后根據(jù)不同的頻率范圍選擇相應(yīng)測(cè)量范圍和傳感器。如低頻段一般選用低頻加速度傳感器，中高頻可選用標(biāo)準(zhǔn)加速度傳感器。
盡可能在每根傳動(dòng)軸所在的軸承座上測(cè)量振動(dòng)
在齒輪箱殼體上不同位置的測(cè)點(diǎn)，由于信號(hào)傳遞路徑不同，因而對(duì)同一激勵(lì)的響應(yīng)也有所差異。齒輪箱傳動(dòng)軸所在的軸承座處對(duì)軸承的振動(dòng)響應(yīng)比較敏感，此處設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)可以較好地接收軸承振動(dòng)信號(hào)，而殼體中上部比較靠近齒輪的嚙合點(diǎn)，便于監(jiān)測(cè)齒輪的其他故障。
注重邊頻帶頻率的分析
對(duì)于轉(zhuǎn)速低、剛性大的設(shè)備，當(dāng)齒輪箱內(nèi)的軸承出現(xiàn)磨損時(shí)，往往軸承各故障特征頻率的振動(dòng)幅值并不是和那，但是伴隨著軸承磨損故障的發(fā)展，軸承故障特征頻率的諧波會(huì)大量出現(xiàn)，并且在這些頻率周圍會(huì)出現(xiàn)大量的邊頻帶。這些情況的出現(xiàn)，表明軸承發(fā)生了嚴(yán)重的故障，需要及時(shí)更換。
分析數(shù)據(jù)時(shí)要兼顧頻譜圖與時(shí)域圖
當(dāng)齒輪箱發(fā)生故障時(shí)，有時(shí)在頻譜圖上各故障特征的振動(dòng)幅值不會(huì)發(fā)生較大的變化，無(wú)法判斷故障的嚴(yán)重程度或中間傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確值，但在時(shí)域圖中可通過(guò)沖擊頻率來(lái)分析故障是否明顯或所在傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速是否正確。因此，要準(zhǔn)確確定每一傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速或者某一故障的沖擊頻率，都需要將振動(dòng)頻譜圖和時(shí)域圖兩者結(jié)合起來(lái)推斷。特別對(duì)異常諧波的變頻族的頻率確定，更是離不開(kāi)時(shí)域圖的輔助分析。
最好在齒輪滿負(fù)荷狀態(tài)下測(cè)量振動(dòng)
滿負(fù)荷下測(cè)量齒輪箱振動(dòng)，能夠較清晰地捕捉到故障信號(hào)。有時(shí)候，在低負(fù)荷時(shí)，部分軸承故障信號(hào)會(huì)被齒輪箱內(nèi)其他信號(hào)所淹沒(méi)，或者受其他信號(hào)調(diào)制而不容易發(fā)現(xiàn)。當(dāng)然，在軸承故障比較嚴(yán)重時(shí)，在低負(fù)荷時(shí)，就是通過(guò)速度頻譜也是能夠清晰地捕捉到故障信號(hào)。
齒輪箱運(yùn)行狀態(tài)往往直接影響到傳動(dòng)設(shè)備能否正常工作。齒輪箱通常包含有齒輪、滾動(dòng)軸承、軸等零部件，據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，齒輪箱內(nèi)零部件失效情況中，齒輪和軸承的失效所占比重最大，分別為60%和19%，因此，齒輪箱故障診斷研究的重點(diǎn)是齒輪和軸承的失效機(jī)理與診斷方法。
作為齒輪箱中滾動(dòng)軸承的故障診斷，其具有一定的技巧性和特殊性，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，從振動(dòng)技術(shù)的診斷方法來(lái)對(duì)齒輪箱中滾動(dòng)軸承的故障診斷進(jìn)行了解。
清楚齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)及軸承故障特點(diǎn)
要知道齒輪箱內(nèi)基本結(jié)構(gòu)，比如齒輪是何種模式、傳動(dòng)軸有幾根、每根軸上有哪些軸承和什么型號(hào)的軸承等。因?yàn)橹滥男┹S和齒輪是高速重載，可以幫助確定測(cè)點(diǎn)的布置；知道電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和各傳動(dòng)齒輪的齒數(shù)、傳動(dòng)比，可以幫助確定各傳動(dòng)軸的頻率。
另外，還要清楚軸承故障的特點(diǎn)。一般情況下，齒輪嚙合頻率是齒輪數(shù)及轉(zhuǎn)頻的整倍數(shù)，而軸承故障特征頻率卻不是轉(zhuǎn)頻的整倍數(shù)。清楚齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)及軸承故障特點(diǎn)，是正確分析齒輪箱中滾動(dòng)軸承故障的首要前提。
盡量從水平、垂直和軸向三個(gè)方向去測(cè)量振動(dòng)
測(cè)點(diǎn)的選擇要兼顧軸向、水平和垂直方向，不一定所有位置都要進(jìn)行三個(gè)方向的振動(dòng)測(cè)量。如帶散熱片的齒輪箱，其輸入軸的測(cè)點(diǎn)就不方便檢測(cè)。甚至某些軸承設(shè)置在軸的中間位置，部分方向的振動(dòng)也不方便測(cè)，此時(shí)可有選擇地設(shè)置測(cè)點(diǎn)方向。但重要的部位，一般要進(jìn)行三個(gè)方向的振動(dòng)測(cè)量，特別注意不要忽略軸向振動(dòng)測(cè)量，因?yàn)辇X輪箱內(nèi)很多故障都會(huì)引起軸向振動(dòng)能量與頻率變化。另外，同一測(cè)點(diǎn)多組振動(dòng)數(shù)據(jù)還可為分析判斷所在傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速提供足夠的數(shù)據(jù)參考，并為進(jìn)一步診斷出哪端的軸承故障更嚴(yán)重些而獲得更多的參考依據(jù)。
兼顧高低頻段振動(dòng)
齒輪箱振動(dòng)信號(hào)中包含有固有頻率、傳動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)頻率、齒輪的嚙合頻率、軸承故障特征頻率、變頻族等成分，其頻帶較寬。對(duì)這種寬帶頻率成分的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與診斷時(shí)，一般情況下要按頻帶分級(jí)，然后根據(jù)不同的頻率范圍選擇相應(yīng)測(cè)量范圍和傳感器。如低頻段一般選用低頻加速度傳感器，中高頻可選用標(biāo)準(zhǔn)加速度傳感器。
盡可能在每根傳動(dòng)軸所在的軸承座上測(cè)量振動(dòng)
在齒輪箱殼體上不同位置的測(cè)點(diǎn)，由于信號(hào)傳遞路徑不同，因而對(duì)同一激勵(lì)的響應(yīng)也有所差異。齒輪箱傳動(dòng)軸所在的軸承座處對(duì)軸承的振動(dòng)響應(yīng)比較敏感，此處設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)可以較好地接收軸承振動(dòng)信號(hào)，而殼體中上部比較靠近齒輪的嚙合點(diǎn)，便于監(jiān)測(cè)齒輪的其他故障。
注重邊頻帶頻率的分析
對(duì)于轉(zhuǎn)速低、剛性大的設(shè)備，當(dāng)齒輪箱內(nèi)的軸承出現(xiàn)磨損時(shí)，往往軸承各故障特征頻率的振動(dòng)幅值并不是和那，但是伴隨著軸承磨損故障的發(fā)展，軸承故障特征頻率的諧波會(huì)大量出現(xiàn)，并且在這些頻率周圍會(huì)出現(xiàn)大量的邊頻帶。這些情況的出現(xiàn)，表明軸承發(fā)生了嚴(yán)重的故障，需要及時(shí)更換。
分析數(shù)據(jù)時(shí)要兼顧頻譜圖與時(shí)域圖
當(dāng)齒輪箱發(fā)生故障時(shí)，有時(shí)在頻譜圖上各故障特征的振動(dòng)幅值不會(huì)發(fā)生較大的變化，無(wú)法判斷故障的嚴(yán)重程度或中間傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的準(zhǔn)確值，但在時(shí)域圖中可通過(guò)沖擊頻率來(lái)分析故障是否明顯或所在傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速是否正確。因此，要準(zhǔn)確確定每一傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速或者某一故障的沖擊頻率，都需要將振動(dòng)頻譜圖和時(shí)域圖兩者結(jié)合起來(lái)推斷。特別對(duì)異常諧波的變頻族的頻率確定，更是離不開(kāi)時(shí)域圖的輔助分析。
最好在齒輪滿負(fù)荷狀態(tài)下測(cè)量振動(dòng)
滿負(fù)荷下測(cè)量齒輪箱振動(dòng)，能夠較清晰地捕捉到故障信號(hào)。有時(shí)候，在低負(fù)荷時(shí)，部分軸承故障信號(hào)會(huì)被齒輪箱內(nèi)其他信號(hào)所淹沒(méi)，或者受其他信號(hào)調(diào)制而不容易發(fā)現(xiàn)。當(dāng)然，在軸承故障比較嚴(yán)重時(shí)，在低負(fù)荷時(shí)，就是通過(guò)速度頻譜也是能夠清晰地捕捉到故障信號(hào)。