滚动轴承异常的分析方法及诊断技巧

1　异常旋转音分析诊断

异常旋转音检测分析是采用听诊法对轴承工作状态进行监测的分析方法。常用工具是木柄长螺钉旋具，也可以使用外径为20mm左右的硬塑料管。相对而言，使用电子听诊器进行监测，更有利于提高监测的可靠性。轴承处于正常工作状态时，运转平稳、轻快，无停滞现象，发生的声响和谐而无杂音，可听到均匀而连续的“哗哗”声，或者较低的“轰轰”声。异常声响所反映的轴承故障如下。

（1）轴承发出均匀而连续的“咝咝”声，这种声音由滚动体在内外圈中旋转而产生，包含有与转速无关的不规则的金属振动声响。一般表现为轴承内加脂量不足，应进行补充。若设备停机时间过长，特别是在冬季的低温情况下，轴承运转中有时会发出“咝咝沙沙”的声音，这与轴承径向间隙变小、润滑脂工作针入度变小有关。应适当调整轴承间隙，更换针入度大一点的新润滑脂。

（2）轴承在连续的“哗哗”声中发出均匀的周期性“嗬罗”声，这种声音是由于滚动体和内外圈滚道出现伤痕、沟槽、锈蚀斑而引起的。声响的周期与轴承的转速成正比。应对轴承进行更换。

（3）轴承发出不规律、不均匀的“嚓嚓”声，这种声音是由于轴承内落入铁屑、砂粒等杂质而引起的。声响强度较小，与转数没有联系。应对轴承进行清洗，重新加脂或换油。

（4）轴承发出连续而不规则的“沙沙”声，这种声音一般与轴承的内圈与轴配合过松或者外圈与轴承孔配合过松有关系。声响强度较大时，应对轴承的配合关系进行检查，发现问题及时修理。

2　振动信号分析诊断

轴承振动对轴承的损伤很敏感，例如剥落、压痕、锈蚀、裂纹、磨损等都会在轴承及振动测量中反映出来。所以，通过采用特殊的轴承振动测量器（频率分析器等）可测量出振动的大小，通过频率分布可推断出异常的具体情况。测得的数值因轴承的使用条件或传感器安装位置等而不同，因此需要事先对每台机器的测量值进行分析比较后确定判断标准。

滚动轴承故障的检测诊断技术有很多种，如振动信号检测、润滑油液分析检测、温度检测、声发射检测等。在各种诊断方法中，基于振动信号的诊断技术应用Z为广泛，该技术分为简易诊断法和精密诊断法两种。

简易诊断利用振动信号波形的各种参数，如幅值、波形因数、波峰因数、概率密度、峭度系数等，以及各种解调技术对轴承进行初步判断以确认是否出现故障；精密诊断则利用各种现代信号处理方法判断在简易诊断中被认为是出现了故障的轴承的故障类别及原因。

3　滚动轴承故障的简易诊断法

在利用振动对滚动轴承进行简易诊断的过程中，通常是要测得的振值（峰值、有效值等）与预先给定的某种判定标准进行比较，根据实测的振值是否超出了标准给出的界限来判断轴承是否出现了故障，以决定是否需要进一步进行精密诊断。用于滚动轴承简易诊断的判断标准可大致分为三种：

（1）判定标准：是用于判断实测振值是否超限的量值；

（2）相对判定标准：是对轴承的同一部位定期进行振动检测，并按时间先后进行比较，以轴承无故障的情况下的振值为标准，根据实测振值与该基准振值之比来进行诊断的标准；

（3）类比判定标准：是把若干同一型号的轴承在相同的条件下在同一部位进行振动检测，并将振值相互比较进行判断的标准。

判定标准是在规定的检测方法的基础上制定的标准，因此必须注意其适用频率范围，并且必须按规定的方法进行振动检测。适用于所有轴承的判定标准是不存在的，因此一般都是兼用判定标准、相对判定标准和类比判定标准，这样才能获得准确、可靠的诊断结果。

4　滚动轴承故障的精密诊断法

滚动轴承的振动频率成分十分丰富，既含有低频成分，又含有高频成分，而且每一种特定的故障都对应有特定的频率成分。精密诊断的任务，就是要通过适当的信号处理方法将特定的频率成分分离出来，从而指示特定故障的存在。常用的精密诊断有下面几种。

（1）低频信号分析法

低频信号是指频率低于8kHz的振动。一般测量滚动轴承振动时都采用加速度传感器，但对低频信号都分析振动速度。因此，加速度信号要经过电荷放大器后由积分器转换速度信号，然后再经过上限截止频率为8kHz的低通滤波器去除高频信号，Z后对其进行频率成分分析，以找到信号的特征频率，进行诊断。

（2）中、高频信号解调分析法

中频信号的频率范围为8kHz-20kHz，高频信号的频率范围为20kHz-80kHz。由于对中、高频信号可直接分析加速度，传感器信号经过电荷放大器后，直接通过高通滤波器去除低频信号，然后对其进行解调，Z后进行频率分析，以找出信号的特征频率。

5　轴承的温度分析诊断

轴承的温度，一般有轴承室外面的温度就可推测出来，如果利用油孔能直接测量轴承外圈温度，则更为合适。通常，轴承的温度随着轴承运转开始慢慢上升，1-2小时后达到稳定状态。轴承的正常温度因机器的热容量、散热量、转速及负载而不同。如果润滑、安装不合适，则轴承温都会急骤上升，会出现异常高温，这时必须停止运转，采取必要的防范措施。

用高温经常表示轴承已处于异常情况。高温也有害于轴承润滑剂。有时轴承过热可归诸于轴承的润滑剂。若轴承在超过125℃的温度长期连转会降低轴承寿命。引起高温轴承的原因包括：润滑不足或过分润滑、润滑剂内含有杂质、负载过大、轴承损坏、间隙不足及油封产生的高摩擦等等。

因此，连续性的监测轴承温度是有必要的，无论是量测轴承本身或其它重要的零件。如果是在运转条件不变的情况下，任何的温度改变可表示已发生故障。轴承温度的定期量测可藉助于温度计，例如SKF数字型温度计，可精确地测轴承温度并依℃或华氏温度定单位显示。重要性的轴承，意味着当其损坏时，会造成设备的停机，因此这类轴承Z好应加装温度探测器。正常情况下，轴承在刚润滑或再润滑过后会有自然的温度上升并且持续一天或二天。

6　润滑剂分析诊断

润滑剂分析法是利用铁谱分析技术，铁谱分析技术是特别适合于鉴定和预测滚动疲劳的一种方法。

将滚动轴承的润滑油抽取一部分作为油样，利用高梯度磁场使流过该磁场的油样中所含的固体异物，按大小比例沉积在玻璃片上，得以观察异物颗粒的形状，大小，色泽和材质，从而能清楚地判明磨损的类型，预告机器的运转状态，及时发现隐患。铁谱技术原则上以鉴定钢铁等强磁体为主要目标，但对铜等非铁金属、砂、有机物和密封碎屑等异物也有相当出色的鉴定能力。

当油样中出现直径为1-5μm钢铁类球形颗粒时，肯定轴承已开始出现疲劳微裂纹。当油样中出现长度与厚度比为10：1的疲劳剥落颗粒，而长度大于10μm时，轴承中非正常疲劳磨损已经开始，当长度大于100μm时，轴承已经失效。

第三种疲劳碎屑为长度与厚度比为30：1的疲劳薄片，其长度在20-50μm之间，薄片往往带有空洞。在疲劳开始出现时，这种薄片的数量会明显增加，这可与球形颗粒共同作为疲劳出现的标志。

7　声发射检测

声发射检测技术原理，材料受到外力或内力作用产生变形或者裂纹扩展时，以弹性波的形式释放出应变能的现象称为声发射。

用仪器检测、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射检测技术，其利用物质内部微粒由于相对运动而以弹性波的形式释放应变能的现象来识别和了解物质或结构内部状态。

声发射信号包括突发型和连续型两种。突发型声发射信号由区别于背景噪声的脉冲组成，且在时间上可以分开；连续型声发射信号的单个脉冲不可分辨。实际上，连续型声发射信号也是由大量小的突发型信号组成的，只不过太密集而不能分辨而已。

滚动轴承在运行不良的情况下，突发型和连续型的声发射信号都有可能产生。轴承各组成部分（内圈、外圈、滚动体以及保持架）接触面间的相对运动、碰摩所产生的赫兹接触应力，以及由于失效、过载等产生的诸如表面裂纹、磨损、压痕、切槽、咬合、润滑不良造成的的表面粗糙、润滑污染颗粒造成的表面硬边以及通过轴承的电流造成的点蚀等故障，都会产生突发型的声发射信号。

连续型声发射信号主要来源于润滑不良（如润滑油膜的失效、润滑脂中污染物的浸入）导致轴承表面产生氧化磨损而产生的全局性故障、过高的温度以及轴承局部故障的多发等，这些因素造成短时间内的大量突发声发射事件，从而产生了连续型声发射信号。

滚动轴承在运行过程中，其故障（不管是表面损伤、裂纹还是磨损故障）会引起接触面的弹性冲击而产生声发射信号，该信号蕴涵了丰富的碰摩信息，因此可利用声发射来监测和诊断滚动轴承故障。

8　振动信号检测

滚动轴承故障检测的简易诊断利用滚动轴承的振动信号分析故障。诊断的方法可分为简易诊断法和精密诊断法两种。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；精密诊断的目的是要判断在简易诊断中被认为出现了故障的轴承的故障类别及原因。

下面主要介绍简易诊断的几种方法：

（1）振幅值诊断法。

这里所说的振幅值指峰值XP、均值X（对于简谐振动为半个周期内的平均值，对于轴承冲击振动为经值处理后的平均值）以及均方根值（有效值）Xrms。

这是一种Z简单、Z常用的诊断法，它是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。峰值反映的是某时刻振幅的Z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。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之类的振幅值随时间缓慢变化的故障诊断。

（2）概率密度诊断法。

无故障滚动轴承振幅的概率密度曲线是典型的正态?布曲线；而一旦出现故障，则概率密度曲线可能出现偏斜或分散的现象。

（3）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，主要适用于点蚀类故障的诊断。

（4）波形因数诊断法。

波形因数定义为峰值与均值之比（XP/X）。该值也是用于滚动轴承简易诊断的有效指标之一。

（5）波峰因数诊断法。

波峰因数定义为峰值与均方根值之比（XP/Xrms）。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。

通过对XP/Xrms值随时间变化趋势的监测，可以有效地对滚动轴承故障进行早期预报，并能反映故障的发展变化趋势。当滚动轴承无故障时，XP/Xrms，为一较小的稳定值；一旦轴承出现了损伤，则会产生冲击信号，振动峰值明显增大，但此时均方根值尚无明显的增大，故XP/Xrms增大；当故障不断扩展，峰值逐步达到极限值后，均方根值则开始增大，XP/Xrms逐步减小，直至恢复到无故障时的大小。

通过在关键设备轴承部件应用以上检测手段对其运行状态的跟踪检测，可有效地诊断出设备轴承部位的隐患，提早作出预防，确保设备正常使用。

（来源：网络）