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滚动轴承故障诊断案例-2 实例1 宣化钢铁公司高速线材轧机26架 实例2 宣化钢铁公司高速线材轧机20架 实例3 唐山钢铁公司高速线材轧机的增速箱 实例4 安阳钢铁公司高速线材轧制线上吐丝机图1 高线轧机的传动机构示意图 滚动轴承故障诊断案例-2例12005年1月31日，宣化钢铁公司高速线材轧机的26架出现振动异常。图1 为高线轧机的传动机构示意图。1）频谱分析图:图2 26架轧机振动频谱图2）数据分析：表1数据分析表（测量转速1100rpm；推导转速1078.2rpm）序号故障特征频率（Hz）误 差振 幅(m/S2)特 征 描 述测量值计算值绝 对相 对158.59458.594003.245锥箱I轴转频2117.188117.188001.508锥箱I轴转频二倍频3180.664175.7824.8822.8%2.458锥箱I轴转频的三倍频4239.258234.3764.8822.1%0.908锥箱I轴转频的四倍频3)趋势分析:从趋势图上可以看到振动是在1月29日开始上升的，说明故障发展很快。图3 26架通频振动有效值趋势图4）特征频率趋势分析从图4中可以看到，轴转频(58.59Hz)及2倍频(117.19Hz)的振幅也是在1月29日开始上升。图4 26架特征频率趋势图5）当时的诊断结论与处理建议1时域信号特征 a）26#架精轧机在1月29日柱状图（棒图a、b、c，这里未给出）峰值开始报警，30日报警值达255；b）29日时域信号发生严重畸变，30日时域信号完全紊乱；c）时域趋势图从27日的22.6m/s2急剧上升到30日的245 m/s2（图7-12），突变了10倍左右。2频域信号特征：a）出现26#架精轧机锥箱I轴的转动频率（同时也是该轴轴承内圈旋转频率）及大量谐波，达5000Hz以上，这是典型的部件松动特征这是典型的部件松动特征。b）58.59Hz的振幅已经超过10m/s2；（图7-11)3该齿轮箱可能存在两种故障隐患：a）I轴轴承损坏（可能性较大）;b）26架底座刚度弱（有松动、裂纹等），有被外力所激起的振动。实际情况厂方接到报告后，立即组织检修。开箱后发现1轴MRC7126KRD4S轴承损坏。图5 破裂的1轴轴承（注注：这个诊断报告中将锥箱I轴的转动频率及大量谐波解释成典型的部件松动特征，实际是因为轴轴承承破破损损，造成I轴定心失效所致）例22005年1月5日，宣化钢铁公司高速线材轧机的20架出现振动异常。图710为高线轧机的传动机构示意图。查20架的频谱变化过程，见图1、图2、图3。图1 12月28日谱图锥箱I轴转频58Hz幅值为0.447 m/s2图2 1月2日频谱图（锥箱轴转动频率58Hz的振幅为2.502 m/s2图3 1月4日频谱图（锥箱轴转动频率58Hz的振幅为3.664 m/s2数据分析表1数据分析表（测量转速1088rpm；推导转速1078.2rpm）从2004年12月28日的频谱图到2005年1月4日的频谱图，可以看到轴转频的振幅上升了7倍，而且频域图形中出现很多谐波并向上漂起，时域图形越来越混乱，呈很强的非对称形态。由此可以判断20架锥箱轴轴承出现故障建议：及时更换20#锥箱I轴轴承，以免发生故障。序号故障信号频率 (Hz)计算特征频率 (Hz)振幅绝对误差（Hz）相对误差%可信度%故障部位及性质分析158.59459.132.50259.13-58.593=0.5370.537/59.13=0.91%100锥箱I轴转频2117.188118.262.504118.26-117.188=1.0721.072/118.26=0.91%100锥箱I轴转频的2倍频20#轧机拆检结果图4图5 图6例32005年12月15日，唐山钢铁公司高速线材轧机的增速箱振动异常升高的故障诊断。根据系统的时域指标监测，在12月14日发现精轧机增速箱南侧时域指标连续呈黄色警报，到12月15日时域指标报警值大于150变为红色，引起技术人员的关注，因此进一步对该设备进行频谱分析。图1 高线精轧机齿轮箱传动链图频谱图分析 图2 增速箱12月15日时域振动波形在图2增速箱时域振动波形图中可以明显看到高频冲击现象，并且相对0位线偏向上方。0位线图3 增速箱12月15日频谱图时域信号有明显下延结构是冲击类振动的表现，频域含有410HZ成份，并伴随有高阶倍频成份。诊断结论 1、经过初步分析该振动成份并非轴与齿轮的故障特征频率（轴转动频率小于30HZ，齿轮啮合频率大于2000HZ）；2、由于轴承参数不全，无法计算精确的故障特征频率，根据估计值计算有轴承故障可能。在随后的紧急检修中，开箱发现输出高速轴联轴节端滚动轴承内圈断裂。图4 轴承内圈断裂图726 吐丝机传动简图例4：2006年6月27日，安阳钢铁公司高速线材轧制线上的吐丝机轴发生轴承碎裂事故，被迫停产检修。事后检视在线故障诊断监测系统，发现早在4月13日时域峰值指标状态监测已经发出红色警报。图1是吐丝机传动简图。作为事后调查，欲对所有故障监测指标作一下回顾，以便认识哪些指标对这类故障信息敏感。所以将各项时域监测指标列举分析如下：1、时域指标趋势分析(1)6.5钢吐丝机a35测点峰值趋势图由图2可见，在26月份轧6.5钢时，吐丝机a35测点时域峰值从4月13日（50m/s）开始有所上升，到4月25日达到85m/s，此后到5月6日已达到260m/s以上，并且到吐丝机轴承出现损坏事故前在线系统一直连续出现红色警报（均在200m/s以上）。图2 峰值指标趋势图(2)轧6.5钢吐丝机a35水平测点峰值系数趋势图由图3可见，在26月份轧6.5钢时，吐丝机a35水平测点峰值系数在4月13日之前维持在5以下，到4月16日达到10，此后到5月25日之间一直维持在6.5以上，轴承在正常状态下的峰值系数为5左右，说明吐丝机在4月13日时已有故障隐患了，到5月25日后吐丝机a35测点峰值系数又降到5以下，说明此时轴承到已经损坏了。图3 峰值系数趋势图(3)轧6.5钢吐丝机a35测点峭度指标趋势图由图4可见，在26月份轧6.5钢时，吐丝机a35测点峭度在4月13日之前维持在5以下，到4月16日达到14，此后到5月25日之间一直维持在6.5以上，轴承在正常状态下的峭度为3左右，说明吐丝机在4月13日（9.4）时已有故障隐患了，到5月25日后吐丝机a35测点峭度又降到5以下，说明此时轴承到已经损坏了。由以上分析可见，从峰值、峰值系数、峭度三个时域指标都可看出吐丝机轴承在4月13日时已有故障隐患了，在5月初到5月25日是轴承逐渐损坏时期，若在这个时期能够对吐丝机进行必要的检查，就可避免6月27日轴承碎裂事故的发生。图4 峭度指标趋势图 2频域指标趋势分析案例轧6.5钢吐丝机II轴轴频幅值趋势图由图1可见，在26月份轧6.5钢时，吐丝机II轴转动频率的幅值在4月24日之前维持在0.25m/s2以下，4月24日开始上升，达到0.4m/s2，到5月6日达到9.659m/s2，此后到6月27日之间一直维持在8.5m/s2以上，6月6日最高达到30.82m/s2，说明吐丝机在4月24日（0.4）时已有故障隐患了，到5月6日幅值发生突变，增大了20多倍，说明此时吐丝机轴承已经损坏了。图1 II轴轴频幅值趋势图 3、谱图分析(1)a35测点正常时的时域波形及频谱图（轧6.5钢）图2(a)吐丝机06年3月9日19：00时域波形图图3(b)吐丝机06年3月9日19：00频域波形图特征频率表1特征频率表1（图3轧6.5钢时转速：1071r/min）吐丝机a35测点谱图数据)图3显示为吐丝机3月9日19：00的时域和频域波形图，吐丝机II轴（高速轴）转动频率的振幅为0.151m/s，并且II轴轴频的2、5、7倍频的振幅较为突出（见特征频率表1），这时II轴已有轻微松动故障了。由于振幅相对很低，不易看出。序号故障信号频率(Hz)计算特征频率(Hz)振幅绝对误差（Hz）相对误差%可信度%故障部位及性质分析129.29730.6650.1511.3684.4690II轴转动频率258.59461.330.9482.7364.46902II轴转动频率392.77391.9950.630.7780.851003II轴转动频率4151.367153.3251.1791.9581.281005II轴转动频率5205.078214.6551.9169.5774.46907II轴转动频率(2)a35测点峰值明显上升时的时域波形及频谱图(轧6.5钢)图4(a)吐丝机06年4月25日4：00时域波形图图5(b)吐丝机06年4月25日4：00频域波形图特征频率表2特征频率表2（图5轧6.5钢时转速：1052r/min）吐丝机a35测点谱图数据)图5显示为吐丝机4月25日4：00的时域和频域波形图，吐丝机II轴（高速轴）转动频率的振幅为0.386m/s，并且II轴轴频的2、5、7倍频幅值较为突出（见特征频率表2），与3月9日波形图相比，II轴（高速轴）轴转动频率的振幅上升了2倍多，且II轴转动频率的2、5、7倍频幅值也相对上升了，表明吐丝机II轴松动故障在逐渐加重。序号故障信号频率(Hz)计算特征频率(Hz)振幅绝对误差（Hz）相对误差%可信度%故障部位及性质分析129.29730.1210.3860.8242.73100II轴转动频率258.59460.2421.0261.6482.731002II轴转动频率387.89190.3630.6392.4722.731003II轴转动频率4151.367150.6050.9480.7625.06905II轴转动频率5205.078210.8472.2265.7692.731007II轴转动频率(3)a35测点峰值上升非常大时的时域波形及频谱图(轧6.5钢)图6 吐丝机06年5月6日10：00时域和频域波形图特征频率表3特征频率表3（图6轧6.5钢时转速：1063r/min）吐丝机a35测点谱图数据)图6显示为吐丝机5月6日10：00的时域和频域波形图，吐丝机II轴（高速轴）转动频率的振幅为9.659m/s，并伴有II轴转动频率的2、3倍频振幅较为突出（见特征频率表3），与4月25日波形图相比，II轴（高速轴）轴转动频率振幅上升了20多倍，且II轴转动频率的2、3倍频振幅也相对上升了，表明吐丝机II轴上轴承已经损坏了。这个时间距轴承破碎还有40多天，而且频谱图上已有极明显的故障征兆。低频段升高20倍，使高频振幅都压下去了。在此期间处理，完全可以避免事故发生。序号故障信号频率(Hz)计算特征频率(Hz)振幅绝对误差（Hz）相对误差%可信度%故障部位及性质分析129.29730.4369.6591.1393.74100II轴转动频率258.59460.8723.5212.2783.741002II轴转动频率387.89191.3082.7733.4173.741003II轴转动频率(4)吐丝机轴承碎裂当天的时域波形及频谱图(轧6.5钢)图7 吐丝机06年6月27日06：51时域和频域波形图特征频率表4特征频率表4（图7轧6.5钢时转速：1084r/min吐丝机a35测点谱图数据)图7显示为吐丝机6月27日06：51的时域和频域波形图，吐丝机II轴（高速轴）转动频率幅值为15.201m/s,比5月9日幅值又有所上升，说明吐丝机II轴轴承已严重损坏，从而导致II轴轴频幅值持续上升。序号故障信号频率(Hz)计算特征频率(Hz)振幅绝对误差（Hz）相对误差%可信度%故障部位及性质分析129.29731.03815.2011.7415.6190II轴转动频率258.59462.0767.5733.4825.61902II轴转动频率4、诊断结论1、根据以上分析，一炼轧厂吐丝机有以下两方面的故障征兆。(1)吐丝机II轴在初期（3、4月份）有轻微松动故障征兆，实质是轴承定心轴承定心劣化。(2)吐丝机II轴两端的轴承有损伤。2、吐丝机II轴有松动的故障特征，是由于在频域图中II轴转频(基频)及其2、5、7倍频幅值在2、3月份较小，到4、5月份都有较大增长，与松动故障很吻合，尤其在轧小规格钢(10mm钢以下)时候更为突出。3、吐丝机II轴两端的轴承有损伤是由于在时域指标中峰值系数和峭度指标2、3月份都属于正常范围内，到4、5月份上升了几倍甚至十几倍，已远远超出了轴承正常运行的技术状态。4、吐丝机II轴两端的轴承损坏，表现为轴承在早期（3、4月份）与II轴之间配合间隙大而引起II轴出现松动故障，后期（5、6月份）轴承损坏主要表现为II轴转动频率振幅很高，而其3、5、7倍频幅值不再突出，频谱图与3、4月份明显不同。5、从在线监测系统的时域和频域两方面都能表明吐丝机II轴上轴承损坏的渐变过程。综合此事件所获得的经验：当峭度指标异常升高，轴的转动频率振幅也有很大的增加，同时出现转动频率的高阶次谐频。这些条件综合起来，就是滚动轴承故障的判定条件。附图：轴承（型号10284776）损坏照片如下：图8、轴承内外圈损坏照片 图9、吐丝机II高速轴作业 1 滚动轴承的_特征频率_通常用来作为诊断的依据。2 传感器的安装部位通常在轴承座部位，并按信号传动的方向选择垂直、水平、和轴向布置。3 采用峰值系数法和峭度指标法进行故障诊断，正常时，滚动轴承的峰值系数约为_5_，峭度值约为_3_；但是，当峭度值下降时不表明故障恢复，而可能是轴承故障进入晚期，剥落斑点充满整个滚道。4滚动轴承常见的失效形式有哪些？分别简要介绍失效原因。答：1、磨损失效（在滚动轴承运转中，滚动体和套圈之间均存在滑动，引起零件接触面的磨损）2、疲劳失效（滚动体或套圈表面由于接触载荷的反复作用，产生疲劳应力，也可能是由于润滑不良或者强迫安装引起的疲劳失效）3、腐蚀失效（化学腐蚀，电腐蚀，微振腐蚀）4、塑变失效（由于滚动轴承受载，在滚动体和滚到接触面处产生塑性变形）5、断裂失效（运行时载荷过大、转速过高、润滑不良或装备不善而产生过大热应力，或由于磨削或热处理不当导致）6、胶合失效（保持架的材料粘附到滚子上而形成胶合）5 滚动轴承运行时为什么会产生振动？答：外部激励因素；内部：轴承结构本身引起的振动、轴承形状和精度问题、轴承使用不当或装配不正确 6采用较多的滚动轴承故障信号分析方法有哪几种？答：有效值和峰值判别法；峰值系数法(有效值与峰值之比)；峭度指标法；冲击脉冲法，共振解调法，频谱分析法，倒频谱分析法 7 什么叫滚动轴承的共振解调法？8 滚动轴承有哪些特征频率？其计算公式分别是什么？9简述共振解调技术的基本原理和作用？答：原理：利用轴承或检测系统作谐振体，把故障冲击产生的高频共振响应波放大，通过包络检测方法变为具有故障特征信息的低频波形，然后采用频谱分析法找出故障的特征频率，从而确定故障的类型以及故障发生在轴承的哪一元件上。作用：1判断轴承的损伤程度2通过频谱分析指出轴承的损伤部位。10 描述一个实例的诊断流程。