1
、異常旋轉(zhuǎn)音分析診斷
異常旋轉(zhuǎn)音檢測分析是采用聽診法對軸承工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測的分析方法。常用工具是木柄長螺釘旋具
，也可以使用外徑為20mm左右的硬塑料管
。相對而言，使用電子聽診器進(jìn)行監(jiān)測
，更有利于提高監(jiān)測的可靠性
。軸承處于正常工作狀態(tài)時
，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、輕快
，無停滯現(xiàn)象，發(fā)生的聲響和諧而無雜音，可聽到均勻而連續(xù)的“嘩嘩”聲
，或者較低的“轟轟”聲
。異常聲響所反映的軸承故障如下
。
（1）軸承發(fā)出均勻而連續(xù)的“咝咝”聲，這種聲音由滾動體在內(nèi)外圈中旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生
，包含有與轉(zhuǎn)速無關(guān)的不規(guī)則的金屬振動聲響
。一般表現(xiàn)為軸承內(nèi)加脂量不足，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充
。若設(shè)備停機(jī)時間過長，特別是在冬季的低溫情況下
，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有時會發(fā)出“咝咝沙沙”的聲音，這與軸承徑向間隙變小
、潤滑脂工作針入度變小有關(guān)。應(yīng)適當(dāng)調(diào)整軸承間隙
，更換針入度大一點(diǎn)的新潤滑脂。
（2）軸承在連續(xù)的“嘩嘩”聲中發(fā)出均勻的周期性“嗬羅”聲
，這種聲音是由于滾動體和內(nèi)外圈滾道出現(xiàn)傷痕
、溝槽、銹蝕斑而引起的
。聲響的周期與軸承的轉(zhuǎn)速成正比。應(yīng)對軸承進(jìn)行更換
。
（3）軸承發(fā)出不規(guī)律、不均勻的“嚓嚓”聲
，這種聲音是由于軸承內(nèi)落入鐵屑
、砂粒等雜質(zhì)而引起的
。聲響強(qiáng)度較小
，與轉(zhuǎn)數(shù)沒有聯(lián)系。應(yīng)對軸承進(jìn)行清洗
，重新加脂或換油。
（4）軸承發(fā)出連續(xù)而不規(guī)則的“沙沙”聲，這種聲音一般與軸承的內(nèi)圈與軸配合過松或者外圈與軸承孔配合過松有關(guān)系
。聲響強(qiáng)度較大時，應(yīng)對軸承的配合關(guān)系進(jìn)行檢查
，發(fā)現(xiàn)問題及時修理
。
2
、振動信號分析診斷
軸承振動對軸承的損傷很敏感
，例如剝落、壓痕
、銹蝕
、裂紋
、磨損等都會在軸承及振動測量中反映出來。所以
，通過采用特殊的軸承振動測量器（頻率分析器等）可測量出振動的大小
，通過頻率分布可推斷出異常的具體情況。測得的數(shù)值因軸承的使用條件或傳感器安裝位置等而不同
，因此需要事先對每臺機(jī)器的測量值進(jìn)行分析比較后確定判斷標(biāo)準(zhǔn)。
滾動軸承故障的檢測診斷技術(shù)有很多種
，如振動信號檢測
、潤滑油液分析檢測、溫度檢測
、聲發(fā)射檢測等。在各種診斷方法中
，基于振動信號的診斷技術(shù)應(yīng)用最為廣泛
，該技術(shù)分為簡易診斷法和精密診斷法兩種。
簡易診斷利用振動信號波形的各種參數(shù)
，如幅值
、波形因數(shù)、波峰因數(shù)
、概率密度
、峭度系數(shù)等，以及各種解調(diào)技術(shù)對軸承進(jìn)行初步判斷以確認(rèn)是否出現(xiàn)故障
；
精密診斷則利用各種現(xiàn)代信號處理方法判斷在簡易診斷中被認(rèn)為是出現(xiàn)了故障的軸承的故障類別及原因
。
2.1 簡易診斷法
在利用振動對滾動軸承進(jìn)行簡易診斷的過程中
，通常是要測得的振值（峰值
、有效值等）與預(yù)先給定的某種判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，根據(jù)實測的振值是否超出了標(biāo)準(zhǔn)給出的界限來判斷軸承是否出現(xiàn)了故障
，以決定是否需要進(jìn)一步進(jìn)行精密診斷
。
用于滾動軸承簡易診斷的判斷標(biāo)準(zhǔn)可大致分為三種：
（1）絕對判定標(biāo)準(zhǔn)：是用于判斷實測振值是否超限的絕對量值；
（2）相對判定標(biāo)準(zhǔn)：是對軸承的同一部位定期進(jìn)行振動檢測
，并按時間先后進(jìn)行比較，以軸承無故障的情況下的振值為標(biāo)準(zhǔn)
，根據(jù)實測振值與該基準(zhǔn)振值之比來進(jìn)行診斷的標(biāo)準(zhǔn)；
（3）類比判定標(biāo)準(zhǔn)：是把若干同一型號的軸承在相同的條件下在同一部位進(jìn)行振動檢測
，并將振值相互比較進(jìn)行判斷的標(biāo)準(zhǔn)
。
絕對判定標(biāo)準(zhǔn)是在規(guī)定的檢測方法的基礎(chǔ)上制定的標(biāo)準(zhǔn)，因此必須注意其適用頻率范圍
，并且必須按規(guī)定的方法進(jìn)行振動檢測。適用于所有軸承的絕對判定標(biāo)準(zhǔn)是不存在的
，因此一般都是兼用絕對判定標(biāo)準(zhǔn)、相對判定標(biāo)準(zhǔn)和類比判定標(biāo)準(zhǔn)
，這樣才能獲得準(zhǔn)確、可靠的診斷結(jié)果
。
簡易診斷主要有以下幾種方法：
（1）振幅值診斷法。
這里所說的振幅值指峰值XP
、均值X（對于簡諧振動為半個周期內(nèi)的平均值
，對于軸承沖擊振動為絕對值處理后的平均值）以及均方根值（有效值）Xrms。
這是一種最簡單
、最常用的診斷法，它是通過將實測的振幅值與判定標(biāo)準(zhǔn)中給定的值進(jìn)行比較來診斷的
。
峰值反映的是某時刻振幅的最大值
，因而它適用于像表面點(diǎn)蝕損傷之類的具有瞬時沖擊的故障診斷
。
均值用于診斷的效果與峰值基 本一樣
，其優(yōu)點(diǎn)是檢測值較峰值穩(wěn)定，但一般用于轉(zhuǎn)速較高的情況（如300r/min以上）
。
均方根值是對時間平均的
，因而它適用于像磨損之類的振幅值隨時間緩慢變化的故障診斷。
（2）概率密度診斷法
。
無故障滾動軸承振幅的概率密度曲線是典型的正態(tài)分布曲線
；而一旦出現(xiàn)故障
，則概率密度曲線可能出現(xiàn)偏斜或分散的現(xiàn)象
。
（3）峭度系數(shù)診斷法
。
振幅滿足正態(tài)分布規(guī)律的無故障軸承
，其峭度值約為3
。隨著故障的出現(xiàn)和發(fā)展
，峭度值具有與波峰因數(shù)類似的變化趨勢。此方法的優(yōu)點(diǎn)在于與軸承的轉(zhuǎn)速
、尺寸和載荷無關(guān)
，主要適用于點(diǎn)蝕類故障的診斷
。
（4）波形因數(shù)診斷法
。
波形因數(shù)定義為峰值與均值之比（XP/X）
。該值也是用于滾動軸承簡易診斷的有效指標(biāo)之一
。
（5）波峰因數(shù)診斷法。
波峰因數(shù)定義為峰值與均方根值之比（XP/Xrms）
。該值用于滾動軸承簡易診斷的優(yōu)點(diǎn)在于它不受軸承尺寸、轉(zhuǎn)速及載荷的影響
，也不受傳感器
、放大器等一、二次儀表靈敏度變化的影響
。該值適用于點(diǎn)蝕類故障的診斷
。通過對XP/Xrms值隨時間變化趨勢的監(jiān)測
，可以有效地對滾動軸承故障進(jìn)行早期預(yù)報，并能反映故障的發(fā)展變化趨勢
。
當(dāng)滾動軸承無故障時
，XP/Xrms
，為一較小的穩(wěn)定值
；
當(dāng)軸承出現(xiàn)了損傷時
，則會產(chǎn)生沖擊信號，振動峰值明顯增大
，但此時均方根值尚無明顯的增大
，故XP/Xrms增大；
當(dāng)故障不斷擴(kuò)展
，峰值逐步達(dá)到極限值后
，均方根值則開始增大
，XP/Xrms逐步減小，直至恢復(fù)到無故障時的大小
。
2.2 精密診斷法
滾動軸承的振動頻率成分十分豐富
，既含有低頻成分
，又含有高頻成分
，而且每一種特定的故障都對應(yīng)有特定的頻率成分。精密診斷的任務(wù)
，就是要通過適當(dāng)?shù)男盘柼幚矸椒▽⑻囟ǖ念l率成分分離出來
，從而指示特定故障的存在。常用的精密診斷有下面幾種
。
（1）低頻信號分析法
低頻信號是指頻率低于8kHz的振動。一般測量滾動軸承振動時都采用加速度傳感器
，但對低頻信號都分析振動速度。因此
，加速度信號要經(jīng)過電荷放大器后由積分器轉(zhuǎn)換速度信號
，然后再經(jīng)過上限截止頻率為8kHz的低通濾波器去除高頻信號
，最后對其進(jìn)行頻率成分分析
，以找到信號的特征頻率，進(jìn)行診斷
。
（2）中
、高頻信號解調(diào)分析法
中頻信號的頻率范圍為8kHz-20kHz，高頻信號的頻率范圍為20kHz-80kHz
。由于對中、高頻信號可直接分析加速度
，傳感器信號經(jīng)過電荷放大器后
，直接通過高通濾波器去除低頻信號，然后對其進(jìn)行解調(diào)
，最后進(jìn)行頻率分析
，以找出信號的特征頻率
。
3
、軸承的溫度分析診斷
軸承的溫度，一般有軸承室外面的溫度就可推測出來
，如果利用油孔能直接測量軸承外圈溫度
，則更為合適
。通常，軸承的溫度隨著軸承運(yùn)轉(zhuǎn)開始慢慢上升
，1-2小時后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)
。軸承的正常溫度因機(jī)器的熱容量、散熱量
、轉(zhuǎn)速及負(fù)載而不同
。如果潤滑
、安裝不合適
，則軸承溫都會急驟上升，會出現(xiàn)異常高溫
，這時必須停止運(yùn)轉(zhuǎn)
，采取必要的防范措施。
用高溫經(jīng)常表示軸承已處于異常情況
。高溫也有害于軸承潤滑劑
。有時軸承過熱可歸諸于軸承的潤滑劑
。若軸承在超過125℃的溫度長期連轉(zhuǎn)會降低軸承壽命。引起高溫軸承的原因包括：潤滑不足或過分潤滑
、潤滑劑內(nèi)含有雜質(zhì)
、負(fù)載過大、軸承損壞
、間隙不足及油封產(chǎn)生的高摩擦等等
。
因此，連續(xù)性的監(jiān)測軸承溫度是有必要的
，無論是量測軸承本身或其它重要的零件
。如果是在運(yùn)轉(zhuǎn)條件不變的情況下
，任何的溫度改變可表示已發(fā)生故障
。軸承溫度的定期量測可藉助于溫度計
，例如SKF數(shù)字型溫度計
，可精確地測軸承溫度并依℃或華氏溫度定單位顯示。重要性的軸承
，意味著當(dāng)其損壞時
，會造成設(shè)備的停機(jī)，因此這類軸承最好應(yīng)加裝溫度探測器
。正常情況下，軸承在剛潤滑或再潤滑過后會有自然的溫度上升并且持續(xù)一天或二天
。
4
、潤滑劑分析診斷
潤滑劑分析法是利用鐵譜分析技術(shù)，鐵譜分析技術(shù)是特別適合于鑒定和預(yù)測滾動疲勞的一種方法
。
將滾動軸承的潤滑油抽取一部分作為油樣
，利用高梯度磁場使流過該磁場的油樣中所含的固體異物
，按大小比例沉積在玻璃片上
，得以觀察異物顆粒的形狀，大小
，色澤和材質(zhì)
，從而能清楚地判明磨損的類型，預(yù)告機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)
，及時發(fā)現(xiàn)隱患。鐵譜技術(shù)原則上以鑒定鋼鐵等強(qiáng)磁體為主要目標(biāo)
，但對銅等非鐵金屬、砂
、有機(jī)物和密封碎屑等異物也有相當(dāng)出色的鑒定能力
。
當(dāng)油樣中出現(xiàn)直徑為1-5μm鋼鐵類球形顆粒時
，肯定軸承已開始出現(xiàn)疲勞微裂紋
。當(dāng)油樣中出現(xiàn)長度與厚度比為10：1的疲勞剝落顆粒，而長度大于10μm時
，軸承中非正常疲勞磨損已經(jīng)開始
，當(dāng)長度大于100μm時，軸承已經(jīng)失效
。
第三種疲勞碎屑為長度與厚度比為30：1的疲勞薄片
，其長度在20-50μm之間，薄片往往帶有空洞
。在疲勞開始出現(xiàn)時，這種薄片的數(shù)量會明顯增加
，這可與球形顆粒共同作為疲勞出現(xiàn)的標(biāo)志
。
5、聲發(fā)射檢測
聲發(fā)射檢測技術(shù)原理
，材料受到外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或者裂紋擴(kuò)展時，以彈性波的形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象稱為聲發(fā)射
。
用儀器檢測、分析聲發(fā)射信號和利用聲發(fā)射信號推斷聲發(fā)射源的技術(shù)稱為聲發(fā)射檢測技術(shù)
，其利用物質(zhì)內(nèi)部微粒由于相對運(yùn)動而以彈性波的形式釋放應(yīng)變能的現(xiàn)象來識別和了解物質(zhì)或結(jié)構(gòu)內(nèi)部狀態(tài)
。
聲發(fā)射信號包括突發(fā)型和連續(xù)型兩種。突發(fā)型聲發(fā)射信號由區(qū)別于背景噪聲的脈沖組成
，且在時間上可以分開
；連續(xù)型聲發(fā)射信號的單個脈沖不可分辨。實際上
，連續(xù)型聲發(fā)射信號也是由大量小的突發(fā)型信號組成的
，只不過太密集而不能分辨而已。
滾動軸承在運(yùn)行不良的情況下
，突發(fā)型和連續(xù)型的聲發(fā)射信號都有可能產(chǎn)生。軸承各組成部分（內(nèi)圈
、外圈、滾動體以及保持架）接觸面間的相對運(yùn)動
、碰摩所產(chǎn)生的赫茲接觸應(yīng)力
，以及由于失效、過載等產(chǎn)生的諸如表面裂紋、磨損
、壓痕
、切槽、咬合
、潤滑不良造成的的表面粗糙、潤滑污染顆粒造成的表面硬邊以及通過軸承的電流造成的點(diǎn)蝕等故障
，都會產(chǎn)生突發(fā)型的聲發(fā)射信號
。
連續(xù)型聲發(fā)射信號主要來源于潤滑不良（如潤滑油膜的失效、潤滑脂中污染物的浸入）導(dǎo)致軸承表面產(chǎn)生氧化磨損而產(chǎn)生的全局性故障
、過高的溫度以及軸承局部故障的多發(fā)等，這些因素造成短時間內(nèi)的大量突發(fā)聲發(fā)射事件
，從而產(chǎn)生了連續(xù)型聲發(fā)射信號。
滾動軸承在運(yùn)行過程中
，其故障（不管是表面損傷
、裂紋還是磨損故障）會引起接觸面的彈性沖擊而產(chǎn)生聲發(fā)射信號，該信號蘊(yùn)涵了豐富的碰摩信息
，因此可利用聲發(fā)射來監(jiān)測和診斷滾動軸承故障
