電動(dòng)機(jī)滾動(dòng)軸承診斷分析

管愛輝 呂麗輝 汪文

摘 要：滾動(dòng)軸承是電動(dòng)機(jī)中最重要的組成部件之一，也是電動(dòng)機(jī)中的最易損零件，電動(dòng)機(jī)的許多故障都與軸承的狀態(tài)有關(guān)。軸承的好壞對(duì)機(jī)械系統(tǒng)工作狀況的影響極大。由于設(shè)計(jì)不當(dāng)和安裝工藝不好或軸承的使用條件不佳或突發(fā)載荷的影響，使軸承運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生各種各樣的缺陷，并且在繼續(xù)運(yùn)行中進(jìn)一步擴(kuò)大，使軸承運(yùn)行狀態(tài)繼續(xù)惡化。因此，電動(dòng)機(jī)滾動(dòng)軸承的工況監(jiān)測(cè)與故障診斷是維護(hù)人員工作中重點(diǎn)。本文用時(shí)域分析、頻域分析、包絡(luò)分析對(duì)電動(dòng)機(jī)滾動(dòng)軸承故障診斷進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：滾動(dòng)軸承；故障診斷；時(shí)域分析；頻域分析；包絡(luò)分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.16.022

電動(dòng)機(jī)滾動(dòng)軸承與其它零部件相比有一個(gè)很大的特點(diǎn)，這就是其壽命離散性大。由于在材料、加工精度、裝配質(zhì)量等各方面不可能完全相同，使得同一批次相同型號(hào)的軸承壽命也是不同的，壽命從數(shù)小時(shí)到幾萬(wàn)小時(shí)，表現(xiàn)出很大的離散性。在工廠的應(yīng)用中：有的軸承已大大超過(guò)設(shè)計(jì)壽命卻依然完好地工作；有的軸承遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)壽命就出現(xiàn)故障。所以，如果按照設(shè)計(jì)壽命對(duì)軸承進(jìn)行定時(shí)維修，會(huì)出現(xiàn)兩種情況：一種情況是對(duì)超過(guò)設(shè)計(jì)壽命而完好工作的軸承拆下來(lái)作報(bào)廢處理，造成浪費(fèi)；第二種情況是，還未到軸承的設(shè)計(jì)壽命，電動(dòng)機(jī)軸承已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重故障，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)異常停機(jī)，甚至導(dǎo)致整個(gè)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)抱軸、掃膛等嚴(yán)重惡性事故。由此看來(lái)，電動(dòng)機(jī)軸承定時(shí)維修更換方案，對(duì)于要求連續(xù)生產(chǎn)的化工廠來(lái)說(shuō)是很不科學(xué)的。改變傳統(tǒng)的定期維修為預(yù)知性維修，這樣既能經(jīng)常保持設(shè)備的完好狀態(tài)，又能充分利用軸承的使用壽命，從而延長(zhǎng)大修時(shí)間，減少故障停機(jī)損失。因此，電動(dòng)機(jī)滾動(dòng)軸承的工況監(jiān)測(cè)與故障診斷是維護(hù)人員工作中重點(diǎn)。

最原始的軸承故障診斷方法是將聽音棒接觸軸承部位，依靠聽覺來(lái)判斷有無(wú)故障。后來(lái)逐步采用各式測(cè)振儀器、測(cè)溫儀并利用振動(dòng)位移、速度或加速度的均方根值來(lái)判斷軸承有無(wú)故障。隨著對(duì)滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的深入研究，對(duì)于軸承振動(dòng)信號(hào)中頻率成分和軸承零件的幾何尺寸及缺陷類型的關(guān)系有了比較清楚的了解，以及快速傅立葉變換（FFT）技術(shù)的發(fā)展，開創(chuàng)了用時(shí)域分析、頻域分析、包絡(luò)分析法來(lái)檢測(cè)和診斷軸承故障的新方法。下面以一個(gè)實(shí)際的案例來(lái)闡述如何利用時(shí)域、頻譜、包絡(luò)分析法來(lái)診斷滾動(dòng)軸承的故障。

1 電動(dòng)機(jī)的概況簡(jiǎn)介

1.1 事情經(jīng)過(guò)

2018年2月1日，電氣維護(hù)人員在對(duì)化工廠聚乙烯裝置一臺(tái)風(fēng)機(jī)21MC440電動(dòng)機(jī)的工況監(jiān)測(cè)情況用包絡(luò)頻譜和時(shí)域分析及頻域分析中發(fā)現(xiàn)，該電機(jī)可能存在早期故障。 該電動(dòng)機(jī)具體情況見表1。

2 測(cè)試分析圖

2.1 通過(guò)包絡(luò)頻譜分析

H（Horizontal）--水平位置；V（Verticai）—垂直位置；A（Axial）—軸向位置；a—加速度；v—速度，T—溫度。

從負(fù)荷側(cè)垂直包絡(luò)頻譜圖2Va gIE 看，有20.3125Hz和143.75Hz峰值分別與保持架、滾動(dòng)體故障特征頻率重合。

從圖2中看到有滾動(dòng)體故障特征頻率及其諧波峰值。可以初步判斷軸承滾動(dòng)體存在故障。

2.2 通過(guò)包絡(luò)頻譜時(shí)域波形圖分析

從負(fù)荷側(cè)垂直加速度包絡(luò)時(shí)域圖（篇幅有限未放截圖）看有周期性的沖擊信號(hào)時(shí)間間隔為48.83ms與保持架波形周期為48.3ms一致；可考慮存在保持架的調(diào)制（滾動(dòng)體故障會(huì)出現(xiàn)保持的調(diào)制現(xiàn)象）。包絡(luò)波形圖幅值為100gIE左右結(jié)合包絡(luò)頻譜分析，可進(jìn)一步印證了滾動(dòng)體的故障存在。

2.3 加速度時(shí)域波形、頻譜圖

從負(fù)荷側(cè)垂直加速度時(shí)域波形圖中看到，有周期性的沖擊信號(hào)時(shí)間間隔為48.79ms；幅值為120gIE左右。保持架波形周期為48.3ms；從加速度時(shí)域波形圖分析可印證我們的判斷。

但從負(fù)荷側(cè)垂直加速度并未發(fā)現(xiàn)軸承故障特征頻率。說(shuō)明軸承還沒(méi)有出現(xiàn)嚴(yán)重的故障。

2.4 負(fù)荷側(cè)垂直速度頻譜圖

從從負(fù)荷側(cè)垂直速度頻譜中未發(fā)現(xiàn)明顯的故障特征，轉(zhuǎn)速基頻49.66Hz （50Hz）處有1.27mm/s峰值。可排除軸系故障。

綜上所述，可判斷21MC440電動(dòng)機(jī)負(fù)荷側(cè)軸承有滾動(dòng)體存在早期故障。

3 停機(jī)檢查

因工藝需求，停機(jī)檢查， 21MC440電動(dòng)機(jī)軸承從拆下的軸承看，保持架并無(wú)明顯異常磨損，滾動(dòng)體有輕微的磨痕。結(jié)合該電動(dòng)機(jī)曾經(jīng)更換過(guò)。原設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)軸承為3系列重載軸承，后更換新電機(jī)的軸承為2輕載系列。判斷其保持架特征頻率及其諧波是載荷過(guò)大導(dǎo)致滾動(dòng)體偏離正常位置使接觸載荷異常增大，保持架輕微變形。其滾動(dòng)體特征頻率及其諧波是滾動(dòng)體出現(xiàn)輕微磨損造成的。符合軸承早期故障特征。

4 結(jié)束語(yǔ)

包絡(luò)頻譜對(duì)與沖擊相關(guān)的事件敏感。量化沖擊頻率和強(qiáng)度對(duì)振動(dòng)分析是非常有幫助的。盡管有些機(jī)器會(huì)產(chǎn)生沖擊能量（如往復(fù)機(jī)），但大多數(shù)機(jī)器不會(huì)。沖擊力是破壞性的，通常表明會(huì)發(fā)生故障，最典型的包絡(luò)頻譜應(yīng)用是檢測(cè)軸承缺陷。

（1）包絡(luò)頻譜能在故障傳遞到軸承表面之前就監(jiān)測(cè)到這些故障。（2）在實(shí)施任何校正措施之前，包絡(luò)頻譜應(yīng)該和其它分析手段聯(lián)合使用（速度和加速度頻譜、溫度記錄、時(shí)域圖、經(jīng)驗(yàn)等）。（3）數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)結(jié)合將更有益。（4）包絡(luò)頻譜極其敏感。它能拾取沖擊能，沖擊能不一定產(chǎn)生故障或是早期故障。

參考文獻(xiàn)：

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[2]肖鵬.基于Hilbert變換的軸承故障診斷研究[J].精密制造與自動(dòng)化，2010（02）：22-26.

作者簡(jiǎn)介：管愛輝（1985-），男，河南新蔡人，大專，研究方向：電氣運(yùn)行維護(hù)，從事維護(hù)電工工作。