摘要：滚动轴承是机械设备中最常见的零部件，其性能与工况的好坏直接影响到与之相联的转轴以及安装在转轴上的齿轮乃至整个机器设备的性能。研究滚动轴承的失效机理，保证设备的长期安全稳定运行，均有现实的意义。
高效节能蒸汽锅炉关键词：滚动轴承；故障；振动；诊断 一、振动信号简易诊断法
１．振幅值诊断法
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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绝对值处理后的平均值）以及均方根值（有效值）Xrms。这是一种最简单、最常用的诊断法，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最大值，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。另外，对于转速较低的情况（如300r/min以下），也常采用峰值进行诊断。
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．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。如图3-1所示，当XP/X 值过大时，表明滚动轴承可能有点蚀；而XP/X 小时，则有可能发生了磨损。
高清数字电视机顶盒３．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。
４概率密度诊断法
佳迪达化工轴承由于磨损、疲劳、腐蚀、断裂、压痕、胶合等因素会使轴承振幅增大，振动谐波增多，高密度区增高，而两旁的低密度区向外扩张。此时利用峭度作为诊断特征量将很有效。
５．峭度系数诊断法
峭度（Kurtosis）β定义为归一化的4阶中心矩，即
式中x—瞬时振幅；
永磁接触器X—振幅均值；
p（x）—概率密度；
σ—标准差。
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。
图3-3为使用该仪器监测同一轴承疲劳试验的结果。试验中第74h轴承发生了疲劳破坏，峭度系数由3上升到6［图(a)］，而此时峰值［图(b)］和RMS值尚无明显增大。故障进一步明显恶化后，峰值、RMS值才有所反映。
图中虚线表示在不同转速（800～2700r/min ）和不同载荷（0～11kN）下进行试验时上述各值的变动范围。很明显，峭度系数的变化范围最小，约为士8%。轴承的工作条件对它的影响最小，即可靠性及一致性较高。
图3-3 轴承疲劳试验过程
６．滚动轴承的冲击脉冲诊断法（SPM法）
滚动轴承存在缺陷时，如有疲劳剥落、裂纹、磨损和滚道进入异物时，会发生冲击，引起脉冲性振动。由于阻尼的作用，这种振动是一种衰减振动。冲击脉冲的强弱反映了故障的程度，它还和轴承的线速度有关。SPM冲击脉冲法（Shock Pulse Method）就是基于这一原理。根据统计规律得出的脉冲值与轴承寿命的关系如图3-4所示。
图3-4 冲击脉冲值与轴承寿命的关系
在无损伤或极微小的损伤期，脉冲值（dB值）大体在水平线上下波动。随着故障的发展，脉冲值逐渐增大。当冲击能量达到初始值的1000倍（60dB）时，就认为该轴承的寿命已经
结束。总的冲击能量dBsv与初始冲击能量dBi之差称为标准冲击能量dBN。
dBN=dBSV-dBi
可以根据dBN的值判断轴承的状态：
0≤dBN≤20Db 正常状态，轴承工作状态良好；
20dB≤dBN≤35dB 注意状态，轴承有初期损伤；
35dB≤dBN≤60dB 警告状态，轴承已有明显损伤。
二、 振动信号精密诊断法
１．g/SE诊断法
由于轴承元件的缺陷，滚动体依次滚过工作面缺陷受到反复冲击而产生的低频脉动，称为轴承的“通过振动”，滚动轴承异常而在运行中产生脉动时，不但引起高频冲击振动，而且此高频振动的幅值还受到脉动激发力的调制；
蓝牙定位系统g/SE实际是一种滤波器，它运用包络法将上述经调制的高频分量拾取，经放大，滤波后送入解调器，即可得到原来的低频脉动信号，再经快速傅立叶变换（FFT）即可获得g/SE谱；
包络法把与滚动轴承故障有关的信号从高频调制信号中解调出来，从而避免与其它如不平衡、不对中等低频干扰的混淆，故有很高的诊断可靠性和灵敏度，可根据包络信号的频率成份识别出产生故障的元件（如内环、外环、滚动体）来。
三、滚动轴承故障实例分析
１．内、外圈和滚子同时存在故障
观察SKF23184轴承g/SE故障频谱（图3-5），可以看到清晰地内圈故障频率17.98Hz及其倍频（34.34,52.24,87.06Hz）成分，外圈故障频率13.47Hz及其倍频（40.72,80.68Hz）成分，滚子故障频率5.46Hz成分，说明SKF23184轴承存在
严重故障。
图3-5 SKF23184轴承g/SE故障频率
SKF23184轴承实际损坏情况见图3-6及3-7，其内圈已产生已贯穿裂纹；外滚道沿圆方向约120°范围存在大量疲劳剥落；滚子也存在磨损痕迹。
图3-6 SKF23184轴承内圈贯穿裂纹 图3-7 SKF23184轴承外滚道疲劳剥落
图3-8则是更换新轴承后g/SE频谱，可见故障以排除。
