使用振動分析進行橫紋破壞分析

案例研究：使用振動分析進行橫紋破壞分析

摘要：廣泛研究了利用振動的滾珠軸承失效分析。軸承是旋轉機械的主要部件，如果它們在適當的情況下工作，則可以工作數年。驅動電動機軸承和從動機器的軸承中會出現溝槽，這是因為變頻驅動電動機通過從軸傳遞并耦合到軸承而導致電流向軸承放電。在這項研究中，對調心滾子軸承進行了分析。包絡和頻譜分析用于顯示雜散電流通過軸和聯軸器流到齒輪箱軸承時會發生什么。顯示了通過使用包絡線和頻譜在振動中的響應響應。本文展示了在軸承失效之前的第一次運行中，雜散電流在固有頻率區域或高頻區域如何激發滾珠通過頻率的內圈，帶基本列車頻率旁帶的滾球通過頻率的外圈。

關鍵詞：球通過頻率，基本頻率，雜散電流，Flu包絡加速度，譜加速度

介紹

軸承是旋轉機械的主要部分，可引導軸在幾何中心線上旋轉。滾珠軸承故障診斷是在中心線中具有良好旋轉軸而沒有任何副作用和意外停機的最佳方法。通過立體成像，光學顯微鏡，掃描進行故障分析研究電子顯微鏡，能量色散X射線光譜分析和硬度測試。研究表明，在周期性梯度載荷下，軸承零件的松動和間隙的不適當會產生相對位移[1]。滾動軸承的微動破壞會引起應力，并研究動載荷。滾動軸承將由于早期的布氏破壞而失效[2]。球軸承上的周期性動載荷會導致軸承疲勞和故障，因此不確定性并針對氮化硅軸承進行了滾動軸承檢測故障的實驗分析[3]。環境，過大的負荷，不良的啟動以及許多其他因素對于軸承無故障轉動多少時間至關重要，因此，提出了一種用于確定使用減摩軸承的電動機中使用的減摩軸承原因的方法[4]?；趯嶒灁祿哪Ｐ停‥DBM）是一種顯示軸承將如何失效的方法，因此展示了將EDBM技術應用于在試驗臺上收集數據以測試在不同工作條件下受損的纖維化纖維輥軸承的方法[5]。]。研究并分析了諸如剝落尺寸，徑向載荷，轉子不平衡，軸向載荷，內圈速度，潤滑脂等級，徑向游隙，滾子數量等各種參數對軸承的振動加速度幅值的影響[6]。研究了一種軸承分析模型，以研究滾動軸承系統的行為，利用非線性動力學模型來檢測滾動軸承的失效[7]。潤滑劑粘度是防止旋轉機械軸承磨損的重要因素，因此，如果使用不當，會引起振動。給出了NU205滾動軸承分析的實驗，并研究了它使用三種不同粘度等級（ISO10、32和68）的礦物油潤滑的情況，以顯示滾動軸承的振動行為[8]。在這項研究中，由于流浪引起的軸承失效研究了變頻驅動（VFD）電動機的電流。通過振動分析方法，采用包絡和頻譜方法研究軸承的失效頻率。對具有23160NTN代碼的球面滾子軸承進行了故障分析，以防止發生災難性故障，并進行了分析，并在檢測到此故障后更換了軸承。顯示了被分析的軸承（圖1）。

圖1NSK23160球面滾動元件beari

 

軸承失效頻率

齒輪箱中使用了可承受兩個方向（包括徑向和軸向）載荷的調心滾子軸承，以抵消軸向和徑向載荷。調心滾子軸承具有許多故障頻率，這些頻率可以在軸承發生故障時確定。公式1顯示了在軸承內圈失效時在頻譜上識別的球通過頻率內圈。公式2顯示了在軸承外圈失效時在頻譜上確定的球通過頻率外圈。公式3顯示了在軸承保持架失效時在頻譜中確定的基本列車頻率。公式4顯示了在軸承滾珠發生故障時，在頻譜中確定的滾珠旋轉頻率的兩倍。

 

表1列出了軸承特性和軸承失效頻率。計算出的數據和軸承故障頻率為924rpm。

表1齒輪箱的924RPM軸承故障頻率

 

輸出結果

感應電動機軸中的電流使軸承失效，這是凹槽故障。雖然這些電流有多種原因，但使用VFD電動機時，軸電壓和電流的水平會增加。在驅動電動機和變速箱首次運行和啟動時，會退出固有頻率區域中的軸承故障頻率。圖2的左圖和右圖分別顯示了帶有FTF側邊界的BPFI和BPFO的NSK23160軸承的包絡譜加速度。圖3的左圖和右圖分別顯示了NSK23160軸承的頻譜加速度，其自然頻率區域受BPFO諧波激發，而BPFO頻率受FTF邊界限制。

頻譜加速度響應顯示了軸承故障時如何退出具有BPFO諧波的固有頻率區域。當軸承失效時，BPFO頻率諧波會受到FTF側邊界的激勵。

 

圖2NSK23160軸承的包絡譜加速度

 

圖3NSK23160軸承的固有頻譜區域激勵和BPFO諧波（帶FTF側邊界）的頻譜加速度

凹槽故障和更換軸承

VFD驅動器馬達和從動齒輪箱如圖4左側所示。對該齒輪箱進行了分析和監控，以檢測軸承和齒輪的故障。圖4右側顯示了用于更換軸承的已更換齒輪。

更換軸承后，很明顯，雜散電流軸承的內圈和外圈故障的原因很明顯，其故障是軸承內外圈出現凹槽故障癥狀。圖5的左側和右側顯示了軸承內外圈上的凹槽。在用于清除軸承座圈故障的放大區域中，圖6清楚地顯示了故障

軸承發生故障，并且由于軸承中發生電流，必須檢查齒輪。經過檢查在軸上的齒輪上，雜線電流癥狀在平行線模式下清晰可見。電流放電的平行線模式被稱為凹槽（圖7）。

推薦建議

由于VFD電動機中的雜散電流，必須從軸上釋放電流。軸承中的凹槽是通過使用帶涂層的氮化硅軸承來控制的，而不是變速箱作為從動組件，因為凹槽是通過從軸傳遞到變速箱而在齒輪中發生的。建議在通過軸傳輸雜散電流之前，先使用接地刷或系統將其釋放

圖4左圖和右圖分別顯示了已分離的VFD電機齒輪箱和齒輪箱的軸1

 

圖5調心滾子軸承內外圈失效

 

圖6調心滾子軸承外圈的凹槽會導致雜散電流

 

圖7齒輪表面的波動會導致雜散電流

 

并耦合到從動或齒輪箱。涂層聯軸器和隔離聯軸器可用于受保護的軸承和齒輪。如果使用原始軸承，則不應在首次運行時就激發軸承故障頻率。如果在首次運行時激發了軸承故障頻率，則必須檢查VFD電動機是否有雜散電流放電。

結論

具有故障頻率的軸承故障癥狀是從VFD電動機產生雜散電流的原因。如果電動機的電刷不釋放全部雜散電流，則它們將通過軸承的內外滾道排出。出現故障的大多數頻率都是造成凹槽的原因。當驅動馬達耦合到同一齒輪箱的從動部件時，雜散電流將通過軸傳遞并耦合到從動部件。通過耦合傳遞雜散電流的結果是，雜散電流釋放在軸承和齒輪表面上。由于出現凹槽，顯示了BPFO，BPFI，FTF軸承失效頻率。在用于防止凹槽的齒輪箱中，不能使用涂層軸承和混合軸承。如果使用涂層和混合軸承，軸承將受到保護，但雜散電流會在變速箱上釋放。這項研究的結果是，在通過聯軸器和軸傳遞之前，必須保護雜散電流。這項研究的重要性是在首次跑步時發現長笛癥狀。實際上，當在首次運行或啟動時退出帶有FTF邊界的BPFI和BPFO時，在軸承發生災難性故障之前，必須檢查VFD電動機的放電和電流。

轉載請注明精川材料檢測地址：www.ahmedelazab.com