电动机滚动轴承诊断分析

管爱辉 吕丽辉 汪文

摘 要：滚动轴承是电动机中最重要的组成部件之一，也是电动机中的最易损零件，电动机的许多故障都与轴承的状态有关。轴承的好坏对机械系统工作状况的影响极大。由于设计不当和安装工艺不好或轴承的使用条件不佳或突发载荷的影响，使轴承运转一段时间后会产生各种各样的缺陷，并且在继续运行中进一步扩大，使轴承运行状态继续恶化。因此，电动机滚动轴承的工况监测与故障诊断是维护人员工作中重点。本文用时域分析、频域分析、包络分析对电动机滚动轴承故障诊断进行了阐述。

关键词：滚动轴承；故障诊断；时域分析；频域分析；包络分析

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

电动机滚动轴承与其它零部件相比有一个很大的特点，这就是其寿命离散性大。由于在材料、加工精度、装配质量等各方面不可能完全相同，使得同一批次相同型号的轴承寿命也是不同的，寿命从数小时到几万小时，表现出很大的离散性。在工厂的应用中：有的轴承已大大超过设计寿命却依然完好地工作；有的轴承远未达到设计寿命就出现故障。所以，如果按照设计寿命对轴承进行定时维修，会出现两种情况：一种情况是对超过设计寿命而完好工作的轴承拆下来作报废处理，造成浪费；第二种情况是，还未到轴承的设计寿命，电动机轴承已经发生严重故障，导致电动机异常停机，甚至导致整个电动机出现抱轴、扫膛等严重恶性事故。由此看来，电动机轴承定时维修更换方案，对于要求连续生产的化工厂来说是很不科学的。改变传统的定期维修为预知性维修，这样既能经常保持设备的完好状态，又能充分利用轴承的使用寿命，从而延长大修时间，减少故障停机损失。因此，电动机滚动轴承的工况监测与故障诊断是维护人员工作中重点。

最原始的轴承故障诊断方法是将听音棒接触轴承部位，依靠听觉来判断有无故障。后来逐步采用各式测振仪器、测温仪并利用振动位移、速度或加速度的均方根值来判断轴承有无故障。随着对滚动轴承的运动学、动力学的深入研究，对于轴承振动信号中频率成分和轴承零件的几何尺寸及缺陷类型的关系有了比较清楚的了解，以及快速傅立叶变换（FFT）技术的发展，开创了用时域分析、频域分析、包络分析法来检测和诊断轴承故障的新方法。下面以一个实际的案例来阐述如何利用时域、频谱、包络分析法来诊断滚动轴承的故障。

1 電动机的概况简介

1.1 事情经过

2018年2月1日，电气维护人员在对化工厂聚乙烯装置一台风机21MC440电动机的工况监测情况用包络频谱和时域分析及频域分析中发现，该电机可能存在早期故障。 该电动机具体情况见表1。

2 测试分析图

2.1 通过包络频谱分析

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

从负荷侧垂直包络频谱图2Va gIE 看，有20.3125Hz和143.75Hz峰值分别与保持架、滚动体故障特征频率重合。

从图2中看到有滚动体故障特征频率及其谐波峰值。可以初步判断轴承滚动体存在故障。

2.2 通过包络频谱时域波形图分析

从负荷侧垂直加速度包络时域图（篇幅有限未放截图）看有周期性的冲击信号时间间隔为48.83ms与保持架波形周期为48.3ms一致；可考虑存在保持架的调制（滚动体故障会出现保持的调制现象）。包络波形图幅值为100gIE左右结合包络频谱分析，可进一步印证了滚动体的故障存在。

2.3 加速度时域波形、频谱图

从负荷侧垂直加速度时域波形图中看到，有周期性的冲击信号时间间隔为48.79ms；幅值为120gIE左右。保持架波形周期为48.3ms；从加速度时域波形图分析可印证我们的判断。

但从负荷侧垂直加速度并未发现轴承故障特征频率。说明轴承还没有出现严重的故障。

2.4 负荷侧垂直速度频谱图

从从负荷侧垂直速度频谱中未发现明显的故障特征，转速基频49.66Hz （50Hz）处有1.27mm/s峰值。可排除轴系故障。

综上所述，可判断21MC440电动机负荷侧轴承有滚动体存在早期故障。

3 停机检查

因工艺需求，停机检查， 21MC440电动机轴承从拆下的轴承看，保持架并无明显异常磨损，滚动体有轻微的磨痕。结合该电动机曾经更换过。原设计的电动机轴承为3系列重载轴承，后更换新电机的轴承为2轻载系列。判断其保持架特征频率及其谐波是载荷过大导致滚动体偏离正常位置使接触载荷异常增大，保持架轻微变形。其滚动体特征频率及其谐波是滚动体出现轻微磨损造成的。符合轴承早期故障特征。

4 结束语

包络频谱对与冲击相关的事件敏感。量化冲击频率和强度对振动分析是非常有帮助的。尽管有些机器会产生冲击能量（如往复机），但大多数机器不会。冲击力是破坏性的，通常表明会发生故障，最典型的包络频谱应用是检测轴承缺陷。

（1）包络频谱能在故障传递到轴承表面之前就监测到这些故障。（2）在实施任何校正措施之前，包络频谱应该和其它分析手段联合使用（速度和加速度频谱、温度记录、时域图、经验等）。（3）数据和经验结合将更有益。（4）包络频谱极其敏感。它能拾取冲击能，冲击能不一定产生故障或是早期故障。

参考文献：

[1]陈长征.设备振动分析与故障诊断技术[M].科学出版社，2007（05）.

[2]肖鹏.基于Hilbert变换的轴承故障诊断研究[J].精密制造与自动化，2010（02）：22-26.

作者简介：管爱辉（1985-），男，河南新蔡人，大专，研究方向：电气运行维护，从事维护电工工作。