TIMKEN轴承故障诊断方法

一、听诊法

根据异常旋转音检测分析

在工业生产和机械设备运行的大背景下，轴承作为关键的部件，其正常运行对于整个设备的稳定性和可靠性至关重要。TIMKEN轴承在众多设备中被广泛应用，而听诊法是一种简单且有效的故障诊断方法。

当轴承发出均匀而连续的“咝咝”声时，这背后有着复杂的物理机制。滚动体在内外圈中旋转，这个过程本应是较为顺畅的，但如果出现这种包含与转速无关的不规则的金属振动声响，往往意味着轴承内部的润滑状态出现了问题。其中一种常见的情况就是轴承内加脂量不足。润滑脂在轴承的运转过程中起着减少摩擦、散热等重要作用。如果缺乏足够的润滑脂，滚动体与内外圈之间的摩擦就会发生微妙的变化，从而产生这种特殊的声音。特别是在一些设备停机时间过长的情况下，这种问题更容易出现。在冬季的低温环境下，这种现象会更加明显。低温会导致润滑脂的工作针入度变小，同时轴承的径向间隙也可能变小。针入度变小意味着润滑脂的流动性变差，不能较好地填充在滚动体和内外圈之间的微小间隙中，使得摩擦增大，进而发出“咝咝沙沙”的声音。此时，仅仅补充润滑脂可能还不够，还需要适当调整轴承间隙，并且更换针入度大一点的新润滑脂，以恢复轴承的正常运行状态。

当轴承在连续的“哗哗”声中发出均匀的周期性“嗬罗”声时，这是一种较为较重的故障信号。滚动体和内外圈滚道是轴承正常运转的关键部位。一旦这些部位出现伤痕、沟槽或者锈蚀斑，就会破坏滚动体与滚道之间的正常接触。伤痕可能是由于长期的重载运行、局部应力集中或者材料本身的缺陷在长期运行后逐渐发展形成的。沟槽的出现则可能是由于杂质颗粒在滚动过程中不断地对滚道进行刮擦。而锈蚀斑的形成往往与环境中的湿度、腐蚀性物质以及润滑不良有关。这些问题都会导致滚动体在滚道上滚动时产生异常的振动，从而发出这种独特的声音。一旦检测到这种声音，为了避免故障进一步恶化，对设备造成更大的损害，就必须对轴承进行更换。

轴承发出不规律、不均匀的“嚓嚓”声，这通常是由于轴承内落入铁屑、砂粒等杂质而引起的。在工业环境中，灰尘、金属碎屑等杂质无处不在。如果设备的密封措施不够完善，这些杂质就很容易进入轴承内部。铁屑可能来自于设备中其他磨损的金属部件，砂粒则可能是在设备运行过程中从外部环境中带入的。一旦这些杂质进入轴承，它们就会夹杂在滚动体与内外圈之间，破坏原本平滑的接触表面。这不仅会增加摩擦，还会导致滚动体的运动轨迹变得不稳定，从而发出这种不规律的“嚓嚓”声。在这种情况下，应对轴承进行清洗，去除其中的杂质，然后重新加脂或换油，以确保轴承能够正常运转。

轴承发出连续而不规则的“沙沙”声，这种声音与轴承的内圈与轴配合过松或者外圈与轴承孔配合过松有关系。在轴承的安装过程中，内圈与轴、外圈与轴承孔的配合精度要求非常高。如果配合过松，在轴承运转时，内圈与轴或者外圈与轴承孔之间就会产生相对的晃动。这种晃动会引起额外的振动，从而发出“沙沙”声。当声响强度较大时，表明这种配合问题已经较为较重，可能会对整个设备的运行产生不良影响。此时，必须对轴承的配合关系进行检查，仔细测量内圈与轴、外圈与轴承孔之间的间隙，根据测量结果及时进行修理，如采用合适的方法调整间隙或者重新安装轴承，以保证轴承与相关部件之间的配合精度。

二、振动信号分析法

简易诊断法

在现代工业的大环境下，随着机械设备的日益复杂和对生产效率要求的不断提高，对轴承故障进行较准、及时的诊断变得尤为重要。振动信号分析法中的简易诊断法，是一种基于轴承振动信号特征的有效诊断手段。

振幅值诊断法

这里所说的振幅值包含多种重要的指标，如峰值XP、均值X以及均方根值（有效值）Xrms。这些指标从不同的角度反映了轴承振动的特性。

峰值XP反映的是某时刻振幅的较大值。在轴承的故障类型中，像表面点蚀损伤之类的故障具有瞬时冲击的特点。当轴承表面出现点蚀时，滚动体在经过点蚀坑洼处时会产生瞬间的冲击力，这种冲击力会导致振动幅度在某一时刻突然增大，而峰值XP就能较好地捕捉到这种瞬间的大幅度振动。这就好比是在平静的湖面上，突然投入一块大石头，会产生一个很高的水花，这个水花的高度就类似于峰值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相对值处理后的平均值）在诊断中的反响与峰值基本一样。它的优点在于检测值较峰值稳定。在实际的轴承运转过程中，由于各种因素的影响，振动信号可能会有一些微小的波动。峰值可能会因为这些波动而产生较大的变化，但均值能够在一定程度上平滑这些波动的影响。特别是在转速较高的情况（如300r/min以上）下，由于轴承的运转速度快，振动信号的变化更加复杂，均值能够更稳定地反映出轴承的振动状态。这就像在测量一条河流的流量时，瞬间的流量可能会因为水流的波动而有较大变化，但取一段时间内的平均流量就能更较准地反映河流的整体情况。

均方根值（有效值）Xrms是对时间平均的。在轴承的故障类型中，磨损是一种常见的故障形式。磨损是一个渐进的过程，随着磨损的发生，轴承的部件之间的间隙会逐渐增大，振动幅度也会随之缓慢变化。均方根值能够较好地反映这种随时间缓慢变化的振动特性。它就像是一个长期的观察者，记录着振动幅度在一段时间内的平均变化情况。通过监测均方根值的变化，可以及时发现轴承是否存在磨损等故障。

概率密度诊断法

在正常情况下，无故障滚动轴承振幅的概率密度曲线是典型的正态分布曲线。这是基于大量的实验和理论研究得出的结果。正态分布曲线具有对称性和集中性的特点，这意味着在正常运行时，轴承的振动幅度大部分集中在一个相对较小的范围内，并且左右两侧的分布是对称的。

然而，一旦轴承出现故障，这种概率密度曲线可能出现偏斜或分散的现象。例如，当轴承出现局部磨损时，磨损部位的振动特性会发生改变，导致振动幅度的分布不再均匀。原本集中在正态分布曲线中心附近的振动幅度值，可能会因为磨损产生的额外振动而向一侧偏斜，或者在更广泛的范围内分散开来。这就好像是一个原本秩序井然的群体，突然出现了一些特殊情况，导致成员的分布变得不再规则。通过观察概率密度曲线的这种变化，可以初步判断轴承是否存在故障以及故障的大致类型。

峭度系数诊断法

对于振幅满足正态分布规律的无故障轴承，其峭度值约为3。峭度是一个描述概率密度函数形状的统计量。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。

在点蚀类故障中，当点蚀开始出现时，由于点蚀产生的冲击振动会使振动信号的分布变得更加尖锐，峭度值会相应地增大。这是因为点蚀产生的冲击使得振动信号中出现了更多的高幅值成分，从而改变了整个振动信号的分布形态。这种方法的优点在于与轴承的转速、尺寸和载荷无关。无论轴承的转速快慢、尺寸大小或者所承受的载荷如何，峭度值都能够较准地反映出点蚀类故障的存在。这就为在不同工况下的轴承故障诊断提供了一种通用的方法，无需考虑轴承的具体运行条件，只要峭度值出现异常变化，就可以怀疑存在点蚀类故障。

波形因数诊断法

波形因数定义为峰值与均值之比（XP/X），它也是用于滚动轴承简易诊断的有效指标之一。这个比值能够反映出振动信号中峰值与均值之间的关系。

在正常的轴承运转过程中，峰值与均值之间存在着一定的比例关系。当轴承出现故障时，这种比例关系可能会发生变化。例如，当出现某种故障导致振动信号的峰值突然增大，而均值变化相对较小时，波形因数就会增大。反之，如果故障使得均值增大而峰值变化不大，波形因数就会减小。通过监测波形因数的这种变化，可以判断轴承是否出现故障以及故障对振动信号峰值和均值关系的影响。

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），在滚动轴承简易诊断中具有独特的优势。

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。这使得波峰因数在各种复杂的工况下都能够稳定地反映轴承的故障状态。在点蚀类故障的诊断中，这种优势尤为明显。当滚动轴承无故障时，XP/Xrms为一较小的稳定值。这是因为在正常情况下，振动信号相对平稳，峰值和均方根值之间的比例保持在一个稳定的范围内。

当轴承出现了损伤时，比如出现点蚀，就会产生冲击信号。这种冲击信号会使振动峰值明显增大，但此时均方根值尚无明显的增大。这是因为均方根值是对时间平均的，在点蚀初期，虽然有瞬间的冲击导致峰值增大，但整体的平均振动幅度还没有来得及发生显著变化。所以，XP/Xrms增大。随着故障不断扩展，峰值逐步达到极限值后，均方根值则开始增大。这是因为随着故障的进一步恶化，整个轴承的振动状态变得更加不稳定，不仅有瞬间的大冲击，平均振动幅度也开始增大。此时，XP/Xrms逐步减小，直至恢复到无故障时的大小。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。

精密诊断法

在工业设备中，滚动轴承的振动情况十分复杂。其振动频率成分十分丰富，既含有低频成分，又含有高频成分。这是因为轴承在运转过程中，不同的部件之间的相互作用、各种故障的产生机制都会产生不同频率的振动信号。

每一种特定的故障都对应有特定的频率成分。例如，轴承的内圈故障、外圈故障、滚动体故障等，它们各自产生的振动频率是有差异的。精密诊断就是利用各种现代信号处理方法，对在简易诊断中被认为是出现了故障的轴承进行更深入的分析。通过分析这些特定的频率成分，可以较准地判断出轴承的故障类别及原因。这就像是医生在初步判断病人可能生病后，通过更先进的检查手段来确定具体的病症一样。精密诊断方法能够提高故障诊断的较准性，为后续的维修和保养提供更标准的依据。

三、润滑油液分析检测法

在机械设备的运行中，润滑油对于TIMKEN轴承的正常运转起着不可或缺的作用。润滑油不仅仅是为了减少摩擦，还承担着散热、清洁、密封等多种功能。因此，通过对润滑油液的分析来诊断轴承故障是一种非常重要的方法。

虽然具体内容未在搜索结果中详细提及，但我们可以从润滑油的功能和可能出现的问题来深入理解这种诊断方法。在轴承的运行过程中，由于摩擦的存在，轴承的各个部件会有一定程度的磨损。磨损产生的微小金属颗粒会混入润滑油中。通过分析润滑油中的金属颗粒含量、大小和成分，可以判断轴承的磨损程度。如果金属颗粒含量突然增加，或者发现较大尺寸的金属颗粒，这可能意味着轴承的磨损加剧，存在故障隐患。

同时，润滑油的润滑状况也可以通过油液分析来判断。润滑油的粘度、酸碱度等参数会随着使用时间和工作环境的变化而变化。如果润滑油的粘度降低，可能无法提供足够的润滑反响，导致轴承摩擦增大，从而影响轴承的正常运行。而酸碱度的变化可能会导致润滑油对轴承部件的腐蚀性增强，加速轴承的损坏。

此外，是否有杂质混入也是润滑油液分析的重要内容。杂质可能来自外界环境，如灰尘、砂粒等，也可能是设备内部其他部件磨损产生的碎屑。杂质混入润滑油中会破坏润滑油的性能，增加轴承的磨损风险。通过检测润滑油中的杂质含量和种类，可以及时发现轴承是否存在密封不良等问题，从而诊断轴承是否存在故障。

四、温度检测法

在工业设备的运行过程中，温度是一个非常关键的指标，对于TIMKEN轴承来说更是如此。虽然具体内容未在搜索结果中详细提及，但我们可以从轴承的工作原理和常见故障与温度的关系来深入探讨温度检测法在轴承故障诊断中的应用。

轴承在正常运转时，由于滚动体与内外圈之间的摩擦，会产生一定的热量。在正常情况下，通过轴承自身的散热机制以及润滑油的散热作用，温度会保持在一个相对稳定的范围内。然而，当轴承出现故障时，温度往往会发生变化。

例如，当轴承的摩擦增大时，产生的热量会比正常情况下更多。摩擦增大可能是由于润滑不良，润滑油不足或者润滑油变质，使得滚动体与内外圈之间的摩擦系数增大。在这种情况下，热量无法及时散发出去，轴承的温度就会升高。另外，如果轴承内部存在磨损，磨损产生的金属颗粒会进一步加剧摩擦，导致温度上升。

除了摩擦问题，轴承的装配不当也可能导致温度异常。如果轴承的安装过紧，会增加内部的摩擦力，使得温度升高；而安装过松则可能导致滚动体与内外圈之间的接触不正常，产生额外的摩擦和振动，同样会引起温度变化。过高的温度可能暗示轴承存在故障，如摩擦增大、润滑不良等情况。因此，通过对轴承温度的实时监测，可以及时发现轴承是否存在故障隐患，以便采取相应的措施，避免故障进一步恶化。

五、声发射检测法

在现代工业的众多检测技术中，声发射检测法是一种用于TIMKEN轴承故障诊断的重要技术，尽管具体内容未在搜索结果中详细阐述其在TIMKEN轴承故障诊断中的具体应用，但我们可以从声发射技术的基本原理以及轴承故障的特点来理解它的作用。

声发射是指材料在受到变形、断裂等过程中释放出的弹性波。在TIMKEN轴承的运行过程中，当轴承出现变形、断裂等故障时，就会产生声发射信号。例如，当轴承的滚动体出现裂纹时，随着滚动体的不断转动，裂纹会不断地扩展。在这个过程中，裂纹两侧的材料会发生相对运动，从而释放出声发射信号。

这种声发射信号包含着与轴承故障相关的信息。通过在轴承附近安装声发射传感器，可以检测到这些信号。传感器将接收到的声发射信号转换为电信号，然后经过放大、滤波等处理后，就可以对信号进行分析。通过分析声发射信号的特征，如信号的强度、频率、波形等，可以判断轴承是否存在故障以及故障的类型。

与其他检测方法相比，声发射检测法具有一些独特的优势。它能够实时监测轴承的运行状态，对早期的故障非常敏感。因为在轴承故障的早期阶段，如裂纹刚刚开始形成时，就会产生声发射信号，而此时其他检测方法可能还无法检测到明显的故障迹象。同时，声发射检测法不受轴承的转速、润滑状态等因素的影响，能够在各种工况下对轴承进行有效的故障诊断。这使得声发射检测法在TIMKEN轴承的故障诊断中具有较大的应用潜力。