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評論振動和聲音測量法於檢測滾動軸承之損壞 大綱 簡介 軸承產生的振動和噪音 由局部損壞造成的振動響應 由分布損壞造成的振動響應 聲發射響應檢測軸承損壞 噪聲響應檢測軸承損壞 結論 1.簡介 用於檢測和診斷軸承損壞的各種方法，大致可分為振動和聲音測量，溫度測量和磨屑分析。其中，振動測量是最廣泛被使用的。若干技術已應用於從損壞的軸承中測量振動和聲音的響應。例如，時域和頻域的振動量測，衝擊脈衝法，聲壓，聲強度技術，聲發射方法。 2.軸承產生的振動和噪音 軸承產生振動和噪音的原因是由於軸承的損壞。 軸承損壞多半分為分布損壞或局部損壞。 分布式損壞 分布式損壞包括表面粗糙度、波紋、未重合的環以及不符合尺寸的滾子。 分布式損壞可能是由於製造過程出錯、安裝不當或磨損。滾子和滾道間變化的接觸力，由於振動增強導致分布的損壞。因此，品質檢查以及狀態監測相當重要。 局部式損壞 局部式損壞包括在滾子上的裂縫，凹陷和碎片。 主要的原因是滾動軸承中環或滾子的剝落，導致疲勞裂紋開始於表面下的金屬並且向表面的傳遞，直到表面的一塊金屬破損後留下一小坑或剝落。 疲勞的原因可能是超載或在軸承運轉中出現衝擊負荷。 每當局部的損壞發生時，突然變化的接觸應力在接觸面產生持續時間極短的脈衝。可監測這個脈衝產生的振動和噪音，以發現軸承的損壞。 3.由局部損壞造成的振動響應 有兩種方法設計軸承局部的損壞以研究它們的振動響應。 其一是運轉軸承，直到損壞發生並且監測變化的振動響應。通常使損壞較快發生的方法是使軸承超載、超速或潤滑油過少。 另一種方法是特意製造軸承損壞的技術，如酸腐蝕，放電加工，劃傷或機械壓痕，測量其振動響應，並與好的軸承比較。 若干技術已應用測量和分析振動響應於局部的損壞。這些技術是不完全獨立;在許多情況下，它們是相輔相成為另外一種方法。 3.1時域法 這種方法可較簡單的測量全部的根均方根（RMS）和波峰因數。例如，使用峰值跟均方根值的比。該方法已應用於成果有限的局部損壞。 局部損壞可由衝擊滾子與損壞在時域透過顯示振動訊號的示波器或繪製圖表記錄和觀察週期尖峰。 在時域的帶通濾波技術，由衝擊負荷引起結構共振刺激高頻區，例如環或滾子的剝落使用傳感器檢測找到其共振頻率後調整濾波範圍。 峰度 對於一個沒有損壞的軸承高斯分布的峰度值接近3，值大於3判斷即將發生損壞。但必須沒有先前的損壞紀錄 峰度值的缺點涉及到完好軸承的等級（即3）。峰度檢測軸承損壞的效果，在某些情況下，無法有效地檢測初期損壞。 峰度並沒有成為一個用在工業上軸承狀態監測的主流方法。 衝擊脈衝法 它採用了壓電式的換能器，基礎共振頻率為32KHz。 衝擊脈衝在共振頻率所造成的影響，開始於在換能器中軸承阻尼的振盪。 測量暫態阻尼的最高值，顯示滾動軸承的狀況。 低頻振動的機器，所產生滾動軸承以外的訊號，使用電子方法過濾。 衝擊脈衝儀器使用簡單，半熟練的人員也可以操作。 3.2頻域法 頻域或頻譜分析振動訊號也許是最常用的檢測軸承損壞方法。使用快速傅立葉轉換（FFT）分析，獲得窄頻帶更容易且有效。 損壞在滾動軸承產生極短時間的脈衝，這些脈衝的自然頻率刺激軸承和軸承箱，在高頻的時候增加振動能量。 可用理論計算出每個軸承的共振頻率。 軸承的特性：隨著軸承的損壞，軸承的旋轉頻率會增加振動能量。 這些損壞頻率的特性，可以計算出運轉時所需注意的地方，如軸承的形狀和轉速。 對軸承的固定外環，這些頻率表示如下： 支架頻率: 球旋轉頻率: 外環損壞頻率: 內環損壞頻率: 滾子損壞頻率: 從這些旋轉頻率，可檢測出軸承損壞。 損壞在內環或滾子上，頻譜出現側頻與元件的損壞特徵頻率有關。 內環損壞的典型頻譜如圖1。側頻與時間變化有關，出現在損壞的相對位置。 為了改善訊雜比，做更有效的頻譜分析，將訊號分解成週期和基於平均技術的處理方法。 包絡線檢測或高頻解調分析（HFRT）是重要的訊號處理技術，它有助於鑑別軸承損壞。 每當損壞敲擊元件，產生持續時間短的脈衝，它在與特徵頻率有關的損壞位置刺激共振週期。共振在損壞特徵頻率中被調幅。透過解調其中一個共振，可用訊號重新得到軸承狀態。 帶通濾波訊號，由包絡檢測器解調的訊號，經由低通濾波消除不需要的共振頻率。頻譜的包絡訊號在低頻範圍中可獲得軸承的損壞特徵頻率。 使用高頻解調分析取出解調頻譜如圖2。 頻譜頻率包絡檢測正規化，可更靈敏地檢測損壞頻率。在這種技術的限制是，如果有先前的損壞，損壞頻率可能被不斷上升的頻譜蓋過。 如果使用小波轉換法，它可從非常微弱的訊號中擷取出所需訊號，而FFT是無法做到的。小波轉換提供了可變分辨率，相對於FFT更適合時間頻率的分析。 3.3接近傳感器技術 傳感器從滾子下方直接感測外環位移。因此軸承箱多餘的震動可減少或消除且訊雜比得到改善