随着对现有工厂资产的要求越来越高，无论是在更高的产量还是更高的效率方面，了解何时开始出现问题的需求变得比以往任何时候都更加重要。
随着工厂和设备变得越来越复杂和自动化，需要有一个结构合理、资金充足的维护策略。有必要正确理解设备的运行情况，以便实现工厂产量和效率的提高。
滚动轴承
几乎所有类型的旋转设备都使用滚动接触轴承来定位并允许轴的精确旋转。在运行过程中，设备的可靠性在很大程度上取决于所选轴承的类型以及所有相关部件（即轴、轴承座、垫片、螺母等）的精度。轴承工程师通常使用疲劳作为正常故障模式，基于轴承正确安装、操作和维护的假设。
今天，由于制造技术和材料的改进，通常与次表面应力相关的轴承疲劳寿命不是限制因素，可能占服务故障的不到3%。
不幸的是，由于污染、润滑不良、不对中、极端温度、配合不良、不平衡和不对中，许多轴承在使用中过早失效，这些因素都可能导致轴承振动增加。状态监测已经使用多年，用于在轴承发生灾难性故障之前检测其退化，并导致停机或机器其他部件严重损坏的相关成本。
振动监测
振动监测可能是使用最广泛的预测性维护技术，除少数例外，可以应用于各种旋转设备。由于滚动体的质量通常比机器的质量小，因此产生的速度通常很小，导致轴承箱的运动更小，使振动传感器难以检测到。
机器振动来自许多来源，例如轴承、齿轮、不平衡等，即使是很小的振幅也会对整个机器振动产生严重影响，具体取决于传递函数、阻尼和共振。每个振动源都有自己的特征频率，可以表现为离散频率或总和和/或差频率。
在低速下，仍然可以使用振动，但需要更大程度的谨慎和经验，其他技术，如测量轴位移或声发射（AE）可能会产生更有意义的结果，尽管前者并不总是容易应用。此外，虽然AE可以检测到病情的变化，但它的诊断能力有限。
振动监测现已成为许多预测性维护制度中广泛接受的一部分，并依赖于滚动轴承在滚动表面退化时表现出的众所周知的特征振动特征。然而，在大多数情况下，轴承振动无法直接测量，因此轴承振动特征由机器结构改变，并且机器上其他设备的振动（即电动机、齿轮、皮带、液压系统、结构共振等）使这种情况进一步复杂化。
这通常使振动数据的解释变得困难，除非由训练有素的专家解释，并且在某些情况下可能导致误诊，从而导致不必要的机器停机时间和成本。
风力涡轮机传动系统
基于振动的状态监测系统已经成熟，用于监测风力涡轮机传动系统（转子、齿轮箱和发电机）在运行期间的机械状态。然而，来自此类设备的振动信号可能非常复杂，因为它们通常包含许多不同的轴承类型和齿轮，其中可能包括多级行星系统。有时，这会使问题的检测和诊断变得非常困难，并且通常必须使用几种不同的技术来诊断问题。
振动监测还可用于在安装前评估传动系部件的状况。因此，多年来，舍弗勒英国公司在风力涡轮机齿轮箱和发电机安装这些系统之前，对这些系统进行了一系列深入的振动监测研究。
风力涡轮机齿轮箱研究
滚动轴承的制造精度很高，并且非常注意滚动表面的几何精度、形状和表面光洁度。因此，所有相关的轴承部件（即轴、轴承座、垫片等）都必须按照这些高标准制造，这一点很重要。此外，使用正确的工具在清洁和受控的环境中组装轴承和相关部件也至关重要，因为如果不这样做，可能会严重影响轴承的性能和可靠性。
组装大型齿轮箱是一项熟练的任务，在装配过程中发现轴承滚动表面受到一些损坏的情况并不少见。
虽然很容易造成损坏，但如果不进行某种形式的操作测试，几乎不可能检测到它。这通常采取的形式是在一系列操作条件下在专用测试台上运行变速箱。在某些情况下，只能测量工作温度以确保齿轮箱的质量，但这通常是不够的，轴承滚动表面的任何损坏都可能未被发现。
从齿轮箱上的各个位置（例如输入轴、中间轴和输出轴）获得的振动测量通常是最佳方法，可以检测到轴承或齿轮的任何损坏。
这种振动测量的示例如图30所示。作为舍弗勒英国研究的一部分，一台1.2MW的齿轮箱在专用的试验台上以rpm的速度运行，并在齿轮箱外壳的不同位置获得振动测量。
图：30a
从靠近高速轴（HSS）的外壳获得的振动谱如图30所示。
高速轴（HSS）上的NU型圆柱滚子轴承计算出的BPFI（内圈球通过频率）为.26Hz，频谱中存在的是.64Hz的大振幅振动，与计算的频率非常匹配。.64Hz振动的两侧是轴转速（fs=25Hz）下的几个边带。在包络频谱（图30（b））中，BPFI在.50Hz时也很明显，以及三次谐波（.52Hz）。
图：30b
这表明内圈滚道上可能存在一些损坏，并且BPFI没有任何明显的谐波表明损坏是相当局部的。时间信号的脉冲特性进一步支持了这一点，图31（a）显示了输出转速（40ms，25Hz）下的脉冲。
图：31ab
图31（b）显示了扩展时间信号，其中在内圈旋转一圈期间，滚子与缺陷的接触清晰可见（~3.52-3.9ms）。
结果，齿轮箱被拆卸和检查，在NU型圆柱滚子轴承的内圈滚道上发现了局部故障。
这种损坏发生在装配过程中，最可能的原因是内圈和外圈/滚子之间的未对准，因为内圈轴和外圈外壳对齐并组装在一起。
在试验台上运行齿轮箱期间，所有工作温度都是正常的，如果没有振动测量，这种损坏将无法检测到。这种损坏会导致变速箱的使用寿命缩短和过早失效。在这种情况下，详细的振动分析的价值是显而易见的;从长远来看，这可以为客户节省时间、金钱和声誉。
其他研究
其他振动监测研究由舍弗勒英国公司进行，其结果可以在一份完整的34页报告中查看。这些研究包括在交付给客户之前对2MW风力发电机上的滚动轴承进行振动监测。此外，通过与许多不同的铁路车队运营商密切合作，舍弗勒英国公司进行了六项独立的振动监测研究，以评估牵引电机的状况，而无需从列车转向架上拆下设备。这些研究是在各种高速客运列车上进行的，涉及各种牵引电机品牌和尺寸，从8MW高速列车到轻轨车辆。
