第一节 电机轴承故障诊断分析的基本概念与基本方法、步骤

作为电机轴承故障诊断与分析的基础，在进行阐述之前，我们必须对故障诊断的一些基本概念做一定介绍。

一、设备故障与故障诊断

设备故障诊断，顾名思义是对设备的故障进行判定的工作，这个判定包括对设备故障的发生部位的判定以及引起设备故障原因的判定。在做这个工作之前，工程师需要首先明确什么是“故障”。当一个设备完成设计的时候，这个设备在给定的输入条件下应该做出与设计预期相仿的输出，其内部零部件的表现应该与设计意图相符。当设备处于给定输入下，输出和内部运行与设计意图相符的时候，我们说设备处于正常工作状态。当然由于生产加工误差的原因，不可能所有的设备在一致输入条件下都会有一模一样的输出，但总体上都分布在一定的容差范围之内。因此设备的正常工作状态应该在一个接近设计意图的范围之内。当我们给设备施加一个设计许用范畴内的输入时，若设备并未表现出相应的与设计预期相符的输出，我们认为设备可能存在故障。这里说的与设计预期相符的输出，应该也包括设备内部各个零部件的运行状态与设计意图相符。

当然还有一种情况，设备运行状态正常，但是如果设备的输入条件超出设备设计许用范畴，此时设备表现得异常，不能算作设备本身的故障。

当设备出现故障（在合理的输入下表现出非正常运行状态）的时候，工程师需要对故障进行的定位、定责的工作就是我们说的“故障诊断”。

首先，定位。当一个设备出现故障的时候工程师需要判别的是哪里出现了问题。从总体输入、输出不正常，到具体哪一个子设备，哪一个子设备的哪一个部分，再到相应部分的哪一个零件表现异常的过程，我们称之为“定位”。

第二、定责。当找到相应的故障来自设备或者零部件的时候，为避免盲目维护与维修，在进行维护和维修之前，工程师需要对相应的故障零部件进行根本原因分析。这样分析的目的是为了治标治本，从根本上排除故障，使之不再发生。

在现实的工程实际中，工程师所做的定位、定责工作并不是如概念上说的分离开来。往往是定位的过程中掺杂着定责的一些预估和判断。所谓有经验的工程师就是可以在众多复杂的因素中迅速排除干扰信息，找到关键因素，并深入追查，进而找到故障根源进行排除。这个过程可以形容为“稳、准、狠”。

综上，我们知道，机械设备的故障诊断是识别机器或者机组的运行状态，并且研究机器或者机组运行状态在诊断信息中的反应的学科。在这个定义里，对机械设备的状态识别是进行后续工作的重要基础，没有设备状态的描述就无从谈起诊断与分析。

二、电机轴承故障诊断与分析

前面阐述的故障诊断主体是设备，当这个故障诊断主体是电机轴承的时候，就是我们所说的电机轴承故障诊断与分析。这项工作就是识别电机轴承的运行状态，研究电机轴承在状态诊断信息中的反应。这项工作的一个前提就是电机设备的状态监测与识别，从而已经算大略进行过设备故障诊断中的“定位”工作，并且将焦点定位到电机轴承上。但这仅仅是一个初期“定位”的工作，或者说是一个现象“定位”，只说明这个故障可能源于或者表现在轴承上，而此时造成故障表现的根源，则不一定是轴承本身。现实工况中经常遇到某些故障被定位成轴承故障，但是经过对轴承故障进行相应的诊断和分析，发现故障根源不是轴承，而是周边的其他设备或者零部件问题。而且这种情况占据电机轴承故障问题的很大一部分。这是因为，首先电机常用轴承都是轴承领域已使用上百年的成熟产品，其设计、制造等水平已经相当稳定，只要轴承生产厂家控制好质量，由于轴承本身设计制造而造成的问题相对较少。其次，轴承与其他标准件不同，其选型、使用、维护中有很多专门的技术，因此机械工程师在设计、使用轴承的时候很容易在一些细节部分有所忽略导致最后出现问题，而在出现问题的时候“症状表现”又是轴承，所以很容易让人做出误判。

三、电机轴承故障诊断与分析的基本步骤

电机轴承故障诊断与分析技术的内容是在电机轴承应用技术基础之上加之对现场工况诸多信息的搜集、整理、分析、逻辑推演，然后寻找实际印证并最终做出判断的过程。这个分析的起点是通过电机轴承状态监测发现故障，终点是故障原因的确定，然后给出维护修理的对象和方法。这里的轴承状态监测不仅仅指使用状态监测设备进行的监测，其中也包括运维人员通过日常检查发现故障。电机轴承故障诊断与分析过程如图1-1所示。

前已述及，电机轴承故障诊断的起点是通过电机轴承状态监测（人工的或者是设备的）发现所谓的故障。需要指出的是，这里的状态监测是一个广义的概念，绝不仅仅指轴承振动监测的信息。此时这个故障诊断可能是一个粗略的“定位”估计，也可能是一个基于表象的定位。面对这种给定条件，电机工程师需要从以下几个步骤展开工作：

第一、在电机不拆解的情况下，了解周围工况。此时主要是针对工况外界条件进行检查，从而排除由于外界工况变动，或者外界原因导致的轴承故障现象。在条件允许的情况下，可以让故障重现，以便工程师更全面地掌握现场发生故障时候的全部信息。

这一步的检查工作就是对电机工程师所具有的设备及轴承知识基础的一个考验。执行检查的时候往往是通过状态监测设备的信号进行观察，有时候是通过现场的现象进行观察。而观察什么，怎么观察，如何确定重点，是这个阶段最大的难点。

通常而言，现场工程技术人员都希望在这个阶段就已经找到故障的原因，并予以排除。因为此时设备并未拆解，整体的工作量和各方面的损失最少。对于有的故障，工程师能在不拆解电机的情况下找到问题所在，而有的故障就很难找到，因此不得不进入下一阶段的排查和分析。

第二、对电机进行拆解，对电机轴承进行分析。这个过程中切忌盲目而迅速地打开电机取出轴承而不做记录。要在拆解的每一个环节尽量保留一些测量记录，以便在分析中使用。比如，笔者过去经历的一些轴承故障诊断，到达现场的时候，现场已经将电机拆解完毕，现场清扫整齐，轴承已经被清洗得干干净净，静待工程师仔细研究轴承。笔者即使希望去检查一下油脂情况，也会被告知清洗干净了，没有留存。这样的盲目清理会使大量有用信息丢失，从而大大地增加了故障诊断与分析的难度。即便可以根据经验进行判断，但是由于中间记录的缺失，也无法从实证上找到支持。

第三，电机轴承故障诊断与分析的最后一步工作是根据故障诊断的结论分析出可能导致故障的原因，从而达到从根本上排除故障诱因的目的。现场很多情况是花了大量时间做诊断定位，有时候由于现场条件和信息的限制，工程师对电机轴承故障原因的分析不足，往往会简单地得出更换轴承的维修建议。有时候更换轴承能够缓解或排除一些故障，但是更多的时候于事无补。这些都是诊断分析工作不足导致的结果。所以真正有水平的电机轴承故障诊断与分析是要在基本定位之后完成精确定位，同时完成定责工作。只有精确定位和完整定责才能给出既治标又治本的维护修理建议。

上述仅仅大略描述了基本步骤，具体的分析方法可以参照本书第三篇的相应内容。