滾動軸承常見故障及其振動信號特征

摘 要:軸承為機械設(shè)備的關(guān)鍵部件之一，軸承損壞能直接影響設(shè)備正常運作，影響生產(chǎn)效率。本文對軸承的常見故障原因及形式進行分析，并總結(jié)其故障檢測方法和軸承在發(fā)生故障時的振動信號特征。

關(guān)鍵詞:軸承故障 振動信號

中圖分類號:TH133文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2012)06(c)-0085-02

及時對系統(tǒng)關(guān)鍵部件進行維修和更換可以在一定程度上避免系統(tǒng)工作過程中關(guān)鍵部件損壞帶來的系統(tǒng)故障造成的經(jīng)濟損失和人員傷害。滾動軸承為旋轉(zhuǎn)機械的關(guān)鍵部件，其運行狀態(tài)直接決定轉(zhuǎn)動部件的效率和安全，本文總結(jié)了常見的滾動軸承故障種類和軸承故障檢測方法，并對軸承振動信號特點進行分析。本文對軸承故障的診斷和設(shè)備的維修提供參考作用，有助于實現(xiàn)對軸承故障的原因和種類的預先判斷。

1 軸承故障形式及原因分析

滾動軸承在工作過程中，由于裝配不當、潤滑欠缺、異物侵入或者超負荷運轉(zhuǎn)等都可能引發(fā)軸承損壞，或者過載等都可能引發(fā)軸承損壞，或者長時間工作后產(chǎn)生疲勞剝落或者自然磨損導致系統(tǒng)故障。常見的軸承故障可總結(jié)為損傷和磨損兩大類。常見的損傷類故障有疲勞剝落、塑性變形、軸承燒傷、銹蝕、斷裂、膠合六種；磨損類故障為軸承長期正常工作引起的漸變性故障。

1.1 疲勞剝落

滾動軸承發(fā)生故障的典型方式是其滾動接觸發(fā)生單純的疲勞剝落。在工作中，軸承滾子和滾道接觸面相對滾動的同時又互相擠壓，加上周期交變載荷的作用，長時間工作后，軸承部件接觸面將產(chǎn)生小的剝落坑，最終發(fā)展為大面積剝落，該現(xiàn)象稱作疲勞剝落。。

1.2 塑性變形

當工作載荷過重時，由于滾動軸承承受的過大的沖擊力和靜載荷的原因，軸承滾道的表面上形成的不均勻凹坑，這種現(xiàn)象主要發(fā)生在低速旋轉(zhuǎn)的軸承上。另外由于熱變形而引起的額外的載荷也可能使軸承產(chǎn)生塑性變形[1]。

1.3 斷裂

過大的負荷是軸承內(nèi)部部件斷裂的主要原因，另外工作過程中摩擦產(chǎn)生的熱應力過大時也能引起軸承零件的斷裂。

1.4 軸承燒傷

軸承裝配存在較大偏斜量時，容易引起軸承溫度升高，并出現(xiàn)軸承燒傷現(xiàn)象。另外，軸承潤滑不良、應用不合格或者變質(zhì)的潤滑油、裝配過緊都能引起軸承的燒傷。設(shè)計員在裝配設(shè)計時熱膨脹考慮欠缺，造成運轉(zhuǎn)中間隙越來越小也能引起軸承的燒傷現(xiàn)象。燒傷的軸承其滾道、滾動體上有回火現(xiàn)象。

1.5 銹蝕

水分的侵入使造成軸承銹蝕的原因。軸承工作時其溫度高于環(huán)境溫度，軸承停止工作時，軸承溫度下降，空氣中的水分易在軸承表面凝結(jié)水珠，未及時清理將引起軸承銹蝕。由于保護不當使得水分直接進入軸承也是造成軸承銹蝕的原因。

1.6 膠合

軸承在高速高負荷和潤滑欠缺的情況下，摩擦產(chǎn)生的熱量能使軸承部件迅速升溫，到達一定溫度時能引起軸承部件接觸的金屬表面相互粘接，該現(xiàn)象稱作膠合。

磨損軸承在工作過程中，軸承滾子和滾道相對運動產(chǎn)生的擠壓力、侵入軸承滾道的雜物能引起軸承的表面磨損，另外潤滑不良能加速表面磨損。磨損能增大滾動軸承的游隙，增加軸承工作面粗糙度，降低運轉(zhuǎn)精度，從而引起旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作精度的降低，工作噪音增大。

2 常見滾動軸承故障檢測方法

2.1 油樣分析法

通過提取分析軸承潤滑油中的金屬顆粒的大小形狀，判斷顆粒的產(chǎn)生原因和位置，從而判斷軸承的運轉(zhuǎn)狀況。此方法局限于油潤滑的軸承，并且該方法受環(huán)境影響較大，比如外界金屬屑濺入軸承潤滑油中。

2.2 溫度監(jiān)測法

通過監(jiān)測軸承附近部件的溫度來觀測軸承是否正常運轉(zhuǎn)，比如監(jiān)測軸承座或者箱體的溫度。溫度監(jiān)測對軸承過載、潤滑不良引起的溫度過高較敏感，常用于報警系統(tǒng)。

聲發(fā)射法 當滾動軸承通過剝落位置時會有發(fā)聲現(xiàn)象，并且具有周期性，分析發(fā)聲周期可以判斷故障類型和部位。

2.3 振動法

采用振動傳感器采集滾動軸承的振動信號，對其信號進行處理和分析，依據(jù)獲得信號的特征，判斷軸承故障的種類和位置。振動法適用與各種工作狀態(tài)下的滾動軸承軸承，對振動信號的測試與處理比較簡單和直觀，對軸承故障的診斷結(jié)果比較可靠。

另外還有一些通過經(jīng)驗來判斷軸承工作狀態(tài)的方法。設(shè)備運轉(zhuǎn)時，用手觸摸軸承外殼，其溫度不感覺燙手為正常。反之，則表明軸承的溫度過高。周期性的撞擊聲說明軸承已經(jīng)有剝落凹痕，刺耳的鳴叫聲說明軸承潤滑不足或者滾動體局部裝配過緊。

3 故障軸承的振動信號特征

按軸承振動信號特點分故障形式一般可以分為表面損傷和磨損類損傷。軸承運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的主要特征頻率見表1。

3.1 表面損傷類故障

當損傷點滾過軸承元件表面時要產(chǎn)生突變的寬帶信號形式的沖擊脈沖力，將覆蓋軸承系統(tǒng)的高頻振動頻率引起諧振，從而產(chǎn)生沖擊振動。這是損傷類故障的振動信號的基本特點之一，并且故障特征頻率一般在2kHz以下。

軸承內(nèi)圈損傷:當軸承內(nèi)圈損傷時，若滾動軸承無徑向間隙時，會產(chǎn)生頻率為nf6的沖擊振動。通常滾動軸承有徑向間隙，且為單邊載荷，由于損傷部分與滾動體接觸位置不同，振動振幅會發(fā)生周期性的變化，即發(fā)生振幅調(diào)制。若以軸頻率進行調(diào)制，其振動頻率為。

軸承外圈損傷:軸承外圈損傷時也會產(chǎn)生沖擊振動振動頻率為。

滾動體損傷:當滾動體產(chǎn)生損傷時，缺陷部位通過滾道表面時將產(chǎn)生沖擊振動，并以公轉(zhuǎn)頻率進行調(diào)制，其振動頻率為。

3.2 磨損類故障

磨損類故障是軸承在長時間工作時產(chǎn)生的一種漸變性故障。軸承工作面磨損后產(chǎn)生的振動信號與正常軸承的振動信號有著相同的性質(zhì)，兩者的波形都是規(guī)則的。但軸承磨損后的振動信號幅值明顯高于正常軸承，這是已磨損軸承的振動信號區(qū)別于正常軸承的基本特點。

4 結(jié)語

滾動軸承故障種類較多，本文對其故障原因和種類進行分類總結(jié)，有利于及時對軸承故障進行診斷并采用合理的處理方法；采集軸承的振動信號并進行分析處理后，依據(jù)獲得的振動信號特征，可診斷出軸承故障部位，并且在實時信號處理系統(tǒng)的輔助下，易于實現(xiàn)軸承狀態(tài)的實時監(jiān)測。

參考文獻

[1]滾動軸承故障分析與探討[M].內(nèi)燃機配件，2000(3).

[2]滾動軸承故障分析與檢查維護[J].科技傳播，2010.5(上).