淺談滾動軸承故障研究現(xiàn)狀及未來走向

摘 要：早在20世紀(jì)60年代，國內(nèi)外的專家學(xué)者們就對軸承故障開始了深入的研究與探索，隨著技術(shù)的不斷推進，軸承診斷技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一門獨立的學(xué)科，定位為一種綜合信息的處理技術(shù)。文章分析了滾動軸承主要故障形成原因，并提出了診斷方法以防止故障發(fā)生。指出診斷技術(shù)的不足及現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：滾動軸承；故障研究；技術(shù)走向

1 滾動軸承的故障特點及形式

我們知道，滾動軸承具有壽命離散程度大的特點，如果根據(jù)一般處理形式，依據(jù)軸承的設(shè)計壽命安排對其定期維修，是行不通的。應(yīng)該隨時對工況進行監(jiān)測和故障判別，以達到對軸承使用的合理安排。有效控制設(shè)備精度下降及事故發(fā)生的機率，同時保護軸承，使軸承的使用壽命得以延長，節(jié)省成本。總體來說，滾動軸承的主要故障形式有以下6種，接下來我們就對其分別進行介紹：

1.1 疲勞剝落。滾動軸承工作過程中，滾道和滾動體主要承受兩方面的壓力作用。一是承受載荷，二是相對滾動產(chǎn)生壓力。經(jīng)過多次的交變載荷作用，會在軸承表面形成裂紋，久而久之就會擴展到接觸表層，從剝落坑處開始大片剝落，我們稱這種現(xiàn)象為疲勞剝落。[1]滾動軸承故障的主要原因之一就是疲勞剝落。通常我們所講的軸承壽命指的就是軸承的疲勞壽命。

1.2 磨損。常見的一種軸承損壞形式，滾道和滾動體發(fā)生相對運動，自然而然的塵埃異物會侵入，同時當(dāng)潤滑不良時軸承表面磨損不可避免。磨損后，增大了滾動軸承縫隙以及表面粗糙度，使?jié)L動軸承的工作精度下降，從而也降低了設(shè)備整體運行精度。隨之而來的振動及噪聲會增大。

1.3 腐蝕。滾動軸承腐蝕的原因有很多，比如水、潮濕空氣的直接侵入，通電時有電流通過滾動軸承，電流很容易在滾道和滾動體之間很薄的油膜處引起火花，溫度上升，熔融表面，從而形成不同形狀的凹凸現(xiàn)象，被腐蝕掉。

1.4 塑性變形。當(dāng)工作負(fù)荷過大的情況下，巨大的沖撞載荷或靜載荷作用在滾動軸承上，同時伴隨著由于熱變形而帶來的其它載荷，或者有高硬度的異物碰撞時，不可避免的劃痕就出現(xiàn)在軸承上。導(dǎo)致滾動軸承工作時有強烈的振動和噪聲出現(xiàn)。而且，若軸承上出現(xiàn)凹痕，由沖擊載荷所引起的附近表面的剝落也是極有可能的。

1.5 斷裂。當(dāng)軸承或者其他軸承體等部件過載時，超過其承載極限時就會引起滾動軸承的破裂。此外，在磨削、加工、熱處理或者裝配時，軸承上存在著殘余應(yīng)力，或者運轉(zhuǎn)時熱應(yīng)力過大等，也都是引起滾動軸承零件的斷裂的主要原因。

1.6 膠合。我們稱一個表面的金屬黏貼到另一表面的現(xiàn)象為膠合。其產(chǎn)生的原因有潤滑不良、高速重載等摩擦劇烈的情況。這樣滾動軸承零件的溫度會在短時間內(nèi)達到極高，表面的損傷及損壞就很容易出現(xiàn)了。

2 運轉(zhuǎn)中滾動軸承的檢查項目

軸承運轉(zhuǎn)中，我們要對其滾動聲音、振動情況、溫度以及潤滑狀況等狀態(tài)進行檢測、檢查，以免出現(xiàn)故障未能及時發(fā)現(xiàn)。

2.1 聲音

我們可以對運轉(zhuǎn)的軸承進行聲音上的判斷，通過聽聲音，來判斷軸承運行的良好與否。軸承在運轉(zhuǎn)時即使有輕微的損傷，我們也會聽到異常音或者不規(guī)則音。

2.2 振動

通過測量軸承的振動狀態(tài)，可以分析軸承剝落、擠壓、腐蝕、裂痕、磨損等現(xiàn)象。因為振動對軸承損傷是很敏感的，細(xì)微的損傷也會通過振動表現(xiàn)出來。所以，我們往往采用頻率分析器等軸承振動測量器對振動大小進行測量，再通過分析振動頻率深刻推斷軸承的問題。[2]值得一提的是對軸承的判斷標(biāo)準(zhǔn)要在對每臺設(shè)備的測量值分析比較后確定，因為軸承的使用環(huán)境、傳感器的位置等都對測量有影響。

2.3 溫度

隨著設(shè)備的運轉(zhuǎn)，軸承的溫度會逐漸的上升，一般情況，兩個小時后溫度趨于穩(wěn)定。由于設(shè)備的熱容量，散熱度，轉(zhuǎn)速的不同，軸承的要求溫度也不同。但若不采用潤滑劑，或者安裝不對，必然會使軸承溫度急劇上升。此時必須切斷電源，采取防范措施。熱傳感器是目前應(yīng)用比較廣泛的監(jiān)控設(shè)備，可時時監(jiān)測軸承溫度。當(dāng)溫度超過規(guī)定值時會自動提出警報，防止事故發(fā)生。

2.4 潤滑

潤滑是軸承運轉(zhuǎn)過程中不可或缺的。良好的潤滑對軸承摩擦、磨損、溫升等有重要效果。經(jīng)調(diào)查顯示，近40%的軸承都是因為潤滑不好而損壞。同時良好的潤滑也是減少軸承摩擦的重要手段。除此之外，潤滑對軸承的散熱，防銹、密封、緩和沖擊等都起到了良好的作用。

3 現(xiàn)有診斷技術(shù)的局限及不足

基于傳統(tǒng)的軸承故障分析方法已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代設(shè)備的軸承故障排除要求。在運行狀態(tài)較為理想的條件下，不復(fù)雜的設(shè)備軸承診斷尚可使用，數(shù)據(jù)基本符合事實；但是面對精密設(shè)備的檢測，或者復(fù)雜的工況下及時簡單的設(shè)備檢測，其結(jié)果也是不能夠全部相信，因為大量事實證明，誤診、漏診發(fā)生的頻率很大，于是軸承診斷技術(shù)的推廣和進一步發(fā)展勢在必行，傳統(tǒng)的技術(shù)已經(jīng)阻礙了新技術(shù)的發(fā)展。

4 滾動軸承診斷技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢

早在20世紀(jì)60年代，國內(nèi)外的專家學(xué)者們就對軸承故障開始了深入的研究與探索，不斷出現(xiàn)不同的方法與技巧，且應(yīng)用領(lǐng)域也不局限于軸承診斷，精度也在逐漸提高。

軸承故障診斷的發(fā)展經(jīng)歷了以下四個階段，即采用頻譜分析儀對軸承故障進行診斷；采用沖擊脈沖技術(shù)對軸承故障進行診斷；采用共振解調(diào)技術(shù)對軸承故障進行診斷；采用以計算機為核心的技術(shù)進行診斷。

伴隨技術(shù)的不斷發(fā)展，一些新的故障診斷理論和測試、處理方法在不斷出現(xiàn)。目前，基于信號處理技術(shù)的診斷方法有兩種：其一，如分析頻譜法、沖擊脈沖法、解調(diào)共振法等傳統(tǒng)的軸承故障分析方式；其二，如時頻分析法、非高斯信號處理法、智能診斷法、非線性技術(shù)處理法等基于現(xiàn)代信號處理技術(shù)的故障診斷方式。[3]

目前，我國引進了很多國外的信號與信息處理方法，如Priestley演變譜、短時Fourier變換、小波分析、非線性時間序列分析等，結(jié)合這些技術(shù)，國內(nèi)振動信號分析技術(shù)取得了較大進展，無論是在非線性、非穩(wěn)態(tài)下，還是非高斯特征處理方面，都擁有了一定的進步，并取得了經(jīng)濟效益。盡管如此，以上所提到的幾種信號處理方法并非十分完善，也存在缺陷，比如面對旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備，以上方法沒有考慮到設(shè)備固有的周期時變性等。

另外，目前我們所掌握的信息處理技術(shù)在低信噪比振動信號的特征提取方面還處于初級階段。滾動軸承的振動信號會因為經(jīng)過不同的傳遞途徑伴隨的干擾，常常會使震動信號隱藏在干擾中，致使信號特征不明顯，提取困難。對于該問題還沒有得到有效的處理方式。

參考文獻

[1]楊國安.機械設(shè)備故障診斷實用技術(shù)叢書：滾動軸承故障診斷實用技術(shù)[M].中國石油大學(xué)出版社，2012.

[2]才家剛，王勇.滾動軸承實用常識[M].機械工業(yè)出版社，2011.

[3]陳龍.滾動軸承應(yīng)用技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2010.