淺談滾動(dòng)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(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者們就對(duì)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(jìn)，軸承診斷技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一門獨(dú)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(dòng)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(shì)。

關(guān)鍵詞：滾動(dòng)軸承；故障研究；技術(shù)走向

1 滾動(dòng)軸承的故障特點(diǎn)及形式

我們知道，滾動(dòng)軸承具有壽命離散程度大的特點(diǎn)，如果根據(jù)一般處理形式，依據(jù)軸承的設(shè)計(jì)壽命安排對(duì)其定期維修，是行不通的。應(yīng)該隨時(shí)對(duì)工況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和故障判別，以達(dá)到對(duì)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(jī)率，同時(shí)保護(hù)軸承，使軸承的使用壽命得以延長(zhǎng)，節(jié)省成本。總體來說，滾動(dòng)軸承的主要故障形式有以下6種，接下來我們就對(duì)其分別進(jìn)行介紹：

1.1 疲勞剝落。滾動(dòng)軸承工作過程中，滾道和滾動(dòng)體主要承受兩方面的壓力作用。一是承受載荷，二是相對(duì)滾動(dòng)產(chǎn)生壓力。經(jīng)過多次的交變載荷作用，會(huì)在軸承表面形成裂紋，久而久之就會(huì)擴(kuò)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(dòng)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(dòng)體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，自然而然的塵埃異物會(huì)侵入，同時(shí)當(dāng)潤(rùn)滑不良時(shí)軸承表面磨損不可避免。磨損后，增大了滾動(dòng)軸承縫隙以及表面粗糙度，使?jié)L動(dòng)軸承的工作精度下降，從而也降低了設(shè)備整體運(yùn)行精度。隨之而來的振動(dòng)及噪聲會(huì)增大。

1.3 腐蝕。滾動(dòng)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(shí)有電流通過滾動(dòng)軸承，電流很容易在滾道和滾動(dòng)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(dòng)軸承上，同時(shí)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(shí)，不可避免的劃痕就出現(xiàn)在軸承上。導(dǎo)致滾動(dòng)軸承工作時(shí)有強(qiáng)烈的振動(dòng)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(shí)，超過其承載極限時(shí)就會(huì)引起滾動(dòng)軸承的破裂。此外，在磨削、加工、熱處理或者裝配時(shí)，軸承上存在著殘余應(yīng)力，或者運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)熱應(yīng)力過大等，也都是引起滾動(dòng)軸承零件的斷裂的主要原因。

1.6 膠合。我們稱一個(gè)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(rùn)滑不良、高速重載等摩擦劇烈的情況。這樣滾動(dòng)軸承零件的溫度會(huì)在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到極高，表面的損傷及損壞就很容易出現(xiàn)了。

2 運(yùn)轉(zhuǎn)中滾動(dòng)軸承的檢查項(xiàng)目

軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中，我們要對(duì)其滾動(dòng)聲音、振動(dòng)情況、溫度以及潤(rùn)滑狀況等狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)、檢查，以免出現(xiàn)故障未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

2.1 聲音

我們可以對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承進(jìn)行聲音上的判斷，通過聽聲音，來判斷軸承運(yùn)行的良好與否。軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)即使有輕微的損傷，我們也會(huì)聽到異常音或者不規(guī)則音。

2.2 振動(dòng)

通過測(cè)量軸承的振動(dòng)狀態(tài)，可以分析軸承剝落、擠壓、腐蝕、裂痕、磨損等現(xiàn)象。因?yàn)檎駝?dòng)對(duì)軸承損傷是很敏感的，細(xì)微的損傷也會(huì)通過振動(dòng)表現(xiàn)出來。所以，我們往往采用頻率分析器等軸承振動(dòng)測(cè)量器對(duì)振動(dòng)大小進(jìn)行測(cè)量，再通過分析振動(dòng)頻率深刻推斷軸承的問題。[2]值得一提的是對(duì)軸承的判斷標(biāo)準(zhǔn)要在對(duì)每臺(tái)設(shè)備的測(cè)量值分析比較后確定，因?yàn)檩S承的使用環(huán)境、傳感器的位置等都對(duì)測(cè)量有影響。

2.3 溫度

隨著設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，軸承的溫度會(huì)逐漸的上升，一般情況，兩個(gè)小時(shí)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(rùn)滑劑，或者安裝不對(duì)，必然會(huì)使軸承溫度急劇上升。此時(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軸承溫度。當(dāng)溫度超過規(guī)定值時(shí)會(huì)自動(dòng)提出警報(bào)，防止事故發(fā)生。

2.4 潤(rùn)滑

潤(rùn)滑是軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不可或缺的。良好的潤(rùn)滑對(duì)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?yàn)闈?rùn)滑不好而損壞。同時(shí)良好的潤(rùn)滑也是減少軸承摩擦的重要手段。除此之外，潤(rùn)滑對(duì)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(yùn)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(shí)；但是面對(duì)精密設(shè)備的檢測(cè)，或者復(fù)雜的工況下及時(shí)簡(jiǎn)單的設(shè)備檢測(cè)，其結(jié)果也是不能夠全部相信，因?yàn)榇罅渴聦?shí)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(jìn)一步發(fā)展勢(shì)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(dòng)軸承診斷技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢(shì)

早在20世紀(jì)60年代，國(guó)內(nèi)外的專家學(xué)者們就對(duì)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(gè)階段，即采用頻譜分析儀對(duì)軸承故障進(jìn)行診斷；采用沖擊脈沖技術(shù)對(duì)軸承故障進(jìn)行診斷；采用共振解調(diào)技術(shù)對(duì)軸承故障進(jìn)行診斷；采用以計(jì)算機(jī)為核心的技術(shù)進(jìn)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(cè)試、處理方法在不斷出現(xiàn)。目前，基于信號(hào)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(shí)頻分析法、非高斯信號(hào)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(hào)處理技術(shù)的故障診斷方式。[3]

目前，我國(guó)引進(jìn)了很多國(guó)外的信號(hào)與信息處理方法，如Priestley演變譜、短時(shí)Fourier變換、小波分析、非線性時(shí)間序列分析等，結(jié)合這些技術(shù)，國(guó)內(nèi)振動(dòng)信號(hào)分析技術(shù)取得了較大進(jìn)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(jìn)步，并取得了經(jīng)濟(jì)效益。盡管如此，以上所提到的幾種信號(hào)處理方法并非十分完善，也存在缺陷，比如面對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備，以上方法沒有考慮到設(shè)備固有的周期時(shí)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(dòng)信號(hào)的特征提取方面還處于初級(jí)階段。滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)會(huì)因?yàn)榻?jīng)過不同的傳遞途徑伴隨的干擾，常常會(huì)使震動(dòng)信號(hào)隱藏在干擾中，致使信號(hào)特征不明顯，提取困難。對(duì)于該問題還沒有得到有效的處理方式。

參考文獻(xiàn)

[1]楊國(guó)安.機(jī)械設(shè)備故障診斷實(shí)用技術(shù)叢書：滾動(dòng)軸承故障診斷實(shí)用技術(shù)[M].中國(guó)石油大學(xué)出版社，2012.

[2]才家剛，王勇.滾動(dòng)軸承實(shí)用常識(shí)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

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