滾動軸承故障特征提取與應用研究

摘 要：軸承是現代生產中最為重要的機械部件之一。缺少軸承很多現代機械將無法運行，同時，軸承也是較為容易發生損傷的機械部位，特別是滾動軸承損傷的幾率更大。本文在分析滾動軸承故障診斷技術目的和意義的基礎上，對滾動軸承故障產生的原因在安裝和維護問題以及使用過程缺乏保護認識進而導致滾動軸承損壞。并提出根據軸承主要信息變化，確定軸承的生產狀況。

關鍵詞：滾動軸承；故障診斷；故障特征提取

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.195

軸承是現代生產不可或缺的組成部分，而滾動軸承則是軸承的重要形式之一。軸承作用于減少軸對軸座的摩擦，在保證機械使用壽命的同時，提升軸的工作精度和可操作性。而滾動軸承的特殊性在于，以“滾動”工作原理為，通過旋轉機制實現軸承的基本功能。

1 滾動軸承故障診斷技術的目的和意義

軸承在現代的生產中的應用，具有舉足輕重的功能地位，嚴格意義上來說，在缺乏軸承的情況下，大部分機械將無法使用。同時，軸承也是較為容易發生損傷的機械部位，由于滾動軸承的作用機理，其損傷的幾率會更大。相關統計指出，各類生產環境的差異，造成機械損傷和故障的位置不同，但是，無論任何領域和環境，因軸承損傷而影響生產的幾率，均高于30%。所以，在機械生產的設備管理上，合理的保證軸承質量，是提升生產效率的根源。

滾動軸承的應用十分廣泛，但是在質量層面上，卻存在著很大的問題。通常某一類機械配件，可以保證相類似的使用壽命，僅有少部分遠低于周期限制產品。此類則為殘次品。而滾動軸承的使用壽命卻無法計算，甚至于難以確定幅度較小的區間。可以理解為，在同樣的生產環境以及設備所出產的軸承中，無法保證每個軸承的使用壽命。例如，一些滾動軸承可以長期承擔工作，且不會發生任何的故障，而一些軸承在未達到使用壽命時，卻已經問題百出。所以，在滾動軸承的維護和更替上，無法以期限作為考量單位，即不能夠定時進行維護和替換。以免因過早替換而造成浪費，或是替換過晚，導致機械生產效率和精度下降。

因此，滾動軸承的科學化管理，必須要借助實時性的手段，即借助計算機，實現對滾動軸承狀況的監控，實時掌握相關信息，并向管理者提供軸承的監測報告。在此類情況下，生產單位可以在第一時間確定精度下降的滾動軸承，以及時采取維修或更換等工作，進而幫助管理和生產成本實現最優化控制。

2 滾動軸承的故障類型及產生原因

雖然滾動軸承在使用壽命上存在著不可控性，但是，一些客觀因素對其壽命的影響，卻需要采取合理的防范機制。以下具體來看：

（1）滾動軸承疲勞失效。軸承在工作中，主要是依靠物理摩擦而實現功能，所以，生產行為本就對滾動軸承具備侵害性。持續使用時間過程長，將導致軸承的物理疲勞效應，進而降低生產的精度。另外，載荷的問題，也可能造成軸承故障，例如載荷過大，或是波動幅度較大等情況。

（2）磨損失效。軸承的長期使用，會導致表面出現壓痕。這是一種典型的物理性傷害。而清潔工作不徹底、潤滑不良、機械振動等情況發生時，會加速軸承的磨損失效發生。

（3）腐蝕失效。軸承的生產環境中，可能會出現化學腐蝕因素。用于軸承表面遭到腐蝕，其精度會首先下降，逐漸削弱軸承的工作能力。

（4）斷裂失效。導致軸承斷裂的可能性較多，例如安裝不合理、荷載控制問題、軸承的質量問題等。而軸承發生斷裂，意味著器械將無法繼續使用。因此，軸承斷裂失效，也是滾動軸承事故中影響最大的情況。

（5）壓痕失效。軸承出現壓痕的情況，與磨損失效類似，其主要區別在于，壓痕失效多屬于一次性物理傷害，在其表面上，呈現出明顯的凹凸痕跡。造成該問題的因素有很多，例如載荷過重等。

（6）膠合失效。在滾動軸承缺乏清潔維護的情況下，容易產生軸承表面的粘連，最終造成軸承的撕裂。

綜上所述，造成滾動軸承質量問題的因素有很多，但卻可總結為兩個方面：一是安裝和維護問題，由于安裝不合理，以及后期的持續維護不當，容易造成軸承的問題；二是使用過程中，缺乏保護認識，例如載荷過大的情況，進而導致滾動軸承損壞。

3 滾動軸承故障特征信息的提取

根據上文所述，在滾動軸承故障管理上，將以計算機作為主要手段，進行實時的生產安全監控和信息反饋。因此，筆者根據軸承主要信息變化，確定軸承的生產狀況。即，確定故障信息的特征，以便于降低信息提取的難度和成本。

在軸承使用過程中，通常震動平率會穩定在一個數值之內，此時可以確定軸承處于正常工作狀態。而在接收到的震動信號后，若出現多個譜峰，便意味著軸承出現故常。因此，需要記錄軸承震動的頻率，并根據譜峰頻率進行判斷。結合該特性，以軸承的震動頻率作為確定其是否正常的標準，需要在軸承信息采集中，注意以下內容：第一，由于環境的差異，會造成軸承振動頻率的不同，而且信息采集為自動進行，即實現自動識別過程，所以，需要進行記錄初次采集信息，并制定正常軸承運作樣本；第二，對信號所進行的小波包分解，應結合計算機能力，保證系統的運算負擔，以免因分解層數過多，造成計算機系統崩潰，甚至于導致基礎參數錯亂，提高自動化信息識別的風險；第三，進行小波包分解過程中，需要采取Daube chi es函數。原因在于，該函數更加適合滾動軸承的震動規律；第四，以重復采用的方式，進行包絡信號檢測，并對對照樣本采取同類分析手段，以確保信息在最佳分辨率環境下生成。

4 結語

本文研究內容，主要是采取自動化信號采集的方式，更好的實現滾動軸承的維護和管理。鑒于軸承壽命的不穩定性，以及商業發展對產品精度的基本要求，對于軸承的管理，必須采取實時監控手段，確保在發生問題時，進行第一時間的處理，進而避免商業上的風險發生幾率。而自動化信號采集中，選擇軸承振動頻率作為參照目標，可以最大化的節約信息實時采集成本，并由此為工業生產的效率的發展，提供切實有力的幫助。

參考文獻：

[1]胡愛軍，馬萬里，唐貴基.基于集成經驗模態分解和峭度準則的滾動軸承故障特征提取方法[J].中國電機工程學報，2012（11）.

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作者簡介：王波濤（1992-），男，陜西寶雞人，本科，研究方向：機械設計制造及其自動化。