感應(yīng)電機(jī)軸承故障的機(jī)理與特征分析

邱巖 劉海濤

摘 要：三相感應(yīng)電機(jī)在生產(chǎn)領(lǐng)域中具有較為廣泛的應(yīng)用空間，這主要和三相感應(yīng)電機(jī)所具有的優(yōu)點(diǎn)有關(guān)。相比于一般的電機(jī)，三相感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡單，使用壽命卻比較長。但在三相感應(yīng)電機(jī)使用的過程中也是存在一定的缺陷性的。如果三相感應(yīng)電機(jī)在使用的過程中出現(xiàn)故障則會(huì)直接影響生產(chǎn)過程，從而給企業(yè)帶來不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失。而軸承故障是感應(yīng)電機(jī)在使用過程中出現(xiàn)頻率比較高的一類故障。因此，進(jìn)行有關(guān)感應(yīng)電機(jī)軸承故障的分析和研究是十分必要。文章將結(jié)合感應(yīng)電機(jī)的實(shí)際使用情況，分析和研究感應(yīng)電機(jī)軸承故障的機(jī)理與特征。

關(guān)鍵詞：感應(yīng)電機(jī)；軸承故障；機(jī)理

感應(yīng)電機(jī)在生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用比較廣泛，在實(shí)際使用過程中，感應(yīng)電機(jī)主要有兩種功能，一種是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，另一種是執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在生產(chǎn)過程中，如果感應(yīng)電機(jī)出現(xiàn)任何故障，不僅會(huì)影響相關(guān)機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行，同時(shí)也會(huì)影響整個(gè)生產(chǎn)過程。在一些比較特殊的情況下，還會(huì)威脅工作人員的人身安全。軸承故障是感應(yīng)電機(jī)在使用過程中頻發(fā)的一種故障類型，嚴(yán)重影響了感應(yīng)電機(jī)使用的安全性。在這種情況下，進(jìn)行有關(guān)感應(yīng)電機(jī)軸承故障機(jī)理與特征的分析是具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的。文章將從介紹感應(yīng)電機(jī)軸承故障機(jī)理入手，研究感應(yīng)電機(jī)軸承故障特征，希望能為以后的相關(guān)研究提供一些借鑒。

1 感應(yīng)電機(jī)的軸承故障機(jī)理

軸承可以分成兩種類型，一種是滾動(dòng)軸承，另一種是滑動(dòng)軸承。但在實(shí)踐過程中，使用滾動(dòng)軸承的概率是比較高的，這主要是因?yàn)橄啾扔诨瑒?dòng)軸承而言，滾動(dòng)軸承具有一定的優(yōu)點(diǎn)。滾動(dòng)軸承在使用的過程中產(chǎn)生的摩擦比較小，運(yùn)動(dòng)靈敏性比較高，這些優(yōu)點(diǎn)的存在使得其在感應(yīng)電機(jī)中具有廣泛的應(yīng)用。文章中由于篇幅有限，故只介紹滾動(dòng)軸承。

按照滾動(dòng)軸承中滾動(dòng)體的形狀的不同，還可以將滾動(dòng)軸承細(xì)分成多種不同的類型。例如，球形、球面滾子等。文章中所介紹的滾動(dòng)軸承主要是深槽球軸承。在深槽球軸承中兩個(gè)軌道，分別為內(nèi)軌道和外軌道。其中，外軌道是固定的，主要是用來支持電機(jī)轉(zhuǎn)子。而內(nèi)軌道則是可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的。當(dāng)滾動(dòng)體在軌道內(nèi)時(shí)，會(huì)有一個(gè)保持架對(duì)其進(jìn)行限制，這樣就可以保證滾動(dòng)體在軌道內(nèi)是均勻分布的，從而可以減少碰撞和摩擦。

軸承振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理和軸承結(jié)構(gòu)以及軸承故障有很大的關(guān)系，可以說是他們導(dǎo)致了軸承振動(dòng)。下文將具體介紹軸承振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理。首先，介紹由于軸承結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的軸承振動(dòng)。當(dāng)在固定荷載作用下，軸承會(huì)處于運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。但是其運(yùn)轉(zhuǎn)過程會(huì)受軸承結(jié)構(gòu)的影響，從而使得不同部位的滾動(dòng)體所承受的荷載不同。通常來說，在最上面的滾筒體做承受的荷載是最小的，其它部位的滾動(dòng)體所承受的荷載則會(huì)有所差別。在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，這些不同位置的滾動(dòng)體對(duì)軸承座所產(chǎn)生的激勵(lì)作用是不同，從而會(huì)使得軸心出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。其次，介紹軸承故障導(dǎo)致的軸承振動(dòng)現(xiàn)象。軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中很容易受到外界因素的影響從而出現(xiàn)軸承故障。常見的導(dǎo)致軸承故障的原因有很多種，例如軸承潤滑處理不當(dāng)、軸承出現(xiàn)腐蝕等。軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程，如果恰好經(jīng)過的是故障所在的部位，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高頻沖擊波信號(hào)，雖然這個(gè)信號(hào)比較微弱，但還是會(huì)引起軸承組件出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。

導(dǎo)致軸承失效的原因有很多，下文將具體介紹幾種比較常見的原因。第一，就是疲勞失效。軸承軌道在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中不僅會(huì)受到荷載的作用，同時(shí)內(nèi)外軌道之間還存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在這種情況下，滾動(dòng)體表面會(huì)很容易出現(xiàn)微小的裂紋，隨著時(shí)間的推移，這些裂紋會(huì)逐漸擴(kuò)大，從而使得滾動(dòng)體表面出現(xiàn)脫落現(xiàn)象；第二，就是磨損失效。所謂磨損失效就是指滾動(dòng)體在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中會(huì)和軌道產(chǎn)生摩擦，從而使得滾動(dòng)體表面出現(xiàn)磨損現(xiàn)象。如果在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中有外物入侵到軸承中同樣會(huì)造成磨損，這種類型的磨損給軸承帶來的影響更大。此外，如果軸承潤滑處理不當(dāng)，同樣會(huì)造成磨損；第三，是斷裂失效；斷裂失效雖然不是導(dǎo)致軸承失效的常見原因，但是一旦發(fā)生斷裂失效則會(huì)嚴(yán)重影響軸承的運(yùn)行，并且存在很大的危險(xiǎn)性。導(dǎo)致斷裂失效的原因有很多，主要是因?yàn)檩S承在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中所承受的荷載超過了設(shè)計(jì)的荷載或者是轉(zhuǎn)速控制不當(dāng)?shù)仍蛞鸬模坏谒模歉g失效。由于腐蝕導(dǎo)致的軸承失效也是一種比較常見的現(xiàn)象。腐蝕失效可以分成多種類型。首先，是微振腐蝕。導(dǎo)致微振腐蝕發(fā)生的原因主要是因?yàn)檐壍篮推涔潭ǖ奈恢冒l(fā)生了相對(duì)位移，如果發(fā)生了腐蝕現(xiàn)象就會(huì)使得軌道表面生銹，從而影響了滾動(dòng)體的運(yùn)動(dòng)。其次，是化學(xué)腐蝕。就是一些具有腐蝕性的化學(xué)物質(zhì)侵入了軸承之中而導(dǎo)致的腐蝕現(xiàn)象。最后，是電腐蝕。在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中由于電流擊穿了油膜從而使得軸承部件通過的電流瞬間增大，進(jìn)而使得軸承表面出現(xiàn)坑坑洼洼的現(xiàn)象。除了上述介紹的這幾種導(dǎo)致軸承腐蝕的原因以外，還有很多原因，例如壓痕失效、膠合失效等，由于篇幅的限制，這里就不再一一介紹了。

2 感應(yīng)電機(jī)軸承故障特征研究

軸承故障可以分成兩種類型，一種是廣義粗糙，就是指由于各種因素的影響使得軸承表面出現(xiàn)了大面積的缺陷，例如軸承表面金屬層脫落、表面形狀不規(guī)則等。另一種是單點(diǎn)缺陷。就是指軸承整體而言沒有出現(xiàn)較大的問題，但是在其表面的某一點(diǎn)或者某一個(gè)部位出現(xiàn)了缺陷。單點(diǎn)缺陷主要集中在內(nèi)外軌道、滾動(dòng)體等部位上。

感應(yīng)電機(jī)軸承故障發(fā)生以后會(huì)出現(xiàn)一定電流特征，相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者經(jīng)過研究以后發(fā)現(xiàn)，感應(yīng)電機(jī)軸承故障發(fā)生以后會(huì)使得定子電流發(fā)生變化。而導(dǎo)致定子電流發(fā)生變化的主要原因就是定轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了氣隙的變化。Schoen對(duì)相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行研究以后，給出了定子電流的故障特征頻率公式。此后，又有人對(duì)其進(jìn)行了更加深入的研究，給出了不同類型軸承故障所導(dǎo)致的氣隙長度變化公式。還有一些專家學(xué)者經(jīng)過研究以后發(fā)現(xiàn)，感應(yīng)電機(jī)軸承故障發(fā)生以后會(huì)導(dǎo)致負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化，并將負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化的頻率定為負(fù)載振動(dòng)頻率。現(xiàn)階段，對(duì)軸承故障進(jìn)行調(diào)制的方式有兩種，這兩種調(diào)制方式都是以上述的研究為依據(jù)的，分別為幅度調(diào)制和相位調(diào)制。在不同振動(dòng)頻率下，定子電流故障特征頻率幅值是不同。

3 結(jié)束語

總之，感應(yīng)電機(jī)在軍事生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)等眾多領(lǐng)域中都有廣泛地應(yīng)用，其能否正常運(yùn)行對(duì)生產(chǎn)制造企業(yè)而言具有重要的意義。但在感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行的過程中由于各種因素的影響不可避免地會(huì)發(fā)生一些故障，其中發(fā)生概率最高的就是軸承故障。因此，必須要加大對(duì)感應(yīng)電機(jī)軸承故障研究的重視，減少軸承故障對(duì)感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行的影響。

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