車輛滾動軸承傳動故障現(xiàn)狀概述及典型故障分析

摘 要：車輛滾動軸承傳動系統(tǒng)故障診斷問題對保障整個傳動系統(tǒng)的安全運行具有重要的作用。本文在本文介紹了車輛滾動軸承傳動故障診斷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析了齒車輛滾動軸承傳動典型故障方式。

關(guān)鍵詞：滾動軸承傳動；故障診斷；典型故障

旋轉(zhuǎn)機械是國民經(jīng)濟在主要行業(yè)中被廣泛應(yīng)用的主要設(shè)備，在生產(chǎn)企業(yè)使用大約占80%。并且旋轉(zhuǎn)機械具有子系統(tǒng)復(fù)雜、非線性因素多以及支承條件特殊等影響因素，所以在工作過程中經(jīng)常發(fā)生故障問題。隨著科技的不斷進步以及工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，設(shè)備的集成化程度越來越高、系統(tǒng)規(guī)模越來越大，并且對設(shè)備進行監(jiān)測時所監(jiān)測到的狀態(tài)信號所包含的信息量也越來越大，導(dǎo)致復(fù)雜程度和提取難度也就越來越高。

滾動軸承是多個組建共同配合運動的集合體，安裝和運動過程中的誤差會造成自身的振動。隨著誤差的持續(xù)增加，這樣的振動會進一步的發(fā)生疊加進而形成了比較復(fù)雜的振動信號，這對誤差的分析無疑增加了難度。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，介紹了車輛滾動軸承傳動故障診斷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，并分析了車輛滾動軸承傳動典型故障方式。

1 車輛滾動軸承傳動故障診斷技術(shù)發(fā)展

隨著科技的進步，故障診斷已經(jīng)成為了現(xiàn)代設(shè)備運行中必不可少的環(huán)節(jié)。車輛滾動軸承傳動故障診斷是一門涉及到數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)、信號處理以及現(xiàn)代傳感器技術(shù)等多學(xué)科的交叉科學(xué)。對信號處理的方法和狀態(tài)識別方法如前所述已經(jīng)有很多種，但目前還沒有一種非常有效的方法和特征量能夠適用于所有的設(shè)備和不同的運行狀態(tài)。

傳統(tǒng)的故障診斷方法可以簡要描述為三個環(huán)節(jié)：

第一，使用各種傳感器，采集設(shè)備所釋放出的各種物理、化學(xué)信號；

第二，對采集到的信號進行前期處理，使用各種方法提取和轉(zhuǎn)化出我們想要的能夠表征設(shè)備狀態(tài)的敏感性強、規(guī)律性好的特征量；

第三，根據(jù)特征量對設(shè)備狀態(tài)進行識別和診斷，做出決策。

國外針對故障診斷與分析研究開始于20世紀(jì)60年代，最初主要是通過測量振動、位移等參數(shù)，對其進行簡單的分析處理，從而識別設(shè)備故障。為了從滾動軸承設(shè)備中提取出傳動過程中斷齒故障的特征信號，針對如何更為有效的排除變速箱中混雜故障信號樣本，提高對故障原因的識別能力。

運用計算機仿真軟件對機械裝備開展工作性能以及故障分析方面的研究是相對簡單、快捷，并利于廣泛推廣的方法。利用計算機仿真軟件對武器裝備進行建模，分析其動態(tài)性能，以及各元件對系統(tǒng)整體性能的影響，進而通過建立元件故障模型，仿真系統(tǒng)故障工作狀態(tài)，為故障分析提供依據(jù)。系統(tǒng)計算機仿真經(jīng)歷了30多年的演化和更新，基于各種仿真軟件的研究取得了大量進展。

2 車輛滾動軸承傳動典型故障分析

總所周知，滾動軸承是在力的作用下實現(xiàn)轉(zhuǎn)動的，那么在設(shè)計的時候那面會影響到轉(zhuǎn)動的平穩(wěn)性，從來使得滾動軸承系統(tǒng)產(chǎn)生振動。如果滾動軸承長時間在振動的環(huán)境中工作的話，或造成零件表面的磨損以及內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生，會加劇元件的損壞，最終使得滾動軸承無法正常運轉(zhuǎn)。根據(jù)《GB/T24611-2009/ISO 15243：2004 滾動軸承損傷和失效術(shù)語、特征及原因》，可分為以下幾種主要失效形式：

2.1 疲勞剝落失效

由于滾動軸承在高速旋轉(zhuǎn)的運行工況下，受到頻繁的交變應(yīng)力作用，滾動軸承中的各個零部件將會承受不同的力。根據(jù)疲勞剝離的機理和原因，剝離可分為以下三類：

2.1.1次表面起源型疲勞剝落

按照赫茲接觸理論，在滾動接觸載荷作用下，其微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在表面下一定深度處開始出現(xiàn)顯微裂紋。

2.1.2表面起源型疲勞剝落

表面起源型疲勞是由表面損傷引起的失效模式。一般是發(fā)生在潤滑條件差并伴有一定程度的滑動時，接觸表面微凸體導(dǎo)致的損傷。

2.1.3點蝕損傷

點蝕是由于電流通過時造成接觸表面材料的遺失。由于絕緣不良或不當(dāng)，當(dāng)電流通過滾動體和潤滑油膜，從滾動軸承的一個套圈傳遞到另一個套圈時，會在接觸區(qū)發(fā)生擊穿放電。

2.2 表面塑性變形

由于滾動軸承在承受重載的情況下，接觸表面會存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，甚至?xí)霈F(xiàn)油膜破裂的情況，使得表面直接接觸區(qū)域容易發(fā)生塑性變形。

2.2.1磨損失效

在力的作用下，滾動軸承的兩個接觸表面形成相對運動而引起表面磨損，磨損失效是滾動軸承最主要的失效形式之一。

2.2.2銹蝕失效

由于水、水汽以及其他腐蝕性介質(zhì)進入到滾動軸承的表面，會在滾動軸承轉(zhuǎn)動的過程中出現(xiàn)空化顯現(xiàn)，導(dǎo)致壓力發(fā)生驟變，加劇腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，持續(xù)下去會發(fā)生明顯的啃噬情況。

2.2.3膠合失效

滾動軸承的工作離不開摩擦，摩擦過程中產(chǎn)生的熱量會加劇元件之間的粘合，尤其是在潤滑效果不充足的環(huán)境下，容易發(fā)生膠合現(xiàn)象，嚴(yán)重阻礙了滾動軸承的工作效率。

3 結(jié)語

旋轉(zhuǎn)機械是國民經(jīng)濟在主要行業(yè)中被廣泛應(yīng)用的主要設(shè)備，在生產(chǎn)企業(yè)使用大約占80%，保證旋轉(zhuǎn)機械在出現(xiàn)故障時所監(jiān)測到的振動信號的檢測以及預(yù)防具有重要的意義，本文介紹了車輛滾動軸承傳動故障診斷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，并分析了齒車輛滾動軸承傳動典型故障，為后續(xù)的車輛滾動軸承傳動故障分析奠定基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1] 董文智，張超.基于EEMD能量熵和支持向量機的滾動軸承故障診斷方法[J].中南大學(xué)學(xué)報，2012，43（3）：183-189.

[2] 時培明，丁雪娟，李庚.一種EMD改進方法及其在旋轉(zhuǎn)機械故障診斷中的應(yīng)用[J].振動與沖擊，2013，32（4）：185-190.

[3] 羅邦劼.旋轉(zhuǎn)機械故障診斷技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2008，03：85-86+89.

[4] 王洪偉，陳果，陳立波，等.一種航空發(fā)動機滾動軸承磨損故障監(jiān)測技術(shù)[J].航空動力學(xué)報，2014，29（9）：2256-2263.

基金項目：重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究項目（KJ1503005）

作者簡介：鄧璘（1984-），女，四川重慶人，講師，碩士，研究方向：車輛設(shè)計。