| 概述 7 F2 L0 F/ U' X1 f2 p# _9 g 旋轉(zhuǎn)機(jī)械是設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷工作的重點(diǎn)，而旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障有相當(dāng)大比例與滾動(dòng)軸承有關(guān)。滾動(dòng)軸承是機(jī)器的易損件之一，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障約有30％是因滾動(dòng)軸承引起的，由此可見(jiàn)滾動(dòng)軸承故障診斷工作的重要性。 最初的軸承故障診斷是利用聽(tīng)棒，靠聽(tīng)覺(jué)來(lái)判斷。這種方法至今仍在沿用，其中的一部分已改進(jìn)為電子聽(tīng)診器，例如用電子聽(tīng)診器來(lái)檢查、判斷軸承的疲勞損傷。訓(xùn)練有素的人員憑經(jīng)驗(yàn)?zāi)茉\斷出剛剛發(fā)生的疲勞剝落，有時(shí)甚至能辨別出損傷的位置，但畢竟影響因素較多，可靠性較差。 繼聽(tīng)棒、電子聽(tīng)診器之后，在滾動(dòng)軸承的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷工作中又引入了各種測(cè)振儀，用振動(dòng)位移、速度和加速度的均方根值或峰值來(lái)判斷軸承有無(wú)故障，這樣減少了監(jiān)測(cè)人員對(duì)經(jīng)驗(yàn)的依賴性，提高了監(jiān)測(cè)診斷的準(zhǔn)確性，但仍很難在故障初期及時(shí)做出診斷。: J( U! M5 Z/ } K. `$ d, J Y 1966年，全球主要滾動(dòng)軸承生產(chǎn)商之一，瑞典SKF公司在多年對(duì)軸承故障機(jī)理研究的基礎(chǔ)上發(fā)明了用沖擊脈沖儀（Shock Pulse Meter）檢測(cè)軸承損傷，將滾動(dòng)軸承的故障診斷水平提高了一個(gè)檔次。之后，幾十家公司相繼安裝了大批傳感器用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，在航空飛機(jī)上也安裝了類似的檢測(cè)儀器。 1976年，日本新日鐵株式會(huì)社研制了MCV系列機(jī)器檢測(cè)儀（Machine Checker），可分別在低頻、中頻和高頻段檢測(cè)軸承的異常信號(hào)。同時(shí)推出的還有油膜檢查儀，利用超聲波或高頻電流對(duì)軸承的潤(rùn)滑狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，探測(cè)油膜是否破裂，發(fā)生金屬間直接接觸。1976-1983年，日本精工公司（NSK）相繼研制出了NB系列軸承監(jiān)測(cè)儀，利用1~15kHz范圍內(nèi)的軸承振動(dòng)信號(hào)測(cè)量其RMS值和峰值來(lái)檢測(cè)軸承故障。由于濾除了低頻干擾，靈敏度有所提高，其中有些型號(hào)的儀器儀表還具有報(bào)警、自動(dòng)停機(jī)功能。3 K* O5 {6 `. w+ ^* i5 C7 A+ M% _& m 隨著對(duì)滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的深入研究，對(duì)于軸承振動(dòng)信號(hào)中的頻率成分和軸承零件的幾何尺寸及缺陷類型的關(guān)系有了比較清楚的了解，加之快速傅里葉變換技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)創(chuàng)了用頻域分析方法來(lái)檢測(cè)和診斷軸承故障的新領(lǐng)域。其中最具代表性的有對(duì)鋼球共振頻率的研究，對(duì)軸承圈自由共振頻率的研究，對(duì)滾動(dòng)軸承振動(dòng)和缺陷、尺寸不均勻及磨損之間關(guān)系的研究。1969年，H. L. Balderston根據(jù)滾動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)分析得出了滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體在內(nèi)外滾道上的通過(guò)頻率和滾動(dòng)體及保持架的旋轉(zhuǎn)頻率的計(jì)算公式，以上研究奠定了這方面的理論基礎(chǔ)。目前已有多種信號(hào)分析儀可供滾動(dòng)軸承的故障診斷，美國(guó)恩泰克公司根據(jù)滾動(dòng)軸承振動(dòng)時(shí)域波形的沖擊情況推出的“波尖能量”法及相應(yīng)儀器，對(duì)滾動(dòng)軸承的故障診斷非常有效。還有多種信號(hào)分析處理技術(shù)用于滾動(dòng)軸承的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷，如頻率細(xì)化技術(shù)、倒頻譜、包絡(luò)線分析等。在信號(hào)預(yù)處理上也采用了各種濾波技術(shù)，如相干濾波、自適應(yīng)濾波等，提高了診斷靈敏度。 除了利用振動(dòng)信號(hào)對(duì)軸承運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行診斷監(jiān)測(cè)外，還發(fā)展了其他一些技術(shù)，如光纖維監(jiān)測(cè)技術(shù)、油污染分析法（光譜測(cè)定法、磁性磁屑探測(cè)法和鐵譜分析法等）、聲發(fā)射法、電阻法等，本章將分別介紹這些內(nèi)容。 滾動(dòng)軸承故障的主要形式與原因 滾動(dòng)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中可能會(huì)由于各種原因引起損壞，如裝配不當(dāng)、潤(rùn)滑不良、水分和異物侵入、腐蝕和過(guò)載等都可能會(huì)導(dǎo)致軸承過(guò)早損壞。即使在安裝、潤(rùn)滑和使用維護(hù)都正常的情況下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，軸承也會(huì)出現(xiàn)疲勞剝落和磨損而不能正常工作�？傊瑵L動(dòng)軸承的故障原因是十分復(fù)雜的。滾動(dòng)軸承的主要故障形式與原因如下。 1.疲勞剝落 滾動(dòng)軸承的內(nèi)外滾道和滾動(dòng)體表面既承受載荷又相對(duì)滾動(dòng)，由于交變載荷的作用，首先在表面下一定深度處（最大剪應(yīng)力處）形成裂紋，繼而擴(kuò)展到接觸表面使表層發(fā)生剝落坑，最后發(fā)展到大片剝落，這種現(xiàn)象就是疲勞剝落。疲勞剝落會(huì)造成運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的沖擊載荷、振動(dòng)和噪聲加劇。通常情況下，疲勞剝落往往是滾動(dòng)軸承失效的主要原因，一般所說(shuō)的軸承壽命就是指軸承的疲勞壽命，軸承的壽命試驗(yàn)就是疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定，在滾道或滾動(dòng)體上出現(xiàn)面積為0.5mm2的疲勞剝落坑就認(rèn)為軸承壽命終結(jié)。滾動(dòng)軸承的疲勞壽命分散性很大，同一批軸承中，其最高壽命與最低壽命可以相差幾十倍乃至上百倍，這從另一角度說(shuō)明了滾動(dòng)軸承故障監(jiān)測(cè)的重要性。 2.磨損4 i' h. e# S9 H6 C4 N: V 由于塵埃、異物的侵入，滾道和滾動(dòng)體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)引起表面磨損，潤(rùn)滑不良也會(huì)加劇磨損，磨損的結(jié)果使軸承游隙增大，表面粗糙度增加，降低了軸承運(yùn)轉(zhuǎn)精度，因而也降低了機(jī)器的運(yùn)動(dòng)精度，振動(dòng)及噪聲也隨之增大。對(duì)于精密機(jī)械軸承，往往是磨損量限制了軸承的壽命。* l8 m$ V- S3 f, s+ p 此外，還有一種微振磨損。在軸承不旋轉(zhuǎn)的情況下，由于振動(dòng)的作用，滾動(dòng)體和滾道接觸面間有微小的、反復(fù)的相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生磨損，在滾道表面上形成振紋狀的磨痕。/ l: T+ {( z% O 3.塑性變形# w- F' A8 `# H; m4 v& {- J! Z 當(dāng)軸承受到過(guò)大的沖擊載荷或靜載荷時(shí)，或因熱變形引起額外的載荷，或有硬度很高的異物侵入時(shí)都會(huì)在滾道表面上形成凹痕或劃痕。這將使軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)和噪聲。而且一旦有了壓痕，壓痕引起的沖擊載荷會(huì)進(jìn)一步引起附近表面的剝落。 4.銹蝕! B1 H8 F/ P" Z' g" ? 銹蝕是滾動(dòng)軸承最嚴(yán)重的問(wèn)題之一，高精度軸承可能會(huì)由于表面銹蝕導(dǎo)致精度喪失而不能繼續(xù)工作。水分或酸、堿性物質(zhì)直接侵人會(huì)引起軸承銹蝕。當(dāng)軸承停止工作后，軸承溫度下降達(dá)到露點(diǎn)，空氣中水分凝結(jié)成水滴附在軸承表面上也會(huì)引起銹蝕。此外，當(dāng)軸承內(nèi)部有電流通過(guò)時(shí)，電流有可能通過(guò)滾道和滾動(dòng)體上的接觸點(diǎn)處，很薄的油膜引起電火花而產(chǎn)生電蝕，在表面上形成搓板狀的凹凸不平。 5.斷裂 過(guò)高的載荷會(huì)可能引起軸承零件斷裂。磨削、熱處理和裝配不當(dāng)都會(huì)引起殘余應(yīng)力，工作時(shí)熱應(yīng)力過(guò)大也會(huì)引起軸承零件斷裂。另外，裝配方法、裝配工藝不當(dāng)，也可能造成軸承套圈擋邊和滾子倒角處掉塊。 6.膠合' P L$ p- h8 o4 T' C 在潤(rùn)滑不良、高速重載情況下工作時(shí)，由于摩擦發(fā)熱，軸承零件可以在極短時(shí)間內(nèi)達(dá)到很高的溫度，導(dǎo)致表面燒傷及膠合。所謂膠合是指一個(gè)零部件表面上的金屬粘附到另一個(gè)零件部件表面上的現(xiàn)象。1 S" n. ~9 |7 ?8 P) x 7.保持架損壞9 U8 p' C4 A$ |- v2 Y/ y 由于裝配或使用不當(dāng)可能會(huì)引起保持架發(fā)生變形，增加它與滾動(dòng)體之間的摩擦，甚至使某些滾動(dòng)體卡死不能滾動(dòng)，也有可能造成保持架與內(nèi)外圈發(fā)生摩擦等。這一損傷會(huì)進(jìn)一步使振動(dòng)、噪聲與發(fā)熱加劇，導(dǎo)致軸承損壞。 |
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