| 概述 & t; \0 L4 p: N' J+ |- g6 u 旋轉機械是設備狀態監測與故障診斷工作的重點，而旋轉機械的故障有相當大比例與滾動軸承有關。滾動軸承是機器的易損件之一，據不完全統計，旋轉機械的故障約有30％是因滾動軸承引起的，由此可見滾動軸承故障診斷工作的重要性。# V2 _* X( O8 a5 H1 V) X 最初的軸承故障診斷是利用聽棒，靠聽覺來判斷。這種方法至今仍在沿用，其中的一部分已改進為電子聽診器，例如用電子聽診器來檢查、判斷軸承的疲勞損傷。訓練有素的人員憑經驗能診斷出剛剛發生的疲勞剝落，有時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。0 ?( J8 [: f. d 繼聽棒、電子聽診器之后，在滾動軸承的狀態監測與故障診斷工作中又引入了各種測振儀，用振動位移、速度和加速度的均方根值或峰值來判斷軸承有無故障，這樣減少了監測人員對經驗的依賴性，提高了監測診斷的準確性，但仍很難在故障初期及時做出診斷。 1966年，全球主要滾動軸承生產商之一，瑞典SKF公司在多年對軸承故障機理研究的基礎上發明了用沖擊脈沖儀（Shock Pulse Meter）檢測軸承損傷，將滾動軸承的故障診斷水平提高了一個檔次。之后，幾十家公司相繼安裝了大批傳感器用于長期監測軸承的運轉情況，在航空飛機上也安裝了類似的檢測儀器。) b9 c2 g0 A; q$ P 1976年，日本新日鐵株式會社研制了MCV系列機器檢測儀（Machine Checker），可分別在低頻、中頻和高頻段檢測軸承的異常信號。同時推出的還有油膜檢查儀，利用超聲波或高頻電流對軸承的潤滑狀態進行監測，探測油膜是否破裂，發生金屬間直接接觸。1976-1983年，日本精工公司（NSK）相繼研制出了NB系列軸承監測儀，利用1~15kHz范圍內的軸承振動信號測量其RMS值和峰值來檢測軸承故障。由于濾除了低頻干擾，靈敏度有所提高，其中有些型號的儀器儀表還具有報警、自動停機功能。 隨著對滾動軸承的運動學、動力學的深入研究，對于軸承振動信號中的頻率成分和軸承零件的幾何尺寸及缺陷類型的關系有了比較清楚的了解，加之快速傅里葉變換技術的發展，開創了用頻域分析方法來檢測和診斷軸承故障的新領域。其中最具代表性的有對鋼球共振頻率的研究，對軸承圈自由共振頻率的研究，對滾動軸承振動和缺陷、尺寸不均勻及磨損之間關系的研究。1969年，H. L. Balderston根據滾動軸承的運動分析得出了滾動軸承的滾動體在內外滾道上的通過頻率和滾動體及保持架的旋轉頻率的計算公式，以上研究奠定了這方面的理論基礎。目前已有多種信號分析儀可供滾動軸承的故障診斷，美國恩泰克公司根據滾動軸承振動時域波形的沖擊情況推出的“波尖能量”法及相應儀器，對滾動軸承的故障診斷非常有效。還有多種信號分析處理技術用于滾動軸承的狀態監測與故障診斷，如頻率細化技術、倒頻譜、包絡線分析等。在信號預處理上也采用了各種濾波技術，如相干濾波、自適應濾波等，提高了診斷靈敏度。2 Y7 L- I& ^1 P6 i3 A k4 y 除了利用振動信號對軸承運行狀態進行診斷監測外，還發展了其他一些技術，如光纖維監測技術、油污染分析法（光譜測定法、磁性磁屑探測法和鐵譜分析法等）、聲發射法、電阻法等，本章將分別介紹這些內容。 滾動軸承故障的主要形式與原因 # f; p: c! S% t6 z1 r 滾動軸承在運轉過程中可能會由于各種原因引起損壞，如裝配不當、潤滑不良、水分和異物侵入、腐蝕和過載等都可能會導致軸承過早損壞。即使在安裝、潤滑和使用維護都正常的情況下，經過一段時間運轉，軸承也會出現疲勞剝落和磨損而不能正常工作。總之，滾動軸承的故障原因是十分復雜的。滾動軸承的主要故障形式與原因如下。 1.疲勞剝落; j2 p" Q3 w+ X% {2 R' @ 滾動軸承的內外滾道和滾動體表面既承受載荷又相對滾動，由于交變載荷的作用，首先在表面下一定深度處（最大剪應力處）形成裂紋，繼而擴展到接觸表面使表層發生剝落坑，最后發展到大片剝落，這種現象就是疲勞剝落。疲勞剝落會造成運轉時的沖擊載荷、振動和噪聲加劇。通常情況下，疲勞剝落往往是滾動軸承失效的主要原因，一般所說的軸承壽命就是指軸承的疲勞壽命，軸承的壽命試驗就是疲勞試驗。試驗規程規定，在滾道或滾動體上出現面積為0.5mm2的疲勞剝落坑就認為軸承壽命終結。滾動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，這從另一角度說明了滾動軸承故障監測的重要性。$ A4 X6 k m7 L6 B0 @* x 2.磨損 由于塵埃、異物的侵入，滾道和滾動體相對運動時會引起表面磨損，潤滑不良也會加劇磨損，磨損的結果使軸承游隙增大，表面粗糙度增加，降低了軸承運轉精度，因而也降低了機器的運動精度，振動及噪聲也隨之增大。對于精密機械軸承，往往是磨損量限制了軸承的壽命。 此外，還有一種微振磨損。在軸承不旋轉的情況下，由于振動的作用，滾動體和滾道接觸面間有微小的、反復的相對滑動而產生磨損，在滾道表面上形成振紋狀的磨痕。6 i/ t3 f" w8 ?/ i3 N0 [ 3.塑性變形 當軸承受到過大的沖擊載荷或靜載荷時，或因熱變形引起額外的載荷，或有硬度很高的異物侵入時都會在滾道表面上形成凹痕或劃痕。這將使軸承在運轉過程中產生劇烈的振動和噪聲。而且一旦有了壓痕，壓痕引起的沖擊載荷會進一步引起附近表面的剝落。# x, v0 @4 k) L% w* N2 a! J 4.銹蝕 銹蝕是滾動軸承最嚴重的問題之一，高精度軸承可能會由于表面銹蝕導致精度喪失而不能繼續工作。水分或酸、堿性物質直接侵人會引起軸承銹蝕。當軸承停止工作后，軸承溫度下降達到露點，空氣中水分凝結成水滴附在軸承表面上也會引起銹蝕。此外，當軸承內部有電流通過時，電流有可能通過滾道和滾動體上的接觸點處，很薄的油膜引起電火花而產生電蝕，在表面上形成搓板狀的凹凸不平。! d7 j' Y7 f: b# r% P1 H 5.斷裂 過高的載荷會可能引起軸承零件斷裂。磨削、熱處理和裝配不當都會引起殘余應力，工作時熱應力過大也會引起軸承零件斷裂。另外，裝配方法、裝配工藝不當，也可能造成軸承套圈擋邊和滾子倒角處掉塊。& v3 s; ~/ ^2 A' ^! r8 }8 b, ~* S 6.膠合3 u1 r2 @9 I$ T# S 在潤滑不良、高速重載情況下工作時，由于摩擦發熱，軸承零件可以在極短時間內達到很高的溫度，導致表面燒傷及膠合。所謂膠合是指一個零部件表面上的金屬粘附到另一個零件部件表面上的現象。 7.保持架損壞+ l& P+ a; p& y% t 由于裝配或使用不當可能會引起保持架發生變形，增加它與滾動體之間的摩擦，甚至使某些滾動體卡死不能滾動，也有可能造成保持架與內外圈發生摩擦等。這一損傷會進一步使振動、噪聲與發熱加劇，導致軸承損壞。 |
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