本文摘要：摘 要：本文中研究滾動(dòng)軸承故障診斷研究的基本方法將采用滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)分析的方法，采取與正常軸承振動(dòng)信號(hào)作對(duì)比的方式，抽樣選取不同軸承振動(dòng)的信號(hào)，通過(guò)比對(duì)從而判斷該滾動(dòng)軸承的故障類型并在此基礎(chǔ)之上獲得其狀態(tài)監(jiān)測(cè)的方法。 關(guān)鍵詞：滾動(dòng)軸承;振
摘 要：本文中研究滾動(dòng)軸承故障診斷研究的基本方法將采用滾動(dòng)軸承的振動(dòng)信號(hào)分析的方法，采取與正常軸承振動(dòng)信號(hào)作對(duì)比的方式，抽樣選取不同軸承振動(dòng)的信號(hào)，通過(guò)比對(duì)從而判斷該滾動(dòng)軸承的故障類型并在此基礎(chǔ)之上獲得其狀態(tài)監(jiān)測(cè)的方法。
關(guān)鍵詞：滾動(dòng)軸承;振動(dòng)信號(hào);故障判斷;狀態(tài)監(jiān)測(cè)
1 監(jiān)測(cè)與診斷的目的和意義
滾動(dòng)軸承是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的重要組成部分，同時(shí)也是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中最容易出現(xiàn)故障的部件之一。它具有造價(jià)較低、潤(rùn)滑冷卻方便、運(yùn)行靈敏、使用效率較高、維修便捷等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械行業(yè)應(yīng)用廣泛。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障率中有近30%的故障是由于滾動(dòng)軸承發(fā)生故障而引起的，所以，對(duì)滾動(dòng)軸承的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷進(jìn)行研究勢(shì)在必行。
滾動(dòng)軸承正常運(yùn)行與否，對(duì)于整機(jī)的可靠性、精度以及壽命等性能有很大的影響。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障率中有近30%的故障是由于滾動(dòng)軸承發(fā)生故障而引起的，在將故障診斷技術(shù)運(yùn)用到生產(chǎn)中以后，事故率降低近70%，同時(shí)降低的維修費(fèi)用也有近40%。
利用軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)可以了解軸承的使用性能，并對(duì)可能發(fā)生的故障進(jìn)行早期檢測(cè)，分析和預(yù)測(cè)可能發(fā)生的故障，進(jìn)一步提高設(shè)備的管理水平和維修效率，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。
2 軸承故障診斷的發(fā)展歷程
軸承故障診斷剛開(kāi)始主要是依靠人工聽(tīng)覺(jué)來(lái)診斷，再有就是利用探聽(tīng)棒這種方法在許多企業(yè)中仍在使用，一些工具已經(jīng)被改進(jìn)到電子聽(tīng)診器。例如，當(dāng)使用電子聽(tīng)診器檢測(cè)軸承故障時(shí)，具有經(jīng)驗(yàn)豐富的人員可以憑經(jīng)驗(yàn)診斷軸承疲勞剝落，有時(shí)還可以診斷出損傷發(fā)生的位置，但是其它的外部原因，可靠性有時(shí)會(huì)無(wú)法得到保證。隨著科技的發(fā)展，越來(lái)越多的振動(dòng)儀器被運(yùn)用到在滾動(dòng)軸承的狀態(tài)監(jiān)測(cè)工作中。這些儀器利用振動(dòng)位移、速度和加速度的均方根值或峰值來(lái)判斷軸承是否有故障。這些儀器減少我們對(duì)經(jīng)驗(yàn)的依賴，使得監(jiān)測(cè)和診斷的準(zhǔn)確性有了很大的提高，但是在故障發(fā)生的初始階段仍然很難及時(shí)做出準(zhǔn)確的診斷。
瑞典SKF公司在多年研究軸承故障機(jī)理的基礎(chǔ)上，于1966年發(fā)明了脈沖計(jì)檢測(cè)軸承損傷的方法，很大程度上的提高了滾動(dòng)軸承的故障診斷工作的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。此后，許多公司都安裝了大量的振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)軸承的長(zhǎng)期運(yùn)行，再有就是航天領(lǐng)域也采用了這樣的監(jiān)測(cè)儀器。
1976年至1983年，由(NSK)公司研制了NB系列軸承監(jiān)測(cè)儀。利用軸承振動(dòng)信號(hào)的1～15 kHz范圍，測(cè)量了軸承故障的均方根(RMS)和峰值。通過(guò)對(duì)低頻的濾波，提高了靈敏度。
隨著滾動(dòng)軸承運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)軸承振動(dòng)信號(hào)的頻率分量與軸承幾何尺寸和缺陷類型的關(guān)系有了深刻的認(rèn)識(shí)。滾動(dòng)體共振頻率、滾動(dòng)軸承振動(dòng)與缺陷、非均勻尺寸與磨損的關(guān)系最具代表性。
目前，用于滾動(dòng)軸承故障診斷的信號(hào)分析儀種類繁多。根據(jù)滾動(dòng)軸承振動(dòng)波形在時(shí)域上的分析，美國(guó)Entek公司提出了“波尖能量”法，并發(fā)明了與之匹配的檢測(cè)儀器。極大的推動(dòng)了軸承故障診斷技術(shù)的發(fā)展。滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷有多種分析和處理技術(shù)，如頻率細(xì)化技術(shù)、倒譜技術(shù)、包絡(luò)分析技術(shù)等。為了提高診斷靈敏度，在信號(hào)預(yù)處理中采用了相干濾波和自適應(yīng)濾波等多種濾波技術(shù)。
3 滾動(dòng)軸承的主要失效形式
3.1 疲勞脫落
滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體和內(nèi)外滾道在軸承區(qū)域輪流進(jìn)出。由于長(zhǎng)期載荷變化的影響，疲勞裂紋首先產(chǎn)生于接觸面以下的最大交變剪應(yīng)力的地方，隨后疲勞裂紋會(huì)延伸到接觸表面，在接觸表面會(huì)產(chǎn)生斑點(diǎn)狀的剝落，運(yùn)行時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，點(diǎn)狀剝落也會(huì)慢慢的發(fā)展為更大的剝落，此種情況稱為疲勞剝落。疲勞剝落是滾動(dòng)軸承失效的最主要原因，因此，軸承壽命通常是指軸承的疲勞壽命。
3.2 磨損
磨損的主要原因是滾珠與滾道之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及有異物進(jìn)入滾道而引起的表面磨損。另外，潤(rùn)滑狀態(tài)不良也會(huì)使得軸承的磨損更加嚴(yán)重，最終使得軸承游隙超過(guò)最大允許的游隙，使得其表面粗糙度增加從而降低了軸承的工作精度，軸承也因此無(wú)法正常工作而發(fā)生故障。
3.3 膠合
在高速、重載的工況下，軸承滾道與滾動(dòng)體接觸表面有輕微的凹凸不平或存在異物顆粒使得工作表面受到的力會(huì)變得不均勻，由于摩擦接觸產(chǎn)生的熱變形和摩擦表面可能是部分融化從而導(dǎo)致表面燒傷及膠合。
3.4 斷裂
當(dāng)軸承承受過(guò)大的載荷和振動(dòng)時(shí)，內(nèi)、外圈的缺陷位置將反復(fù)受到振動(dòng)體的沖擊，缺陷將逐漸擴(kuò)展和斷裂。
3.5 銹蝕
潤(rùn)滑油中含有水或空氣中的水分凝結(jié)在軸承上會(huì)使得其表面發(fā)生銹蝕。當(dāng)軸承內(nèi)部有較大的電流通過(guò)會(huì)造成電腐蝕，使得表面摩擦不均。
3.6 其他
另外，裝配和使用方式不正確可能會(huì)使保持架發(fā)生變形，保持架與滾動(dòng)體之間的摩擦?xí)兇�，使它與滾動(dòng)體粘在一起，還有可能會(huì)使保持架與內(nèi)外圈之間的摩擦變大。振動(dòng)和噪音進(jìn)一步變大，最終造成軸承損壞失效。
4 滾動(dòng)軸承的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)
滾動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)主要包括振動(dòng)信號(hào)分析、軸承潤(rùn)滑狀態(tài)監(jiān)測(cè)、溫度檢測(cè)等。
4.1 振動(dòng)信號(hào)分析診斷法
在滾動(dòng)軸承的監(jiān)測(cè)診斷方法中使用最廣泛的一種方法就是振動(dòng)信號(hào)分析診斷法。當(dāng)滾動(dòng)軸承表面部分受損時(shí)，軸承會(huì)產(chǎn)生周期性的寬帶脈沖激勵(lì)信號(hào)。 滾動(dòng)軸承振動(dòng)的頻譜結(jié)構(gòu)可分為三類。
(1)低頻譜(低于1kHz)，包括軸承的故障特征頻率和加工誤差引起的振動(dòng)特征頻率。對(duì)于低頻段的頻段譜線進(jìn)行分析，可以診斷軸承的相應(yīng)故障。
(2)中頻譜(1～20 kHz)，軸承表面損傷而引起的軸承的固有振動(dòng)頻率。一般是采用共振調(diào)節(jié)技術(shù)獲得高信噪比的振動(dòng)信號(hào)，從而進(jìn)行軸承故障分析。
推薦閱讀：《軸承》(月刊)創(chuàng)刊于1958年，由洛陽(yáng)軸承研究所主管、主辦，是中國(guó)軸承行業(yè)唯一國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行的軸承科技及其應(yīng)用期刊。
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)自發(fā)表學(xué)術(shù)論文網(wǎng)：http:///jzlw/19426.html
