滚动轴承故障诊断分析

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1、滚动轴承故障诊断滚动轴承是应用最为广泛的机械零件质疑，同时，它也是机器中最容易损坏的元件之一。许多旋转机械的故障都与滚动轴承的状态有关。据统计，在使用滚动轴承的旋转机械中，大约有30%的机械故障都是由于轴承而引起的。可见，轴承的好坏对机器工作状态影响极大。通常，由于轴承的缺陷会导致机器产生振动和噪声，甚至会引起机器的损坏。而在精密机械中（如精密机床主轴、陀螺等），对轴承的要求就更高，哪怕是在轴承上有微米级的缺陷，都会导致整个机器系统的精度遭到破坏。最早使用的轴承诊断方法是将听音棒接触轴承部位，依靠听觉来判断轴承有无故障。这种方法至今仍

2、在使用，不过已经逐步使用电子听诊器来替代听音棒以提高灵敏度。后来逐步采用各式测振仪器、仪表并利用位移、速度或加速度的均方根值或峰峰值来判断轴承有无故障。这可以减少对设备检修人员的经验的依赖，但仍然很难发现早期故障。随着对滚动轴承运动学、动力学的深化研究，对轴承振动信号中频率成分和轴承零件的几何尺寸及缺陷类型的关系有了比较清楚的了解，FFT级数的发展也使得利用频率域分析和检测轴承故障成为一种有效的途径。也是目前滚动轴承监测诊断的基础。从发展的历程看，滚动轴承故障检测诊断技术大致经历了以下阶段：1961年，W.F.Stokey完成了轴承圈

3、自由共振频率公式的推导，并发表；1964年，O.G.Gustafsson研究了滚动轴承振动和缺陷、尺寸不均匀及磨损之间的关系，这与目前诊断滚动轴承故障的方法是基本一致的；1969年，H.L.Balderston根据滚动轴承的运动分析得出了滚动轴承的滚动体在内外滚道上的通过频率和滚动体及保持架的旋转频率的计算公式。至此，有关滚动轴承监测诊断的理论体系已经基本完成；1976年，日本新日铁株式会社研制了MCV-021A机器检测仪，其方法是通过检测低频、中频和高频段轴承的信号特征来判断轴承的工作状态；1976～1983年之间，日本精工公司也积

4、极在滚动轴承检测仪器方面做工作，相继推出了NB系列轴承检测仪，利用1～15kHz范围内的轴承振动信号的有效值（rms）和峰峰值（p－p）来诊断轴承的故障；1980年代至今，以改良频率分析的方法来精密诊断滚动轴承的故障、确定故障位置，一直是精密诊断采取的必备方法，其中包括细化谱分析、倒频谱分析、共振解调技术、包络分析技术等。在检测用传感器技术方面，除了加速度传感器外，还发展了红外、声发射、接触电阻、滚动轴承专用检测传感器（如美国本特利公司的REBAM），其目的都是尽量提高故障信号的灵敏度和信号的直接感知程度。从滚动轴承监测诊断技术的发展

5、来看，解决滚动轴承故障诊断的基本方法主要有：1、传感器技术；2、合理的滤波技术；3、与传统FFT技术的结合。本章介绍的方法仍以振动分析方法为主。10.1滚动轴承的主要故障形式1.疲劳剥落滚动轴承工作时，滚道和滚动体表面既承受载荷又相对滚动，由于交变载荷的作用，首先在表面一定深度处（最大剪应力处）形成裂纹，继而扩展到接触表层发生剥落坑，最后发展到大片剥落，这种现象就叫疲劳剥落。疲劳剥落会造成运转时的冲击载荷，使振动和噪声加剧。在正常工作条件下，疲劳剥落往往是滚动轴承寿命的主要原因。我们习惯上所说的轴承寿命就是指轴承疲劳寿命。我们可以将滚

6、动轴承的疲劳剥落过程总结如下表：运动形态原因发展历程响应特性滚道和滚动体相对滚动，承受载荷交变载荷表面一定深度下（最大剪应力处）形成裂纹——接触表层剥落坑——大片剥落振动、噪声加剧2.磨损由于滚道和滚动体的相对运动（包括滚动和滑动）和尘埃异物的侵入等都会引起表面磨损，而当润滑不良时更是加剧了表面磨损。磨损的结果使轴承游隙增大，表面粗糙度增加，从而降低了轴承的运转精度，因而也降低了机器的整体运动精度，振动及噪声也随之增大。对于精密机械中所使用的轴承，往往就是因为磨损量限制了轴承的寿命。此外还有一种所谓的微振磨损。当轴承本身不旋转而手到振

7、动时，由于滚动体和滚道接触面间有微小的、往复的相对滑动，因而导致微振磨损产生，其结果在滚道上形成波纹状的磨痕。运动形态原因发展历程响应特性滚道和滚动体相对滚动与滑动滑动、异物侵入磨损——游隙增大——精度降低振动、噪声加剧3.塑性变形在工作负荷过重的情况下，轴承受到过大的冲击载荷或静载荷，或者因为热变形引起额外的载荷，或者当有高硬度的异物侵入时，都会在滚道表面上形成凹痕或划痕。这将使轴承在运转时产生剧烈的振动和噪声。而且，一旦产生上述凹痕，由此所引起的冲击载荷可能还会进一步引起附近表面的剥落。4.腐蚀腐蚀也是滚动轴承的常见故障之一。当水

8、分直接侵入轴承时就会引起轴承腐蚀，另一方面，当轴承停止工作时，轴承温度下降达到露点，空气中的水分凝结成水滴吸附在轴承的表面上也会引起腐蚀。此外，当轴承内部有电流通过时，在滚道和滚动体之间的接触点处，电流通过很薄的油膜引起