淺談滾動軸承故障研究現狀及未來走向

摘 要：早在20世紀60年代，國內外的專家學者們就對軸承故障開始了深入的研究與探索，隨著技術的不斷推進，軸承診斷技術已經發展成為一門獨立的學科，定位為一種綜合信息的處理技術。文章分析了滾動軸承主要故障形成原因，并提出了診斷方法以防止故障發生。指出診斷技術的不足及現狀和發展趨勢。

關鍵詞：滾動軸承；故障研究；技術走向

1 滾動軸承的故障特點及形式

我們知道，滾動軸承具有壽命離散程度大的特點，如果根據一般處理形式，依據軸承的設計壽命安排對其定期維修，是行不通的。應該隨時對工況進行監測和故障判別，以達到對軸承使用的合理安排。有效控制設備精度下降及事故發生的機率，同時保護軸承，使軸承的使用壽命得以延長，節省成本。總體來說，滾動軸承的主要故障形式有以下6種，接下來我們就對其分別進行介紹：

1.1 疲勞剝落。滾動軸承工作過程中，滾道和滾動體主要承受兩方面的壓力作用。一是承受載荷，二是相對滾動產生壓力。經過多次的交變載荷作用，會在軸承表面形成裂紋，久而久之就會擴展到接觸表層，從剝落坑處開始大片剝落，我們稱這種現象為疲勞剝落。[1]滾動軸承故障的主要原因之一就是疲勞剝落。通常我們所講的軸承壽命指的就是軸承的疲勞壽命。

1.2 磨損。常見的一種軸承損壞形式，滾道和滾動體發生相對運動，自然而然的塵埃異物會侵入，同時當潤滑不良時軸承表面磨損不可避免。磨損后，增大了滾動軸承縫隙以及表面粗糙度，使滾動軸承的工作精度下降，從而也降低了設備整體運行精度。隨之而來的振動及噪聲會增大。

1.3 腐蝕。滾動軸承腐蝕的原因有很多，比如水、潮濕空氣的直接侵入，通電時有電流通過滾動軸承，電流很容易在滾道和滾動體之間很薄的油膜處引起火花，溫度上升，熔融表面，從而形成不同形狀的凹凸現象，被腐蝕掉。

1.4 塑性變形。當工作負荷過大的情況下，巨大的沖撞載荷或靜載荷作用在滾動軸承上，同時伴隨著由于熱變形而帶來的其它載荷，或者有高硬度的異物碰撞時，不可避免的劃痕就出現在軸承上。導致滾動軸承工作時有強烈的振動和噪聲出現。而且，若軸承上出現凹痕，由沖擊載荷所引起的附近表面的剝落也是極有可能的。

1.5 斷裂。當軸承或者其他軸承體等部件過載時，超過其承載極限時就會引起滾動軸承的破裂。此外，在磨削、加工、熱處理或者裝配時，軸承上存在著殘余應力，或者運轉時熱應力過大等，也都是引起滾動軸承零件的斷裂的主要原因。

1.6 膠合。我們稱一個表面的金屬黏貼到另一表面的現象為膠合。其產生的原因有潤滑不良、高速重載等摩擦劇烈的情況。這樣滾動軸承零件的溫度會在短時間內達到極高，表面的損傷及損壞就很容易出現了。

2 運轉中滾動軸承的檢查項目

軸承運轉中，我們要對其滾動聲音、振動情況、溫度以及潤滑狀況等狀態進行檢測、檢查，以免出現故障未能及時發現。

2.1 聲音

我們可以對運轉的軸承進行聲音上的判斷，通過聽聲音，來判斷軸承運行的良好與否。軸承在運轉時即使有輕微的損傷，我們也會聽到異常音或者不規則音。

2.2 振動

通過測量軸承的振動狀態，可以分析軸承剝落、擠壓、腐蝕、裂痕、磨損等現象。因為振動對軸承損傷是很敏感的，細微的損傷也會通過振動表現出來。所以，我們往往采用頻率分析器等軸承振動測量器對振動大小進行測量，再通過分析振動頻率深刻推斷軸承的問題。[2]值得一提的是對軸承的判斷標準要在對每臺設備的測量值分析比較后確定，因為軸承的使用環境、傳感器的位置等都對測量有影響。

2.3 溫度

隨著設備的運轉，軸承的溫度會逐漸的上升，一般情況，兩個小時后溫度趨于穩定。由于設備的熱容量，散熱度，轉速的不同，軸承的要求溫度也不同。但若不采用潤滑劑，或者安裝不對，必然會使軸承溫度急劇上升。此時必須切斷電源，采取防范措施。熱傳感器是目前應用比較廣泛的監控設備，可時時監測軸承溫度。當溫度超過規定值時會自動提出警報，防止事故發生。

2.4 潤滑

潤滑是軸承運轉過程中不可或缺的。良好的潤滑對軸承摩擦、磨損、溫升等有重要效果。經調查顯示，近40%的軸承都是因為潤滑不好而損壞。同時良好的潤滑也是減少軸承摩擦的重要手段。除此之外，潤滑對軸承的散熱，防銹、密封、緩和沖擊等都起到了良好的作用。

3 現有診斷技術的局限及不足

基于傳統的軸承故障分析方法已經不能適應現代設備的軸承故障排除要求。在運行狀態較為理想的條件下，不復雜的設備軸承診斷尚可使用，數據基本符合事實；但是面對精密設備的檢測，或者復雜的工況下及時簡單的設備檢測，其結果也是不能夠全部相信，因為大量事實證明，誤診、漏診發生的頻率很大，于是軸承診斷技術的推廣和進一步發展勢在必行，傳統的技術已經阻礙了新技術的發展。

4 滾動軸承診斷技術現狀及趨勢

早在20世紀60年代，國內外的專家學者們就對軸承故障開始了深入的研究與探索，不斷出現不同的方法與技巧，且應用領域也不局限于軸承診斷，精度也在逐漸提高。

軸承故障診斷的發展經歷了以下四個階段，即采用頻譜分析儀對軸承故障進行診斷；采用沖擊脈沖技術對軸承故障進行診斷；采用共振解調技術對軸承故障進行診斷；采用以計算機為核心的技術進行診斷。

伴隨技術的不斷發展，一些新的故障診斷理論和測試、處理方法在不斷出現。目前，基于信號處理技術的診斷方法有兩種：其一，如分析頻譜法、沖擊脈沖法、解調共振法等傳統的軸承故障分析方式；其二，如時頻分析法、非高斯信號處理法、智能診斷法、非線性技術處理法等基于現代信號處理技術的故障診斷方式。[3]

目前，我國引進了很多國外的信號與信息處理方法，如Priestley演變譜、短時Fourier變換、小波分析、非線性時間序列分析等，結合這些技術，國內振動信號分析技術取得了較大進展，無論是在非線性、非穩態下，還是非高斯特征處理方面，都擁有了一定的進步，并取得了經濟效益。盡管如此，以上所提到的幾種信號處理方法并非十分完善，也存在缺陷，比如面對旋轉機械設備，以上方法沒有考慮到設備固有的周期時變性等。

另外，目前我們所掌握的信息處理技術在低信噪比振動信號的特征提取方面還處于初級階段。滾動軸承的振動信號會因為經過不同的傳遞途徑伴隨的干擾，常常會使震動信號隱藏在干擾中，致使信號特征不明顯，提取困難。對于該問題還沒有得到有效的處理方式。

參考文獻

[1]楊國安.機械設備故障診斷實用技術叢書：滾動軸承故障診斷實用技術[M].中國石油大學出版社，2012.

[2]才家剛，王勇.滾動軸承實用常識[M].機械工業出版社，2011.

[3]陳龍.滾動軸承應用技術[M].機械工業出版社，2010.