車輛滾動軸承傳動故障現狀概述及典型故障分析

摘 要：車輛滾動軸承傳動系統故障診斷問題對保障整個傳動系統的安全運行具有重要的作用。本文在本文介紹了車輛滾動軸承傳動故障診斷技術發展現狀的基礎上，分析了齒車輛滾動軸承傳動典型故障方式。

關鍵詞：滾動軸承傳動；故障診斷；典型故障

旋轉機械是國民經濟在主要行業中被廣泛應用的主要設備，在生產企業使用大約占80%。并且旋轉機械具有子系統復雜、非線性因素多以及支承條件特殊等影響因素，所以在工作過程中經常發生故障問題。隨著科技的不斷進步以及工業生產的發展，設備的集成化程度越來越高、系統規模越來越大，并且對設備進行監測時所監測到的狀態信號所包含的信息量也越來越大，導致復雜程度和提取難度也就越來越高。

滾動軸承是多個組建共同配合運動的集合體，安裝和運動過程中的誤差會造成自身的振動。隨著誤差的持續增加，這樣的振動會進一步的發生疊加進而形成了比較復雜的振動信號，這對誤差的分析無疑增加了難度。

本文在前人研究的基礎上，介紹了車輛滾動軸承傳動故障診斷技術發展現狀，并分析了車輛滾動軸承傳動典型故障方式。

1 車輛滾動軸承傳動故障診斷技術發展

隨著科技的進步，故障診斷已經成為了現代設備運行中必不可少的環節。車輛滾動軸承傳動故障診斷是一門涉及到數學、計算機科學、信號處理以及現代傳感器技術等多學科的交叉科學。對信號處理的方法和狀態識別方法如前所述已經有很多種，但目前還沒有一種非常有效的方法和特征量能夠適用于所有的設備和不同的運行狀態。

傳統的故障診斷方法可以簡要描述為三個環節：

第一，使用各種傳感器，采集設備所釋放出的各種物理、化學信號；

第二，對采集到的信號進行前期處理，使用各種方法提取和轉化出我們想要的能夠表征設備狀態的敏感性強、規律性好的特征量；

第三，根據特征量對設備狀態進行識別和診斷，做出決策。

國外針對故障診斷與分析研究開始于20世紀60年代，最初主要是通過測量振動、位移等參數，對其進行簡單的分析處理，從而識別設備故障。為了從滾動軸承設備中提取出傳動過程中斷齒故障的特征信號，針對如何更為有效的排除變速箱中混雜故障信號樣本，提高對故障原因的識別能力。

運用計算機仿真軟件對機械裝備開展工作性能以及故障分析方面的研究是相對簡單、快捷，并利于廣泛推廣的方法。利用計算機仿真軟件對武器裝備進行建模，分析其動態性能，以及各元件對系統整體性能的影響，進而通過建立元件故障模型，仿真系統故障工作狀態，為故障分析提供依據。系統計算機仿真經歷了30多年的演化和更新，基于各種仿真軟件的研究取得了大量進展。

2 車輛滾動軸承傳動典型故障分析

總所周知，滾動軸承是在力的作用下實現轉動的，那么在設計的時候那面會影響到轉動的平穩性，從來使得滾動軸承系統產生振動。如果滾動軸承長時間在振動的環境中工作的話，或造成零件表面的磨損以及內部裂紋的產生，會加劇元件的損壞，最終使得滾動軸承無法正常運轉。根據《GB/T24611-2009/ISO 15243：2004 滾動軸承損傷和失效術語、特征及原因》，可分為以下幾種主要失效形式：

2.1 疲勞剝落失效

由于滾動軸承在高速旋轉的運行工況下，受到頻繁的交變應力作用，滾動軸承中的各個零部件將會承受不同的力。根據疲勞剝離的機理和原因，剝離可分為以下三類：

2.1.1次表面起源型疲勞剝落

按照赫茲接觸理論，在滾動接觸載荷作用下，其微觀結構發生變化，在表面下一定深度處開始出現顯微裂紋。

2.1.2表面起源型疲勞剝落

表面起源型疲勞是由表面損傷引起的失效模式。一般是發生在潤滑條件差并伴有一定程度的滑動時，接觸表面微凸體導致的損傷。

2.1.3點蝕損傷

點蝕是由于電流通過時造成接觸表面材料的遺失。由于絕緣不良或不當，當電流通過滾動體和潤滑油膜，從滾動軸承的一個套圈傳遞到另一個套圈時，會在接觸區發生擊穿放電。

2.2 表面塑性變形

由于滾動軸承在承受重載的情況下，接觸表面會存在應力集中現象，甚至會出現油膜破裂的情況，使得表面直接接觸區域容易發生塑性變形。

2.2.1磨損失效

在力的作用下，滾動軸承的兩個接觸表面形成相對運動而引起表面磨損，磨損失效是滾動軸承最主要的失效形式之一。

2.2.2銹蝕失效

由于水、水汽以及其他腐蝕性介質進入到滾動軸承的表面，會在滾動軸承轉動的過程中出現空化顯現，導致壓力發生驟變，加劇腐蝕現象的發生，持續下去會發生明顯的啃噬情況。

2.2.3膠合失效

滾動軸承的工作離不開摩擦，摩擦過程中產生的熱量會加劇元件之間的粘合，尤其是在潤滑效果不充足的環境下，容易發生膠合現象，嚴重阻礙了滾動軸承的工作效率。

3 結語

旋轉機械是國民經濟在主要行業中被廣泛應用的主要設備，在生產企業使用大約占80%，保證旋轉機械在出現故障時所監測到的振動信號的檢測以及預防具有重要的意義，本文介紹了車輛滾動軸承傳動故障診斷技術發展現狀，并分析了齒車輛滾動軸承傳動典型故障，為后續的車輛滾動軸承傳動故障分析奠定基礎。

參考文獻：

[1] 董文智，張超.基于EEMD能量熵和支持向量機的滾動軸承故障診斷方法[J].中南大學學報，2012，43（3）：183-189.

[2] 時培明，丁雪娟，李庚.一種EMD改進方法及其在旋轉機械故障診斷中的應用[J].振動與沖擊，2013，32（4）：185-190.

[3] 羅邦劼.旋轉機械故障診斷技術的研究現狀及發展趨勢[J].機電產品開發與創新，2008，03：85-86+89.

[4] 王洪偉，陳果，陳立波，等.一種航空發動機滾動軸承磨損故障監測技術[J].航空動力學報，2014，29（9）：2256-2263.

基金項目：重慶市教委科學技術研究項目（KJ1503005）

作者簡介：鄧璘（1984-），女，四川重慶人，講師，碩士，研究方向：車輛設計。