低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動軸承故障診斷技巧

丁洋

（嘉興學(xué)院，浙江 嘉興314000）

1 低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動軸承故障的危害

在低轉(zhuǎn)速設(shè)備中使用最多的零件之一就是滾動軸承，這也是最容易損壞的零件之一。由于低轉(zhuǎn)速設(shè)備往往受重載，所以軸承也安裝在主要部位，一旦突然損壞將會對設(shè)備造成很多影響，使設(shè)備停機(jī)，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時也是后期的維修變得困難。據(jù)統(tǒng)計，在使用軸承的設(shè)備中，有超過30%的設(shè)備損壞是由于軸承的故障造成的。在非計劃的停機(jī)維修時，我們可能會付出很大代價，在生產(chǎn)線上大型設(shè)備因軸承突然損壞而導(dǎo)致的一系列的經(jīng)濟(jì)損失可能是有計劃的正常維修的幾十倍，這造成的損失是巨大的。所以低轉(zhuǎn)速滾動軸承故障的診斷是非常有必要的，這在很大程度上可以幫助我們降低經(jīng)濟(jì)損失。

2 低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動軸承故障的產(chǎn)生

2.1 滾動軸承疲勞點(diǎn)蝕

在重力作用下，滾動軸承的內(nèi)外圈由于接觸而產(chǎn)生接觸應(yīng)力。在接觸應(yīng)力的作用下，經(jīng)過一段時間后，滾動軸承上因材料壽命或質(zhì)量不合格的接觸面會產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕，這是造成疲勞點(diǎn)蝕的重要因素。同時軸承內(nèi)外圈的相對滾動與相對滑動、潤滑油在接觸面之間相對運(yùn)動滾動軸承也會導(dǎo)致疲勞點(diǎn)蝕。疲勞點(diǎn)蝕是滾動軸承發(fā)生損壞的主要原因之一，這也是低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動軸承發(fā)生故障的重要原因。

2.2 滾動軸承塑性變形

塑性變形是指軸承受到重載荷和沖擊載荷、或者溫度過高而產(chǎn)生的額外載荷、或是外界雜質(zhì)的入侵而產(chǎn)生的軸承刮痕。對于低轉(zhuǎn)速軸承來說，局部塑性形變是它主要的失效形式之一。而且低轉(zhuǎn)速設(shè)備往往受重載荷作用，所以滾動軸承一旦產(chǎn)生塑性形變，這些刮痕引起的沖擊載荷會對滾動軸承產(chǎn)生進(jìn)一步的破壞，使軸承失效，造成故障的產(chǎn)生。

2.3 滾動軸承的磨損

滾動軸承隨著使用的時間的增加，會產(chǎn)生一定程度的故障。如:在使用過程中，滾動軸承與滾動體之間會出現(xiàn)雜質(zhì)，這就會導(dǎo)致滾動軸承與滾動體間的相對滑動，時間一久就會造成表面磨損，這將會降低設(shè)備的精度與使用壽命。在靜止時，由于雜質(zhì)的存在，會導(dǎo)致滾動軸承與滾動體在這個接觸點(diǎn)處的載荷增大，在表面產(chǎn)生凹痕，這對軸承的使用壽命產(chǎn)生很大的影響。

2.4 企業(yè)選用的測量標(biāo)準(zhǔn)

大多數(shù)企業(yè)都使用軸承的振動速度來作為判斷軸承是否是故障的標(biāo)準(zhǔn)。然而因為轉(zhuǎn)速較慢，低速設(shè)備的振動速度變化不明顯，通常低轉(zhuǎn)速設(shè)備的滾動軸承故障時也基本處于檢測的標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)，所以低速設(shè)備很難通過軸承的振動速度來判斷軸承是否故障。當(dāng)振動速度的曲線有較大改變，甚至出現(xiàn)高峰值高頻率的振動曲線是，說明此時滾動軸承的故障已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重，隨時可能會發(fā)生剪切、扭轉(zhuǎn)等破壞。

3 低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動軸承故障的診斷方法

3.1 沖擊脈沖法

沖擊脈沖法就是利用軸承的滾動產(chǎn)生的一個高頻率的沖擊來確定滾動軸承是否故障的方法，當(dāng)滾動軸承滾過有缺陷的位置時，會生成一個能量相對較大、頻率相對較低的沖擊，這種沖擊隨著滾動軸承缺陷部位缺陷的增大而增大，而后這些沖擊信號被傳感器收集，通過觀測這些信號參數(shù)是否在標(biāo)準(zhǔn)值內(nèi)，來判斷滾動軸承有無故障。這個方法也有一定的局限性，在噪音較大或受到其他沖擊的情況下，會對收集的信號產(chǎn)生很大的干擾，此時這種并不適用。

3.2 故障信號的智能診斷

隨著近些年科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人工智能技術(shù)飛速發(fā)展。滾動軸承故障信號的智能診斷技術(shù)就是利用了人工智能技術(shù)中的專家系統(tǒng)、知識工程和遺傳算法等技術(shù)和滾動軸承的參數(shù)或信號相結(jié)合用于故障的診斷。這種方法可以通過對滾動軸承各個時期的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行分析，從而判斷滾動軸承是否發(fā)生故障。由于這種技術(shù)的計算速度較慢，無法及時提供數(shù)據(jù)。比如在軸承工作的后期，可能軸承已經(jīng)了發(fā)生故障，但系統(tǒng)還沒有診斷出故障，所以有時很難滿足對滾動軸承故障判斷的及時性的需求。但對于剛開始工作的低轉(zhuǎn)速設(shè)備的滾動軸承來說這種方法具有很大作用，可以起到很好的檢測故障的作用，可以實現(xiàn)對軸承的實時的監(jiān)測的需要，對軸承的情況也可以有很好的了解。

3.3 應(yīng)力波檢測技術(shù)

應(yīng)力波是指失效部件之間進(jìn)行相對運(yùn)動產(chǎn)生的表面波，由滾動軸承內(nèi)外圈的摩擦和磨損產(chǎn)生的雜質(zhì)與外來雜質(zhì)的相對運(yùn)動使?jié)L動軸承表面產(chǎn)生凹槽、裂痕和形變都可以產(chǎn)生應(yīng)力波。應(yīng)力波因子技術(shù)是材料會在外力作用下產(chǎn)生的聲發(fā)射現(xiàn)象為基礎(chǔ)來進(jìn)行研究的，該技術(shù)基本原理是，在部件表面某一位置處用驅(qū)動器激發(fā)應(yīng)力波，然后在這個表面的其他位置使用接收器接收信號，并對這些信號進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果對該部件內(nèi)部的損傷進(jìn)行檢測。部件內(nèi)部的損傷和這些損傷部位的周圍的反饋信號都會與正常部位有較大的區(qū)別。許多現(xiàn)代學(xué)者認(rèn)為這種技術(shù)是比較適合于低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動軸承故障診斷的。

3.4 數(shù)據(jù)特征的及時提取分析

這種方法是利用對滾動軸承的時域參數(shù)進(jìn)行分析，從這些產(chǎn)生中提取出一些有特征的參數(shù)，如果這些數(shù)據(jù)與正常值相比較有較大偏差，可以通過這些特征量與正常值的比較，對滾動軸承進(jìn)行故障診斷。通過對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷這些數(shù)據(jù)是否處于在正常范圍內(nèi)，進(jìn)而得到滾動軸承的狀態(tài)和情況，這種方法也可以對軸承故障進(jìn)行診斷。這種方法較上一種方法的好處是及時，可以及時得到任一時刻的數(shù)據(jù)，對軸承故障進(jìn)行有效的預(yù)防。

3.5 將低轉(zhuǎn)速參數(shù)轉(zhuǎn)化為高轉(zhuǎn)速參數(shù)并分析

可以通過采集滾動軸承的振動速度和振動高頻加速度的波形，與正常值相比對，進(jìn)行分析，得到較高的滾動軸承故障診斷的準(zhǔn)確率。由于低轉(zhuǎn)速設(shè)備被采集到的振動能量較低，所以通常需要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。一般考慮速度能量的補(bǔ)償，使加速度乘上補(bǔ)償因子，通常補(bǔ)償因子是3000 轉(zhuǎn)每分鐘與所測得速度的比值。而且對于比較重要的設(shè)備，可以把補(bǔ)償因子的取值取的略大一些。這樣就可以把低轉(zhuǎn)速滾動軸承的參數(shù)轉(zhuǎn)換到高轉(zhuǎn)速的參數(shù)，用轉(zhuǎn)換后的參數(shù)進(jìn)行分析，這樣可以大大提升低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動軸承故障診斷的準(zhǔn)確率。

4 結(jié)論

由于低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動軸承發(fā)生故障危害較大，造成的經(jīng)濟(jì)損失也較大，同時常規(guī)診斷也較難發(fā)現(xiàn)問題，因此采用一個合適的故障診斷方法是有必要的。具體來說，可以采用沖擊脈沖法、應(yīng)力波檢測技術(shù)、故障信號的智能診斷數(shù)據(jù)、特征的及時提取分析、將低轉(zhuǎn)速參數(shù)轉(zhuǎn)化為高轉(zhuǎn)速參數(shù)并分析這些方法來進(jìn)行低轉(zhuǎn)速設(shè)備滾動軸承的故障診斷，最終能使?jié)L動軸承使用壽命的延長，或者提前找出可能會發(fā)生故障的滾動軸承，并作出相應(yīng)的更換方案，降低設(shè)備損壞的可能性。我相信在未來將會有更多好的方法來解決這個問題。