滾動軸承的故障產生機理與常用診斷技術

金 艷，齊 威

(大連工業大學，遼寧 大連 116034)

0 引言

滾動軸承是機械傳動過程中最常用的輔助性部件，也是機械產品的標準件之一，滾動軸承的應用使機械傳動結構的使用壽命大幅增加，更使傳動件的性能和振動噪音等都大幅降低。在機械傳動結構運轉的過程中，滾動軸承是使用最頻繁的部件之一，也是很容易產生損壞的部件之一。據生產實際統計，在轉動類的機械零件使用過程中，超過30%的故障是由于滾動軸承出現問題而引起的，因此滾動軸承工作狀態的好壞對機械裝備的工作狀態影響很大，若滾動軸承的運轉狀態不良，很可能導致整體的傳動效率降低，甚至會因為受力不良而導致局部零件產生損壞，因此，針對滾動軸承的故障問題，采取合理的維修與診斷方法，對于優化機械裝備工作狀態和延長機具的使用壽命具有重要的意義。

1 滾動軸承的結構與優勢

1.1 主要結構

滾動軸承的主要作用是能夠將原始的滑動摩擦轉變為滾動摩擦，滾動軸承主要應用于軸與軸座之間，是一種能夠有效減少摩擦損失的機械部件。滾動軸承的結構主要由內圈、外圈、滾動體和保持架4個部分組成，圖1是最常用的深溝球軸承結構，其滾動體多采用鋼制球體，利用保持架將滾動體固接，并與內圈、外圈共同組合成軸承的整體。

在滾動軸承中，內圈主要用來與軸進行配合，而外圈多與軸座或軸承室進行配合，滾動體的形式有多種多樣，如圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承等，可應用于不同的機械傳動場合。滾動軸承的使用需要由良好的潤滑作保障，根據不同的使用場合可采用脂潤滑或潤滑油潤滑，潤滑介質能有效降低軸承的摩擦力，減少磨損問題的發生，以保證軸承良好的使用壽命。

1.2 應用優勢

滾動軸承的應用優勢主要包括以下幾點：一是滾動軸承具有顯著的節能作用，由于滾動摩擦的阻力遠遠小于滑動摩擦的阻力，因此，其應用相對于普通的滑動軸承而言約可節約10%～20%的能量消耗；二是滾動軸承的結構形式具有一定的調心功能，當軸中心線與軸承座孔中心線傾斜的角度在許可范圍內，滾動軸承仍具備正常工作的能力，對于加工精度不高的配合，也可采用自調心軸承來進行匹配；三是成本較低且維修方便，滾動軸承作為標準件在大批量生產的條件下，綜合制造成本很低，在機械結構中進行應用不會明顯提高機具的成本。同時，在進行維修時，由于配件眾多，因此可更換性良好，維修成本很低。隨著機械產品種類的增多，滾動軸承在精密儀器、高速重載、高溫腐蝕、自動化設備等眾多場合仍具有極高的應用價值。

2 滾動軸承的故障產生機理

盡管滾動軸承在制造工藝、結構和使用條件等方面都具有明顯的提升，但是在機械產品復雜的工作過程中，軸承作為易損件仍有一定的概率會出現故障問題，下面針對滾動軸承故障產生的主要機理進行分析。

2.1 磨損問題造成的故障

磨損問題是傳動零部件故障問題的主要原因之一，對于滾動軸承來說產生磨損異常故障的主要原因包括以下幾點：一是潤滑狀態不良，當出現潤滑油、潤滑脂不足，或潤滑油、潤滑脂品質不佳時，都可能產生潤滑狀態不良的問題，使軸承內外圈與滾動體間存在一定的干摩擦現象，造成軸承的早期磨損問題；二是在軸承的運轉環境中，如果進入過量的灰塵或雜物，也會因為軸承的運轉狀態異常而產生磨損問題，不僅精度和使用壽命明顯下降，還會出現明顯的振動和噪音。

2.2 疲勞損壞造成的故障

在滾動軸承運轉的過程中，始終受到傳動結構的復雜作用力影響，使軸承連續且頻繁地受到交變載荷的影響，容易在軸承的深層位置出現裂紋。當軸承已經出現細小的裂紋，在后期的頻繁使用中，裂紋會持續擴展，引起疲勞損壞出現表層金屬材料剝落的問題，軸承的疲勞損壞會導致潤滑油和潤滑脂中的金屬雜質明顯增多，進而引起磨損的加劇，二者共同作用下軸承的使用壽命將會大幅縮減。

2.3 膠合問題造成的故障

造成滾動軸承出現膠合問題的原因是多方面的，日常使用中最常見的原因包括潤滑不良、工作溫度過高、工作負載過大、轉速超速等，膠合問題產生的機理是在軸承運轉的過程中，軸承中的熱量不能及時散發出去，導致熱量累積使軸承的溫度急劇升高，超過軸承的承受極限后會產生軸承的表面燒蝕、金屬粘連等嚴重損毀問題。

2.4 配合不當造成的故障

通常情況下滾動軸承內圈與軸的配合采用基孔制，而外圈與軸承室的配合應采用基軸制，對于旋轉的部件，軸承的外圈通常應具有一定的過盈量，以保證可靠的傳動關系，并有利于軸承的使用壽命。但在實際的設計和生產制造過程中，常存在著配合間隙選擇和應用不合理的問題，若過盈量不足，軸承安裝不牢靠，易出現曠量而引發振動，使軸承及其傳動件受振動沖擊而影響使用壽命，若過盈量過大，軸承的外圈會受到較大的擠壓力，導致軸承內部的徑向間隙減少，軸承轉動困難、摩擦阻力增大，也會造成軸承故障的發生。

2.5 使用不當造成的故障

對于滾動軸承的檢查和保養不及時，也是造成軸承故障問題的原因之一，當軸承在使用過程中出現了故障問題，應及時進行檢查和維修，若檢查與維修不及時，則會因為軸承磨損加劇、潤滑失效、散熱不良等造成軸承的嚴重損壞。此外，在檢查和拆卸軸承的過程中，還可能因為拆裝方式不正確導致軸承變型、開裂等，而產生相應的機械故障。

3 滾動軸承的常用診斷技術

針對滾動軸承的故障診斷技術具有很多方法，總體來說包括常規方法和智能診斷兩種形式。

3.1 常規診斷技術

常規的故障診斷方法包括人工觀察、聲音觀察、溫度檢測、拆卸檢測等，這需要維修人員具有足夠的機械維修經驗，從而準確判斷故障問題的位置，并對其進行維修。常規的故障診斷方法具有一定的盲目性，故障的最終位置可能需要多次拆卸不同位置才能確定，這造成了維修時間的延長和效率的降低。

3.2 新型診斷技術

隨著科學技術的不斷進步，很多先進的滾動軸承檢測設備被研發和應用到機械檢修工作中，現階段廣泛普及的新技術包括了振動分析、油液分析、噪聲分析、無損探傷等，而近年來，隨著計算機技術的應用，將傳感器技術與計算機技術結合應用，能夠獲得高度自動化的診斷效果，新的故障診斷可結合多種傳感器技術綜合進行，通過傳感器將獲取到的數據信息發送給計算機，再由計算機利用相應的算法和技術進行數據分析與診斷。現階段常用的數據分析診斷技術包括：時域分析、頻域分析、時頻分析、非線性分析等，使滾動軸承的故障判斷更加精確與便捷，同時維修的效率也得到大幅提升。

4 結語

綜上所述，滾動軸承性能的有效發揮與軸承的工作狀態密切相關，在滾動軸承的應用、設計和裝配過程中，應嚴格按照使用環境和受力特點進行科學選型，保證軸承使用的合理性。同時，在機械傳動機構工作的過程中，應密切關注軸承部件的工作狀態，發現狀態異常要做到及時合理的維修，確保滾動軸承始終處于最佳的狀態下工作。