侯坤（kūn）　王冰

（新鄉職業技術學院；新鄉市高級技（jì）工學校，河南新鄉　453006）

　　摘　要：本章（zhāng）著重分（fèn）析（xī）機械傳動係統關鍵零（líng）部件----滾動軸承的主要故障模式、失效機理及其故（gù）障演化規律，從而為滾動軸（zhóu）承的退化狀態識別與預測方法研究奠定基礎。

　　關鍵詞：滾動軸承；疲勞剝落；磨（mó）損；振動
　　滾動軸承（rolling bearing）是將運轉的軸與軸座之間的滑動摩擦變為滾（gǔn）動摩擦，從而減少摩擦損失的一種精密的機械（xiè）元件。滾動軸承一般由外圈，內圈，滾（gǔn）動體和保（bǎo）持架組成。滾動軸承一般由內（nèi）圈、外圈、滾動體和（hé）保（bǎo）持架四（sì）部分組成，內圈的作用是與軸相配合（hé）並與軸一起旋轉；外圈（quān）作用是與軸承座相配合，起支撐作用；滾動體是（shì）借助於保持架均勻的將滾動體分布（bù）在內圈和外圈（quān）之間，其形狀大小和數量直接影（yǐng）響著滾動軸承的使（shǐ）用性能和壽命；保持架能使滾動體均勻分（fèn）布，防止滾動體脫落，引導滾動體旋轉起潤滑（huá）作用。由於滾動軸承的徑（jìng）向尺寸較大，減振能（néng）力較差（chà），高（gāo）速時，聲響較（jiào）大，壽命低，所以它經常出現故（gù）障。

　　一、滾動軸承的（de）主要故障模（mó）式

　　由於滾（gǔn）動軸（zhóu）承的材料缺陷，加工或裝配不當，潤滑不良，水（shuǐ）分和異物侵入，腐蝕以（yǐ）及過載等（děng）原因都可能導致早期損壞。當然，即使在安裝、潤滑或使用正常的情況下，經過一（yī）段時間的運轉，軸承也會出現疲勞剝落和（hé）磨損等現象影響機器的正常工作。疲勞剝（bāo）落和磨損是滾動（dòng）軸承Z為常見的（de）兩種故障形式。

　　（一）疲勞剝落

　　在滾動軸（zhóu）承中，滾動體或套圈滾動表麵由於接觸負荷的反複作用，從（cóng）表麵形成細小裂紋，隨著以後的持續負荷運轉，裂紋（wén）逐（zhú）漸發展到表（biǎo）麵（miàn），致使材料像岩塊一樣裂開，直至金屬表層產生片狀或點坑狀（zhuàng）剝落，這種現象叫做疲勞剝落。其主要原因是疲勞應力（lì）造成的，有時由於潤滑不良或強（qiáng）迫安裝所致。隨著滾動軸承的繼續運轉，損（sǔn）壞逐步增大。因（yīn）為脫落的碎片被滾壓在其餘部分滾道（dào）上，並給那裏造（zào）成局部超負荷而（ér）進一步（bù）使滾道損壞。軸承運轉時，一旦發（fā）生疲勞剝落，其振動和噪聲將急劇惡化（huà）。在正常工作（zuò）條件下，疲勞（láo）剝落往往是滾（gǔn）動軸承故障的主要原因。

　　（二）磨損（sǔn）失效

　　磨損是滾動軸承Z常見的一種失（shī）效形式。在滾動軸承運轉中，滾動體和套（tào）圈之間均存在（zài）滑動，這些滑動會引起零件接觸麵的磨損。尤其在軸承中侵（qīn）入金屬粉末、氧化物以及其他硬質顆粒（lì）時，則形成嚴重的磨料磨損，使之更為加劇（jù）。另外，由於振動和磨料的共同作用，對於處在非旋轉狀態的（de）滾動軸承。會在套圈上形成與鋼球節距相（xiàng）同的（de）凹坑，即（jí）為摩擦腐蝕現象。如果軸（zhóu）承與座孔或軸頸配合太鬆，在運行中引起的相對運動，又會造成軸（zhóu）承座孔或軸徑的磨損。當磨（mó）損量較大時，軸（zhóu）承便產生遊隙（xì）噪聲，振動增大。不論何（hé）種損（sǔn）傷形式（shì），隻要其損傷累積到一定程度時，便會引起（qǐ）滾動（dòng）軸承的動特性異常。這些異常的主要表現為振動和噪聲急劇惡化、摩擦力矩和溫升急劇增加（jiā）、潤滑劑異常、運轉不靈活，嚴重時甚至發（fā）生軸（zhóu）承“卡死（sǐ）”而不能運轉。

　　二、滾動軸承的（de）振動機理

　　與齒輪振動（dòng）機理類似，軸承振（zhèn）動原因大多（duō）也可以歸結為（wéi）不同軸承元件的碰撞和衝擊。在軸承運（yùn）轉過程中（zhōng），由（yóu）於軸承本身（shēn）的結構特（tè）點、加工裝配誤差以及故障等因素的作用，軸對軸承和（hé）軸承座等組成的振動係（xì）統產生激勵，從而產（chǎn）生振動並傳遞到齒輪箱殼體，被傳感（gǎn）器接收（shōu）後其中包含了軸承的狀態信息。

　　在軸旋轉時，由於滾子在不同位置所受作用力（lì）不（bú）同，承載的滾子數目也（yě）不盡相同，這些（xiē）軸承特（tè）性造成軸承剛度的變化，引起（qǐ）軸承振動。另一方麵，軸承加工時表麵波紋度、粗糙度（dù）、形位誤差（chà）以及裝配誤差等原因造成的交（jiāo）變激振力也會導致軸承振動，由於這些因素的影響規律（lǜ）非常複雜，因此這些激（jī）振（zhèn）力導致（zhì）的軸承振動相應（yīng）地（dì）包含多（duō）個頻率成分並（bìng）具有較強的隨機性。如（rú）果軸（zhóu）承存在剝落等表麵故障，當損傷點通過軸承接觸區域時，會產生（shēng）突變的衝擊脈衝力，這（zhè）個衝擊脈衝是短時寬帶信號，激發軸承固有頻率振動，產生衝擊振動（dòng）。由於損傷點周（zhōu）期性通過軸承（chéng）元件接（jiē）觸區域，其（qí）振動（dòng）信號中包含低（dī）頻振動成分，其頻率可（kě）以通過轉速和軸承的結構（gòu）參數求（qiú）得，並且當損傷發（fā）生在軸承不同組件（滾子、外環、內環）時，這些低頻振動信號的頻率也各不相同，稱之為軸承故障特征頻率，這（zhè）些（xiē）特征頻率是軸承診斷的重要信息。

　　綜（zōng）上所述，實（shí）際傳動部件的振動信號是（shì）齒輪、軸承、軸和支（zhī）撐座等各個部（bù）件相互作（zuò）用的結（jié）果，其表現形（xíng）式非常複雜。根據上文對齒輪和軸承振動的分析，可以把這些由於不同因素產生的振動分（fèn）為兩類：一是“故障”振動，也就是齒輪或軸承故障導致的振動，這些振動（dòng）包括齒輪故障引（yǐn）起的衝擊振動和（hé）調製振動，以（yǐ）及軸承故障導致的頻率等於軸承故障特征頻率的振動等（děng）；二是各部件結構特點決定的振動，這些振動成分無（wú）論齒輪或軸承發生故（gù）障與否，都（dōu）存在於所獲取的（de）振動信號中，例如齒輪的齧合振動和軸承（chéng）的固有振動等。除此之外，其它動部件（jiàn）的（de）振動信號以（yǐ）及隨機（jī）噪聲也會被安（ān）裝的（de）傳感（gǎn）器（qì）接（jiē）收（shōu），進一步（bù）加大了齒輪或軸承故障診斷的難度。這些振動信號中，除了與故障診（zhěn）斷有關的“故障”振動外，其它振動都可以（yǐ）視為背景噪聲信（xìn）號，而且往往背（bèi）景噪聲信號的能量（liàng）比“故障”振動大的多，因此需要對所獲取的振動信號進行分析和處理，從這種強噪聲背景下的微弱狀態特征信號中提取有用信息（xī）用於（yú）故障診斷和預測。

　　參考（kǎo）文獻

　　[1]於（yú）群齊富民聞天苑.Z新軸承設計與技術規範、故障診斷實務全書.當代中國（guó）音像出版社，2005。

　　[2]何加群.發（fā）展中的中（zhōng）國軸承工藝裝備.何加群，2006。

　　[3]祝燮權.實用滾動軸承手冊.上海科學技術出版（bǎn）社，2010。

來源：《科（kē）學與（yǔ）財富》2012年（nián）第3期（qī）