滚动轴承的状态监测与故障判断.pdfVIP

滚动轴承是旋转机械的重要组成部分，同时也是旋转机械中最容易出现故障

的部件之一。它具有造价较低、润滑冷却方便、运行灵敏、使用效率较高、维修

便捷等优点，在机械行业应用广泛。据有关统计显示，在旋转机械故障率中有近

30%的故障是由于滚动轴承发生故障而引起的，所以，对滚动轴承的状态监测和

故障诊断进行研究势在必行。

监测与诊断的目的和意义

滚动轴承正常运行与否，对于整机的可靠性、精度以及寿命等性能有很大的影

响。据有关统计显示，在旋转机械故障率中有近30%的故障是由于滚动轴承发生故

障而引起的，在将故障诊断技术运用到生产中以后，事故率降低近70%，同时降低

的维修费用也有近40%。

利用轴承状态监测技术可以了解轴承的使用性能，并对可能发生的故障进行早期检

测，分析和预测可能发生的故障，进一步提高设备的管理水平和维修效率，经济效益十

分显著。

轴承故障诊断的发展历程

轴承故障诊断刚开始主要是依靠人工听觉来诊断，再有就是利用探听棒，这种

方法在许多企业中目前仍在使用，不过一些工具已经被改进到电子听诊器等。

例如，当使用电子听诊器检测轴承故障时，具有经验丰富的人员可以凭经验诊

断轴承疲劳剥落，有时还可以诊断出损伤发生的位置，但由于其它的外部原因，这

种方法的可靠性有时会无法得到保证。

随着科技的发展，越来越多的振动仪器被运用到滚动轴承的状态监测工作中。

这些仪器利用振动位移、速度和加速度的均方根值（RMS）或峰值来判断轴承是否

有故障。这些仪器减少了我们对经验的依赖，使得监测和诊断的准确性有了很大的

提高，但是在故障发生的初始阶段仍然很难及时做出准确的诊断。

瑞典公司在多年研究轴承故障机理的基础上，于1966年发明了脉冲计检测轴

承损伤的方法，很大程度上提高了滚动轴承故障诊断工作的准确性和及时性。此后，

许多公司都安装了大量的振动监测传感器来监测轴承的长期运行，再有就是航天领

域也采用了这样的监测仪器。

1976-1983年，公司研制了NB系列轴承监测仪，利用轴承振动信号的

1~15kHz范围，测量了轴承故障的均方根和峰值。通过对低频的滤波，提高了灵

敏度。

随着滚动轴承运动学和动力学的发展，人们对轴承振动信号的频率分量与轴承

几何尺寸和缺陷类型的关系有了深刻的认识。滚动体共振频率、滚动轴承振动与缺

陷、非均匀尺寸与磨损的关系最具代表性。

目前，用于滚动轴承故障诊断的信号分析仪种类繁多。根据滚动轴承振动波形

在时域上的分析，美国公司提出了“波尖能量”法，并發明了与之匹配的检测仪器，

极大推动了轴承故障诊断技术的发展。

滚动轴承状态监测和故障诊断有多种分析和处理技术，如频率细化技术、倒谱技术、

包络分析技术等。为了提高诊断灵敏度，在信号预处理中采用了相干滤波和自适应滤波

等多种滤波技术。

滚动轴承的主要失效形式

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疲劳脱落

滚动轴承的滚动体和内外滚道在轴承区域轮流进出。由于长期载荷变化的影响，

疲劳裂纹首先产生于接触面以下的最大交变剪应力的地方，随后疲劳裂纹会延伸到

接触表面，在接触表面会产生斑点状的剥落，运行时间越来越长，点状剥落也会慢

慢的发展为更大的剥落，此种情况称为疲劳剥落。疲劳剥落是滚动轴承失效的最主

要原因，因此，轴承寿命通常是指轴承的疲劳寿命。

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磨损

磨损的主要原因是滚珠与滚道之间的相对运动以及有异物进入滚道而引起的表

面磨损。另外，润滑状态不良也会使得轴承的磨损更加严重，最终使得轴承游隙超

过最大允许的游隙，使得其表面粗糙度增加从而降低了轴承的工作精度，轴承也因

此无法正常工作而发生故障。

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胶合

在高速、重载的工况下，轴承滚道与滚动体接触表面有轻微的凹凸不平或存在

异物颗粒，使得工作表面受到的力变得不均匀，由于摩擦接触产生的热变形和摩擦

表面可能是部分融化从而导致表面烧伤及胶合。