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滚动轴承的状态监测与故障判断

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本文中研究滚动轴承故障诊断研究的基本方法将采用滚动轴承的

振动信号分析的方法，采取与正常轴承振动信号作对比的方式，抽样

选取不同轴承振动的信号，通过比对从而判断该滚动轴承的故障类型

并在此基础之上获得其状态监测的方法。

1.监测与诊断的目的和意义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。

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。

2.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仍在使

用，一些工具已经被改进到电子听诊器。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，但是其它的外部原因，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

在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

度的均方根值或峰值来判断轴承是否有故障。这些仪器减少我们对经

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SKF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，很大程度上的提高了滚动轴承的故

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年至1983年，由（NSK）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

（RMS）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Entek公司提出了“波尖能量”

法，并發明了与之匹配的检测仪器。极大的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。3.滚动

轴承的主要失效形式

3.1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。

3.2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。

3.3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会变得不

均匀，由于摩擦接触产生的热变形和摩擦表面可能是