滾動(dòng)軸承是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的重要零件，統(tǒng)計(jì)表明，在使用滾動(dòng)軸承的旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，大約有30%的機(jī)械故障都是滾動(dòng)軸承引起的。采用狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷技術(shù)后，事故發(fā)生率可降低75%，維修費(fèi)用可減少25%～50%。

一、滾動(dòng)軸承的失效形式

(一)疲勞剝落

滾動(dòng)軸承的內(nèi)外滾道和滾動(dòng)體交替進(jìn)入和退出承載區(qū)域，這些部件因長(zhǎng)時(shí)間承受交變載荷的作用，首先從接觸表面以下**交變切應(yīng)力處產(chǎn)生疲勞裂紋，繼而擴(kuò)展到接觸表面在表層產(chǎn)生點(diǎn)狀剝落，逐步發(fā)展到大片剝落，稱之為疲勞剝落。

(二)磨損

由于滾道和滾動(dòng)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和塵埃異物引起表面磨損，潤(rùn)滑不良會(huì)加劇磨損，結(jié)果使軸承游隙增大，表面粗糙度增加，降低了軸承運(yùn)轉(zhuǎn)精度，因而也降低了機(jī)器的運(yùn)動(dòng)精度，表現(xiàn)為振動(dòng)水平及噪聲的增大。

(三)擦傷

由于軸承內(nèi)外滾道和滾動(dòng)體接觸表面上的微觀凸起或硬質(zhì)顆粒使接觸面受力不均，在潤(rùn)滑不良、高速重載工況下，因局部摩擦產(chǎn)生的熱量造成接觸面局部變形和摩擦焊合，嚴(yán)重時(shí)表面金屬可能局部熔化，接觸面上作用力將局部摩擦焊接點(diǎn)從基體上撕裂。

(四)斷裂

當(dāng)軸承所受載荷、振動(dòng)過大時(shí)，內(nèi)外圈的缺陷位置在滾動(dòng)體的反復(fù)沖擊下，缺陷逐步擴(kuò)展而斷裂。

(五)銹蝕

水分或酸、堿性物質(zhì)直接侵入會(huì)引起軸承銹蝕。當(dāng)軸承內(nèi)部有軸電流通過時(shí)，在滾道和滾動(dòng)體的接觸點(diǎn)處引起電火花而產(chǎn)生電蝕，在表面上形成搓板狀的凹凸不平。

二、滾動(dòng)軸承的失效過程

軸承失效通常劃分為四個(gè)階段：

(一)第一階段：軸承的超聲頻率振動(dòng)階段

軸承最早期的故障是表現(xiàn)在250kHz～350kHz范圍的超聲頻率的振動(dòng)異常，隨著故障的發(fā)展，異常頻率逐漸下降移到20kHz～60kHz，此時(shí)的軸承微小故障可被沖擊包絡(luò)和聲發(fā)射的方法檢測(cè)到，沖擊包絡(luò)值**可達(dá)0.5gE(加速度包絡(luò)，振動(dòng)分析中表示振幅的一個(gè)加速度指標(biāo))。

(二)第二階段：軸承的固有頻率振動(dòng)階段

隨著軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)，軸承滾動(dòng)表面會(huì)產(chǎn)生輕微的缺陷，這些輕微缺陷引起的振動(dòng)會(huì)激起軸承部件的固有頻率(fn)振動(dòng)或軸承支承結(jié)構(gòu)共振，一般振動(dòng)頻率在500Hz～2kHz。同時(shí)該頻率還作為載波頻率調(diào)制軸承的故障頻率。起初只能觀察到這個(gè)頻率本身，后期表現(xiàn)為在固有頻率附近出現(xiàn)邊頻。如果用加速度包絡(luò)法檢測(cè)會(huì)發(fā)現(xiàn)其包絡(luò)值會(huì)上升*0.5～1.OgE左右。此時(shí)，軸承仍可安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

(三)第三階段：軸承缺陷頻率及其倍頻振動(dòng)階段

隨著軸承微小缺陷的進(jìn)一步擴(kuò)展，軸承缺陷頻率及其倍頻開始出現(xiàn)，隨著軸承磨損的進(jìn)一步發(fā)展，更多缺陷頻率的倍頻開始出現(xiàn)，圍繞這些倍頻以及軸承部件固有頻率的邊頻帶數(shù)量也逐步上升。此時(shí)軸承的振動(dòng)已經(jīng)比較明顯，應(yīng)考慮盡早更換軸承。

(四)第四階段：軸承隨機(jī)寬帶振動(dòng)階段

軸承已經(jīng)接近完全失效，軸承的壽命已經(jīng)接近尾聲，甚*工頻也受其影響而上升并產(chǎn)生許多工頻的倍頻，而原先離散的軸承缺陷頻率和固有頻率開始"消失"，取而代之是隨機(jī)的寬帶高頻"噪聲振動(dòng)"，高頻噪聲振動(dòng)和包絡(luò)值有所下降，但就在軸承最終失效前，包絡(luò)沖擊值會(huì)大幅上升。

三、滾動(dòng)軸承的振動(dòng)特征分析方法

(一)　特征參數(shù)法

特征參數(shù)法的優(yōu)點(diǎn)在于僅有少數(shù)指標(biāo)用于解釋軸承的狀態(tài)，　結(jié)果分析簡(jiǎn)單和方便。在滾動(dòng)軸承診斷中常用的特征參數(shù)包括有效值、峰值等各種時(shí)域特征參數(shù)和**頻率等各種頻域參數(shù)。

(三)　頻譜分析法

滾動(dòng)軸承的振動(dòng)其頻率成分十分豐富，　既含有低頻成分，又含有高頻成分。每一種特定的故障都對(duì)應(yīng)特定的頻率成分，　需要通過適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理方法將特定的頻率成分分離出來，　從而指出特定故障的存在。

(三)包絡(luò)法

包絡(luò)法的優(yōu)點(diǎn)包括它能區(qū)分同時(shí)發(fā)生在同一個(gè)軸承中的數(shù)種故障特征的特征，將與故障有關(guān)的信號(hào)從高頻調(diào)制信號(hào)中取出，　從而避免了與其它低頻干擾的混淆，　具有極高的診斷可靠性和靈敏度。

當(dāng)軸承某一元件表面出現(xiàn)局部損傷時(shí)，在受載運(yùn)行過程中要撞擊與它接觸的表面而產(chǎn)生沖擊脈沖力。由于沖擊脈沖力的頻帶很寬，包含軸承組件、軸承座、　機(jī)器結(jié)構(gòu)及傳感器的固有頻率，　所以必然激起測(cè)振系統(tǒng)的共振。因此，測(cè)得的振動(dòng)加速度信號(hào)包含著多個(gè)載波共振頻率，　以及調(diào)制于其上的故障特征頻率和其諧波成分。從而可以根據(jù)實(shí)際情況選取某一共振頻率為**，使微弱的軸承故障信號(hào)搭載在高幅值的諧振頻段傳遞出來，再對(duì)所測(cè)信號(hào)進(jìn)行**值處理，之后采用低通濾波，即可獲得調(diào)制信號(hào)的包絡(luò)線，然后進(jìn)行快速傅立葉變換FFT，即可得到包含故障特征頻率及其倍頻成分的低頻包絡(luò)信號(hào)，　對(duì)包絡(luò)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析就可以很容易地診斷出軸承的故障來，這個(gè)過程也稱為共振解調(diào)。

四、結(jié)語

了解軸承故障的形式和軸承故障的發(fā)展階段，對(duì)于診斷軸承故障是十分必要的。掌握軸承故障診斷的分析原理和方法是準(zhǔn)確診斷軸承故障的前提。