易损轴承的损坏机理分析 (DEMO)

易损轴承的故障机理分析

一、引言

在我们日常的设备检测和维修工作中会发现，一些设备的轴承较其它设备（同类）损坏几率要高。一般我们知道轴承的正常使用寿命应在1万小时以上，然而事实上一部分轴承使用寿命只有几千小时就已失效。而且失效原因时常不易查明。

二、易损故障机理分析

一般轴承运行中各部件受力较均匀，所以轴承损坏几率低。而当轴承受到额外附加力作用时，轴承部分零部件会受到很大的应力，致使过早发生疲劳而失效，其中一些原因很难判断。如：轴承不对中等装配问题尤其难判断。

1.轴承不对中实际上反映的是轴承坐座标高和左右位置出现偏差，由于结构上的原因，轴承在水平方向和垂直方向上具有不同的刚度和阻尼，不对中的存在加大了这种差别，虽然油膜既有弹性又有阻尼，能够在一定的程度上弥补不对中的影响，但当不对中过大时会使轴承的工作条件改变，使转子产生附加的力和力矩，甚至使转子失稳和产生碰摩。

2.轴承不对中使轴颈中心的平衡位置发生变化，使轴系的载荷重新分配，负荷大的轴承油膜呈现非线性，在一定的条件下出现高次谐波振动。负荷较轻的轴承易引起油膜涡动进而导致油膜振荡，支承负荷的变化还使轴系的临界转速和振型发生改变。

3.轴承不对中在多组部件构成的设备中极易发生，它使轴承产生很大的附加力，尤其在转子的非驱动端更是严重。其原因是在驱动端由于受联轴器的约束不易发生轴的摆动，而轴的非驱动端由于相对自由度大，轴摆动也较大，同时也会产生较大的冲击力。这就是一些较长轴的设备往往非驱动端振动较驱动端大的原因。另外、相对刚度较小的零部件更易被外力激励，能量首先在刚度小的地方释放出来。

4.轴承严重磨损或装配等原因引起偏心时，轴的中心将产生振摆，(实质也是一种受迫振动，振动频率为激励力的频率)振动的频率为n fr;一般频谱中在加速度包络谱中有以工频及其谐波为主的冲击现象。若滚动轴承局部受连续的过大载荷还会引起与润滑不良相同的迹象。（除有色噪声外无其它特征频率出现）

5.滚动轴承若工作在有较大间隙的情况下，载荷会集中作用于加载方向的少数几个滚子上，使这几个滚子与滚道之间产生很大的接触应力和接触变形。容易使轴承受到疲劳破坏。

6.滚动轴承既有滚动摩擦也有滑动摩擦。滑动摩擦是由于滚动轴承在表面曲线上的偏差和负载下轴承变形造成的。在运动副之间的载荷过大或速度过高（或加速度过大）都易造成滑

动摩擦，随着速度和负荷的增加，滚动轴承的滑动摩擦增大。为了减少摩擦、磨损、降低温升、噪声，防止轴承和部件生锈，采用合理的润滑方式和正确地选用润滑剂，适宜地控制润滑剂数量对提高轴承寿命非常重要。

7.由于设计、装配、工况的影响轴承承受载荷过大会使摩擦副的润滑油膜破坏，产生大面积的直接接触增大摩擦系数，另外、较大的载荷还会使轴承产生变形，使轴承受力不均或产生过大的压应力。由此过早的造成轴承疲劳。

8.轴承松动冲击 松动冲击是指因轴承内部或外部松动，配合间隙过大，运转时受回转机件不平衡力或其它振动的激励迫使轴承发生的振动冲击。机械的旋转部分虽然经过平衡处理，总会残留着一些不平衡量；另外、在转子运行时常受气动负荷的影响也加剧了不平衡现象。这就形成了一个激振源，当临近转子和系统的共振转速时尤为严重，使得配合间隙较大的滚动轴承的润滑油膜被挤破，金属元件彼此直接撞击。这种撞击在运转一周中可能发生不止一次，但各次间隔不可能均等，而且冲击程度也不会恰好相同，故在频谱图上松动冲击的基本频率等于轴的转速频率。

松动冲击一旦发生在共振转速附近，就会加速零件的疲劳损坏。松动冲击通常能量较大，以致淹没缺陷信号，防碍了对工作面质量的正确诊断。在实际工作中应尽量避免松动冲击。常见的措施是施加适当的轴向力，选择适当的转速范围，必要时采用径向和推力组合轴承。

9.滚动轴承在承受轴向力时其缺陷冲击重复频率往往发生漂移变化。滚珠除正常公转与自转外，还会发生摇摆和横向滚动。钢珠表面上的较小缺陷，滚珠滚动后它可能并不触及内滚道而只能冲击外滚道。可见由于滚珠的摇摆和横向滚动的随机性，以致产生故障信号的随机性。

球面上若有较大缺陷，则可能在横向滚动时由只冲击一个滚道，过渡到冲击内外两个滚道，而后又冲击另一个滚道；或不冲击任何滚道，周而复始，使缺陷冲击重复频率也会出现相应变化。

当轴承转速和所受轴向力变化时均使滚珠离心力与轴向力的平衡状态随之变化，由于接触角α和接触点的变动会使缺陷冲击信号时有时无或频率时高时低。

轴承装配不正确：

如果轴承在轴上装歪或者旋转轴发生了弯曲，轴在旋转时相当于转子的角度不对中现象，将表现出以转速频率f为特征的振动频率。但在滚动轴承中，由于轴的弯曲使轴承单方向受力，由此、又具有滚动体通过频率fe的特征，两者合成为fe±f，成为这种故障振动的主要频率成分。

10.预紧力不足造成轴承损坏；

滚动轴承若工作在有间隙的情况下，载荷会集中作用于加载方向的少数几个滚子上，使这几个滚子与滚道之间产生很大的接触应力和接触变形。当有过盈时，则受载的滚子数目增多，滚子受力均匀，误差也均化。因此、适当预紧可以提高轴承的精度和寿命。

滚动轴承的刚度是随载荷而增大的。预紧使滚子与滚道之间有一预加载荷，它叠加在外载荷上，使轴承的载荷增加，从而提高了刚度。但是过度预紧会使滚子和滚道变形太大，反而会引起热量增大，降低轴承使用寿命。预紧要适当。

对于滚子轴承，刚度与载荷的0.1次幂成正比，载荷对刚度的影响不太大。因此、计算时可以不用考虑预紧。

对于球轴承，刚度与载荷的1/3次幂成正比，预紧力对刚度的影响是明显的，计算时应考虑预紧力。

11.轴承加速度包络值地脚能量高造成的原因有时会由其它设备原因振动激励引起传感

器的共振显示出来的。汽蚀状态也会产生上述现象。此时、可利用附加测点及加速

度频谱帮助区别。

12.掌握利用频谱中F分区中的电源2倍频诊断电机轴承的间隙过大现象。其原理为转

子偏心会引起磁场气隙不均。

间隙(游隙)监测诊断法

除圆锥滚子轴承外，滚动轴承的内圈和外圈中，即使固定了其中的一个，但由于其内部有间隙，未固定的轴承套圈仍可向一侧移动，该移动量就是轴承间隙，又称游隙。

若轴承套圈或滚动体磨损．则轴承间隙会增大，与原始间隙值相比较，即可知道磨损量。但是当轴承在设备中安装好后，特别是在旋转过程中，要直接测定间隙十分困难，因此多采用间接测量法，即用轴的位置测定代替轴承间隙的直接测量，比如测量轴的振摆、轴端移动量和轴心轨迹等。

间隙测定法对轴承磨损、电蚀的诊断比较有效，但由于其测量不直接，影响因素较多，并且当间隙较大时，轴承的故障一般都已经达到了相当严重的程度，也就是说这种方法无法发现早期故障，因此只能作为避免整台机器故障扩大化的方式，而不能提前发现和预报故障，故目前这种方法只在大型机器、低速机器和检修周期很长的设备中采用，而对小型、高速机器不太适宜。