轴承损伤与对策

17.軸承的損傷、檢測與對策
儘管運轉當中無法直接觀察可能損傷之軸承，但可藉著系統在運轉當中，監控的噪音、溫度和潤滑情況來察知軸承可能的異常。

17.1軸承噪音和檢測
滾珠軸承噪音可經由結構傳導或空氣媒介傳出。

轉動中的滾動軸承本身就是音源或振動之來源，造成軸承振動或噪音發生主要來自軸承的自然振動和軸承內部相對運動產生的振動。

17.1.1 自然振動
軸承內外環為薄壁環，本身有其固有的振動模態，通常馬達用軸承第一自然頻率在幾KHz 間。

17.1.2 軸承內部之相對運動產生之振動
內外環和鋼珠表面的真實表面幾何形狀，如粗度(Roughness)和波度(Waviness)，這些會影響軸承的音質和振動，其中以鋼珠表面的影響最大。

17.1.3 軸承滾動表面缺陷所產生之噪音或振動
除此之外，軸承本身若因在使用上造成軌道環或滾動體產生缺陷，如表面壓痕等，會使運轉中的軸承產生噪音。

這些因軸承滾動表面缺陷所產生的噪音或振動頻率與軸轉動頻率有關。

在考慮純滾動的狀態下，假設內環轉動(頻率iR f )，內外環和鋼珠的轉動頻率：
內環 )1(2
γ+=iR i f Z
f 外環 )1(2
γ-=
iR o f Z
f 鋼珠 )1(2γ-=iR m b f D
d
f
在此，
m d Dw /=γ
Dw ：鋼珠直徑
m d ：軸承節圓直徑
Z ：鋼珠數
17.1.4 軸承噪音之檢測
在轉動機械或裝置上，軸承因為異常所產生噪音有時候會被周圍的背景噪音所掩蓋。

幸好這些異音在振動信號上有其特性，可以利用信號分析技術來加以處理。

軸承振動可利用包括安德魯測定器（Anderonmeter ）等振動檢測儀器和噪音檢測設備來確保軸承之噪音品質。

軸承一旦在轉動機械或裝置上，其維護和保養，可利用振動感測器和頻譜分析設備來監控機台振動狀態。

以軸承內環缺陷所產生振動為例，滾動體接觸缺陷時會產生連續性短暫的脈衝(Pulses)，這微弱信號會激發在不同的頻帶上，可以從幾百Hz 到幾百kHz 。

這信號經過低通濾波器，利用包絡法分析和 FFT ，可以檢視出外環缺陷之噪音頻率，如圖17-1，圖17-2，圖17-3。

有關其它噪音檢測的技術問題，請洽TPI 。

圖17-1 一外環有缺陷之608軸承照片(內環轉動，轉速
1800 rpm)
圖17-2 一外環有缺陷之608軸承高頻振動時域信號
(1.8~10kHz)
圖17-3經包絡法分析、FFT 後之頻譜，顯示缺陷頻率
o f (=132Hz)和其倍頻
17.2 軸承的損傷與對策
深溝滾珠軸承，在不同負荷條件下之運轉下的正常或非正常磨耗痕跡來協助判定軸承異常之可能原因。

軸承承受負荷運轉後，內環與外環之溝徑面因與鋼珠(滾動體)在正常的潤滑油膜下，會有一滾動磨耗痕跡留在軌道面上。

透過此種痕跡之狀態判定，得知軸承運轉時之負荷條件。

因此，在軸承拆下取出分解後對軸承軌道面之滾動痕跡以顯微鏡放大予以深入觀察，是很重要的。

在觀察痕跡時有一些現象可以協助參考：
(1) 僅有徑向負荷之軌道面或受較大軸向負荷之軌道面或承受有力矩之負荷之軌道面、痕跡不同，另
外若軸承殼(箱)剛性不均勻在軌道面呈現之痕跡亦明顯可以區分判定出來。

(2) 軸承在承受比預期之負荷還要大或組裝時有較大之誤差發生時，軌道所呈現之痕跡可以明顯判定出來。

圖17-4之圖示為深溝滾珠軸承，在不同條件下之運轉磨耗痕跡請參考。

表17-1是依軸承損傷類別的整理，附上案例照片，供作判斷時的參考之用。

圖17-4 深溝滾珠軸承，在不同條件下之運轉磨耗痕跡
內環迴轉 徑向負荷
外環迴轉 徑向負荷
內、外環迴轉 單一方向軸向負荷 內環迴轉 徑向及軸向負荷
內環迴轉 軸向負荷及偏心
內環迴轉 彎矩負荷(偏心)
內環迴轉
軸承殼(箱)內徑橢圓
內環迴轉 軸承內部無間隙 (運轉負間隙)
龜裂和崩裂(Cracking and Notching) 部分缺口。

有裂紋。

龜裂。

表17-1(3) 軸承的損傷與對策
齧痕(Spalling) 表面傷並伴隨有燒熔之痕跡。

為組裝時在軸方向造成之傷痕。