滚动轴承故障机理分析

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精品文档 滚动轴承故障诊断

滚动轴承是应用最为广泛的机械零件质疑，同时，它也是机器中最容易损坏的元件之一。许多旋转机械的故障都与滚动轴承的状态有关。据统计，在使用滚动轴承的旋转机械中，大约有30%的机械故障都是由于轴承而引起的。可见，轴承的好坏对机器工作状态影响极大。

通常，由于轴承的缺陷会导致机器产生振动和噪声，甚至会引起机器的损坏。而在精密机械中（如精密机床主轴、陀螺等），对轴承的要求就更高，哪怕是在轴承上有微米级的缺陷，都会导致整个机器系统的精度遭到破坏。

最早使用的轴承诊断方法是将听音棒接触轴承部位，依靠听觉来判断轴承有无故障。这种方法至今仍在使用，不过已经逐步使用电子听诊器来替代听音棒以提高灵敏度。后来逐步采用各式测振仪器、仪表并利用位移、速度或加速度的均方根值或峰峰值来判断轴承有无故障。这可以减少对设备检修人员的经验的依赖，但仍然很难发现早期故障。

随着对滚动轴承运动学、动力学的深化研究，对轴承振动信号中频率成分和轴承零件的几何尺寸及缺陷类型的关系有了比较清楚的了解，FFT级数的发展也使得利用频率域分析和检测轴承故障成为一种有效的途径。也是目前滚动轴承监测诊断的基础。

从发展的历程看，滚动轴承故障检测诊断技术大致经历了以下阶段：

1961年，W.F.Stokey完成了轴承圈自由共振频率公式的推导，并发表；

1964年，O.G.Gustafsson研究了滚动轴承振动和缺陷、尺寸不均匀及磨损之间的关系，这与目前诊断滚动轴承故障的方法是基本一致的；

1969年，H.L.Balderston根据滚动轴承的运动分析得出了滚动轴承的滚动体在内外滚道上的通过频率和滚动体及保持架的旋转频率的计算公式。至此，有关滚动轴承监测诊断的理论体系已经基本完成；

1976年，日本新日铁株式会社研制了MCV-021A机器检测仪，其方法是通过检测低频、中频和高频段轴承的信号特征来判断轴承的工作状态；

1976～1983年之间，日本精工公司也积极在滚动轴承检测仪器方面做工作，相继推出了NB系列轴承检测仪，利用1～15kHz范围内的轴承振动信号的有效值（rms）和峰峰值（p－p）来诊断轴承的故障；

滚动轴承的受力分析载荷计算失效和计算准则

滚动轴承是一种常用的机械元件，它能够在高速旋转的条件下承受并转移载荷。在设计和应用滚动轴承时，关键的工作之一是进行受力分析和载荷计算，以确保轴承能够正常工作并减少失效的风险。本文将从受力分析、载荷计算、失效和计算准则几个方面详细介绍滚动轴承。

一、滚动轴承的受力分析

滚动轴承受到的力主要有径向力和轴向力两种。径向力是垂直于轴线的力，它可以分为径向载荷和径向惯性力两部分。轴向力是平行于轴线的力，它可以分为轴向载荷和轴向惯性力两部分。受力分析的目的是确定轴承所受的载荷大小和方向，以便选择适当的轴承型号和设计。

二、滚动轴承的载荷计算

载荷计算是根据受力分析的结果，确定轴承承受的载荷大小和方向。在实际应用中，轴承承受的载荷通常包括静载荷和动载荷两部分。静载荷是指静止条件下轴承所承受的最大力，动载荷是指旋转条件下轴承所承受的最大力。根据载荷计算的结果，可以选择适当的轴承并确定其使用寿命。

滚动轴承的失效可以分为疲劳失效和磨损失效两种。疲劳失效是由于载荷作用下轴承材料的疲劳破裂引起的，磨损失效是由于轴承表面的磨损引起的。根据滚动轴承的失效机理，制定了一系列的计算准则，用于评估轴承的寿命和失效风险。

常用的滚动轴承计算准则包括基本额定寿命、等效动载荷、寿命调整系数和动接触角等。基本额定寿命是指在特定载荷下，轴承能够连续工作的寿命。等效动载荷是指在复杂工况下，将径向载荷和轴向载荷转化成等效的径向载荷。寿命调整系数则考虑了不同工作条件下的调整因素，用于修正基本额定寿命。动接触角是指滚动元件与外圈之间的接触角度，它可以影响轴承的刚度和额定寿命。

综上所述，滚动轴承的受力分析、载荷计算、失效和计算准则是设计和应用滚动轴承时的重要内容，它们能够帮助我们选择适当的轴承型号、确保轴承的使用寿命并减少失效的风险。在实际工程中，我们应该根据具体的工作条件和要求，进行合理的受力分析和载荷计算，并遵循相关计算准则，以确保滚动轴承的安全可靠运行。

对常见轴承失效分析的探讨

摘 要：轴承是社会生产最为关键的的零部件之一，同时也是最为损伤的零部件之一，所以，对于轴承的失效分析尤为重要，本文结合作者的工作经验主要阐述了轴承的失效分析，仅供参考。

关键词：轴承；失效分析

一、轴承在生产中概述

轴承是广泛应用于机械设备的零部件，是配套的精密零件，同时也是最易损坏的元件之一。按轴承工作的摩擦性质来分，可分为滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）和滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）。其中滚动轴承最常见，它一般由内、外两个套圈、一组滚动体和一个保持架组成。本文结合工程案例主要分析了轴承的失效形式以及其改进的原因。

二、轴承损伤和失效的形式

轴承在工作中丧失其规定的功能，导致故障或不能正常工作的现象称为失效。轴承的失效可分为正常失效和早期失效两种。按其损伤机理大致可分为：接触疲劳失效、磨损失效、断裂失效、塑性变形失效、腐蚀失效和游隙变化失效等几种基本形式。

1.接触疲劳失效

接触疲劳失效是滚动轴承最常见的失效形式，是轴承表面受到交变应力的作用而产生的失效。滚动轴承在高接触应力作用下，通过多次的应力循环后，在套圈或滚动体工作表面的局部区域产生小片或小块金属剥落，形成麻点或凹坑，从而引起振动，噪声增大，温度升高，磨损加剧，最终导致轴承不能正常工作的现象称为接触疲劳失效。根据材质、工作条件、润滑条件等因素，接触疲劳失效可分为点蚀与剥落。点蚀是由于表面出现麻点而失效，通常有非进展性和进展性之分，前者通常不影响轴承的使用，但如果使用一段时间后，由于某种原因，使点蚀不断扩展，进而形成进展性点蚀，表面会出现大面积的微剥落，最后使轴承失效。剥落是在次表面产生疲劳裂纹，然后扩展至表面，使金属成片状脱落， 可分为浅层剥落和硬化层剥落。

2.磨损失效

工作过程中，轴承零件之间相对滑动摩擦导致工作表面金属不断损失的现象叫磨损。持续的磨损会使轴承零件尺寸和形状变化，配合游隙增大，工作表面形貌恶化而丧失旋转精度，由此引起工作温度升高、振动、噪声、摩擦力矩增大等，导致轴承不能正常工作的现象叫磨损失效。磨损可分为：磨粒磨损、粘着磨损、腐蚀磨损、微动磨损和疲劳磨损等，其中常见的是磨粒磨损和粘着磨损。磨粒磨损是由于外界硬质颗粒或碎裂的金属进入轴承滚道而引起的磨损。其磨损表面有被磨粒摩擦留下的细槽痕迹，或因压溃而出现的麻点。粘着磨损是一组相对运动的表面金属，由于直接接触使材料从一个表面转移到另一表面的现象。

滚动轴承的故障诊断⽅法研究

滚动轴承的故障诊断⽅法研究

第1章绪论1.1研究的⽬的和意义

滚动轴承是⽣产机械中的地位⽆可替代，当然也最易损坏的部件。其运⾏状态会直接影响整台机械⼯作效率、精度寿命和可靠性。滚动轴承的损坏会导致⽣产机械剧烈振动，并伴有强⼤噪声，不仅会影响产品的加⼯质量，严重时会导致⽣产机械的损坏或机械事故。随着电机的⼴泛应⽤及其⾃动化程度的不断提⾼，对其安全性、精度和故障诊断的准确性的要求也随之提⾼。传统的诊断⽅法不仅成本较⾼、准确率偏低，并且更新费⽤⾼，已然不能满⾜⾼科技设备的需求。基于以上原因，本⽂在虚拟仪器的环境下，利⽤多传感器信息融合技术，实现滚动轴承的故障诊断，会对现在和将来的⽣产技术提供强有⼒的帮助。1.2国内外电机滚动轴承故障诊断的研究现状

近现代以来，国内和国外的研究机构及学者在电机滚动轴承故障诊断的理论、技术与⽅法等⽅⾯进⾏了⼤量的研究分析⼯作，发表了诸多研究成果。

在国外，美国南卡罗林娜⼤学运⽤振动响应的多参数多频率的⽅法，对具有裂纹的和损伤的故障轴承进⾏诊断，⽬前已经取得了良好的成果。美国宾州⼤学采⽤alpha beta -gamma跟踪滤波器和Kalman滤波器，对轴承故障的智能预⽰实现了完美成功。⽇本九州⼯业⼤学运⽤基因算法优化组合特征参数，成功诊断出⼯况滚动轴承微弱故障。意⼤利的Cassino⼤学，使⽤⾃谱技术对出现的轴承进⾏检测，判断故障轴承的初始问题，到⽬前为⽌也取得了有效的研究成果。国外的这些技术有我们值得借鉴的地⽅，去其糟粕取其精华，研究更有技术的故障轴承诊断系统。

在国内，当滚动轴承存在故障时，⼤都以振动检测为主，因为轴承故障后常伴随巨⼤的声响，以及明显的外观表现。国内的主要研究成果如下图所⽰。

或⾃⾝故障等多个⽅⾯的原因，会对故障造成误判或错判，如:声级计传感器易受到噪声的⼲扰，不能准确、⽆失真的反映滚动轴承的真实信号，温度传感器由于易受到外界温度的⼲扰，也常会出现误判或者错判等等。调研及试验结果表明，滚动轴承出现故障时，最明显的特征是机床振动信号的变化，与此同时其电机的电流也会发⽣变化，且电流可以敏感的反映故障信息。所以，运⽤加速度传感器监测机床的振动信号、电流传感器监测电机的电流变化信号，并在智能信息处理技术上，通过多传感器信息融合，获取滚动轴承的故障信息，是较为简单且效的⽅法。1.3本⽂的主要研究⼯作