伍红周

　　摘　要：随着科学技术的不断进步，工业也跟随着蓬勃发展起来。本文要讲的就是工业中一个重要的部位，滚动轴承。本文将通过多个方面对滚动轴承特征进行分析和探讨。

　　关键词：滚动轴承；故障特征；提取及应用
　　一、前言
　　滚动轴承因为它自身的特点所以在旋转机械之中的应用非常广泛，但滚动轴承偶尔会发生一些故障，从而导致整个机械的正常运行受到影响，所以我们要通过一定的技术手段发现并且维修滚动轴承的故障。
　　二、滚动轴承故障诊断技术的目的和意义
　　滚动轴承是电力、石化、冶金、机械、航空航天以及一些军事工业部门中使用Z广泛的机械零件，也是Z易损伤的部件之一。旋转机械的许多故障都与滚动轴承有着密切的关联。据统计，在使用滚动轴承的旋转机械设备中，约有30%的机械故障是与轴承损伤有关联的可见，滚动轴承工作状态是否正常对于整个机械设备乃至整条生产线的运行状态有着重大的影响。
　　与其它机械零部件相比，滚动轴承有一个很大的特点，这就是其寿命离散性很大即用同样的材料，同样的加工工艺，同样的生产设备，同样的工人加工出一批轴承，其寿命也相差很大。由于轴承的这个特点，在实际使用中就出现这样一种情况，即有的轴承已大大超过设计寿命而依然完好地工作，而有的轴承远未达到设计寿命就出现各种故障。所以，如果按照设计寿命对轴承进行定期维修，一方面，会对超过设计寿命而完好工作的轴承拆下来作为报废处理，造成浪费；另一方面，未达到设计寿命而出现故障的轴承或者坚持到定期维修时拆下来报废，使得机器在轴承出现故障后和拆下前这段时间内工作精度下降，或者未到维修时间就出现严重故障，导致整个机器出现严重事故。
　　由此看来，对重要用途的轴承来说定时维修是很不科学的，要进行工况监视与故障诊断，改传统的定时维修为视情维修或预知维修，这不但可以防止机械工作精度下降，减少或杜绝事故发生，而且可以Z大限度地发挥轴承的工作潜力，节约开支，具有重要意义。
　　三、滚动轴承的故障类型及产生原因
　　滚动轴承有很多失效形式，常见的有疲劳失效、磨损失效、腐蚀失效、断裂失效、压痕失效和胶合失效。滚动轴承故障也可分为分布故障与局部故障。由于滚动轴承的广泛使用，为防止其意外失效或发生故障，有必要建立有效的滚动轴承状态监测与故障诊断方法。轴承的主要失效形式如下：
　　1、滚动轴承的疲劳失效
　　滚动轴承疲劳失效的表现形式是轴承的各个组成单元表面出现了剥落损伤，产生凹凸不平的便面形状。严重的情况就是剥落的表面面积越来越大。并影响滚动轴承的运行。这种失效产生的原因很多：如载荷过大，而且载荷的波动也比较大；安装精度不高；轴承本身的制造精度不高，润滑不良等。
　　2、磨损失效
　　磨损失效的特征是轴承表面有比较明显的类似静压痕的表面形状，有时也能看见有红褐色的磨损表面。主要导致这种失效的原因是轴承的工作环境不清洁，润滑不良，有异物进入轴承，或者轴承在运行时有微小的振动发生。
　　3、腐蚀失效
　　腐蚀失效主要是由于电流，化学和机械作用是其产生损伤。导致轴承精度下降，不能正常工作。
　　4、断裂失效
　　断裂失效时一种彻底的破坏，主要是因为轴承的安装问题、载荷的冲击大和轴承的裂纹失效等。
　　5、压痕失效
　　压痕失效的形式很明显，在轴承的内、外圈表面或滚动体的表面会出现凹凸不平的现象。这主要是由于载荷过重、冲击载荷等导致的。
　　6、胶合失效
　　胶合失效时指轴承的表面发生了明显的表面粘连，并有一个表面粘到另一个表面，有撕裂的痕迹。发生胶合失效主要是因为轴承的载荷过大、润滑不良、轴承转速过高等原因造成。
　　综上所述，轴承的失效形式很多，产生的原因也很多。我们可以从以下一些方面去做以提高轴承的使用寿命，提高机器的精度，提高生产效率，节约成本。首先是轴承的生产制造环节，努力提高各个零件的精度，这其实是一个循环提高的过程。第二方面是在轴承的选择安装环节，要选择合适的轴承，并尽量的提高安装精度。Z后是在轴承的实际运行时我们要做好充分的保护轴承的措施，例如避免载荷过大、冲击载荷、润滑不良等。
　　四、国内外研究现状及发展趋势
　　1.国外研究现状
　　1956年，快速傅里叶变换的出现，使得电子技术和频谱分析能够运用于故障诊断中，同时由于计算机等可适用于大运算量的设备的出现，以计算机为中心的故障诊断技术大量出现。出现了大量的故障诊断与监测系统和仪器。
　　目前，美国的西屋公司（WHEC），RID公司，Bnety公司，BEI公司等是故障诊断领域比较著名的公司，其中Bnety公司在转子动力学方面，旋转机械的故障机理的研究比较透彻，在振动监测方面做的比较深入，RID公司在故障预防性维修技术方面处于领先地位，近年来实现了Mpules联网机械状态监测系统，PmPower旋转机械振动诊断系统。欧洲也有许多公司和科研单位开展故障诊断的研究。
　　2.国内研究现状
　　国内的故障诊断技术起步较晚，主要是在制造业快速发展的基础上，引进国外的先进技术，并逐渐的消化和吸收。其发展大致经过了三个阶段，个阶段是70―80年代初期，在引进先进技术的同时，研究故障发生的机理；并进行简单诊断方法的研究和应用；第二个阶段是80年代，也正是这个时期，国内的故障诊断技术经过总结和研究发展，逐渐形成新的适合于国内实际情况的理论和方法；第三个阶段一直持续到现在，正在日新月异的发展，研究出了一些专家系统。
　　五、滚动轴承故障特征信息的提取
　　振动加速度传感器测量的轴承信号经过前置信号调理器预处理后直接送入计算机进行A/D转换。计算机对A/D信号的处理过程需要进行小波包分解和FFT分析，这种手段方便简单，完全可以达到对轴承高频共振频带自动识别的效果。计算机分析高频的共振频带之后，分解采样信号便可以自动提取共振频带系数，之后进行一系列的重构，便提取到了高频共振频带信号。经过对共振频带信号的FFT分析以及包络检测之后，我们可以及时准确的诊断出滚动轴承的故障。
　　1.一般的轴承压电加速度计系统所具有的高频共振频带是不变的，通常情况下，可以将压电加速度计以螺纹连接的方法安装到轴承座或者箱体，这样一来加速度计自身频率会达到12千赫兹以上，这种频率的振动已经不含有低频振动了。实验显示，一般轴承振动信号在产生了多个共振谱峰的时候，使用高共振频率的压电加速度计来进行带通滤波调解，可以及时的诊断出轴承故障。
　　2.高频共振频带的自动识别过程，不一定每次测试分析都得进行，对于一个具体的轴承―压电加速度计系统来说，只需要在次测试分析时进行高频共振频带的自动识别，让计算机自动记住该共振频带。
　　3.小波包的分解层数尽量不要太多，因为太多会加重计算机的计算负担，只要达到可以将高频共振频带和其它干扰信号分解分配到不同频段的效果就行。
　　4.在滚动轴承振动信号的小波包分析中，采用Daubechies函数作为小波函数，损伤引起的滚动轴承振动信号呈一衰减振荡形状。Daubechies小波函数能较好地适应滚动轴承振动信号的这一特征。
　　5.在包络检波之后，一般要对包络信号进行重采样，再作FFT分析，对包络信号进行重采样的目的是降低采样频率，以提高信号的频率分辨率。
　　六、结束语
　　通过以上分析，我们可以得知。只有处理好滚动轴承的故障，才能使得工业进一步的发展，而滚动轴承故障特征信息的提取给工业带来了新的发展方向。
　　参考文献
　　[1]杨磊简述滚动轴承故障特征信息提取与相关方法的应用科技与企业―2014年7期第23页.
　　[2]陆红军.浅谈机械工程及自动化黑龙江科技信息―2013年20期第87页.

来源：《中国科技博览》2015年2期