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機電設備軸承故障分析及處理—以水泥廠為例
2013-07-05
徐以標
（連云港廣播電視大學，江蘇連云港 222006）
（連云港廣播電視大學，江蘇連云港 222006）
摘 要：本文從理論和實踐的角度，闡述了設備軸承故障的分析及處理，即滾動軸承、滑動軸承故障分析及處理，對實踐有一定的指導作用。
關鍵詞：滾動軸承；滑動軸承；故障分析
滾動軸承是機電系統中的易損零件，許多機械的故障都與滾動軸承的狀態有關。設備故障的發生往往伴隨著軸承的發熱、損壞。找出軸承故障根源，提早采取補救措施，消除故障，是提高系統運轉率的重要環節之一。水泥廠的設備絕大部分都是運轉設備，而且運行條件比較惡劣，本文擬以水泥廠為例來談談設備軸承故障分析及處理。
1 滾動軸承故障分析
滾動軸承發生故障的典型方式是其滾動接觸發生單純的疲勞剝落。這種剝落（剝落表面面積約為2平方毫米，深度達0.2-0.3毫米）可通過檢測儀檢測其振動來判斷。剝落可能發生在內圈表面、外圈或滾動體上。其中，內圈因接觸應力較高，發生破裂的情況較多。
滾動軸承的損壞方式分析及補救辦法：
1）過載。嚴重的表面脫落，表明了該滾動軸承因過載引起的早期疲勞產生的失效（此外配合過緊也會造成一定程度的疲勞）。過載還會引起嚴重的軸承鋼球滾道磨損、大面積剝落并時而伴有過熱現象。過載的原因主要是兩方面：
，安裝不正確。實踐中經常發生的現象是：（1）安裝施力不當。如在軸上套裝軸承，敲打的部位本是軸承的內圈，操作者圖方便，實際敲打的部位卻是外圈；或者本應用銅棒或油煮套裝的軸承，卻用鐵榔頭強行打入，Z終造成在使用中軸承的損壞。正確的安裝方法是僅對要套裝的內、外圈施力（在軸上裝內圈時勿推壓外圈）。（2）角接觸軸承的安裝方向裝反。角接觸軸承具有一橢圓形的接觸區，并僅在一個方向上承受軸向推力。在相反的方向上裝配軸承時， 會使接觸面產生糟形磨損帶。因此在安裝時應注意正確的安裝方向。（3）軸承位置不對中。鋼球磨損痕跡偏斜、不與滾道方向相平行，表明安裝時軸承未對中。若偏斜量大，就易引起軸承溫度上升并出現嚴重磨損。其產生原因可能是軸彎曲、軸承安裝位置不對、鎖母的壓緊面未與螺紋軸線相垂直等。
第二，設計加工不合理。實踐中主要表現有：（1）軸承與軸或軸承的裝配過松或過緊。軸承內、外圈的裝配接觸面上出現圓周狀的磨損或變色，是由軸承與其相配的零件配合過松引起的。腐蝕產生的氧化物為一種純褐色磨料，其結果會造成軸承進一步磨損、發熱和產生噪音及振動等一系列問題，因此在裝配前應注意檢查它們的配合公差。（2）設計時沒有考慮熱膨脹的影響，造成運轉中軸承間隙越來越小，由于扭距增大，軸承溫度上升，使軸承很快因磨損和疲勞而失效。 過載的補救方法應根據不同的原因采取不同的辦法，總的目的是減少軸承的負荷或提高軸承的承載能力。
2）過熱。滾子的滾道、鋼球或保持器改變顏色，表明軸承過熱。溫度的升高會使潤滑劑作用降低，使油漠不易形成或完全消失。溫度過高，會使滾球和鋼球的材料退火，硬度下降。這主要是散熱不利或重載、高速的情況下冷卻不充分造成的。解決的辦法是充分散熱，追加冷卻。
3）低負荷振蝕。在每個鋼球的軸向位置上出現橢圓型的磨損痕跡，這表明當軸承不工作且未產生潤滑油膜時，由外部振動過度或低負荷振蝕造成失效。補救辦法是使軸承隔振或在軸承的潤滑脂中加入抗磨添加劑等。
4）正常的疲勞失效。在任何一個運轉的表面（如滾道和鋼球）出現不規則的材料剝落現象，并逐漸擴展引起振幅加大，這是一種正常的疲勞失效。如果普通軸承的壽命不能滿足使用要求，就只有選擇更高級的軸承，或是提高一級軸承規格，來提高軸承的承載能力。
5）潤滑不當。所有滾動軸承都需要用優質潤滑劑進行不間斷的潤滑，以保持設計性能。軸承內依靠滾動體和內外圈上形成的一層油膜來防止金屬與金屬之間的直接接觸。如果潤滑良好，就能減少摩擦，使其不致磨損。
軸承在運轉狀態下，潤滑脂或潤滑油的粘度是保證其正常潤滑的關鍵；同時，潤滑油脂保持清潔，不含固態或液態雜質也是至關重要的。油的粘度過低，不能起充分的潤滑作用，至使內外圈很快磨損。補救的辦法是按照軸承需要，重新選擇更換潤滑油或脂。
污染物粒子污染潤滑油或脂時，即使這些污染物粒子小于油膜平均厚度，但因粒子很硬，仍會產生磨耗，甚至于穿透油膜，至使軸承表面產生局部應力，從而顯著地縮短軸承壽命。潤滑油或脂中水的濃度即使小至0.01％，亦足以縮短軸承原有壽命的一半。若水可溶解于油或脂中，軸承使用壽命會隨水的濃度遞增而遞減。補救辦法是調換不潔凈的油或脂；平時安裝時注意清潔操作。
6）腐蝕。滾道、鋼球、保持架和內外圈環形面上出現紅色或褐色污點，表明軸承因暴露于腐蝕性的液體或氣體中而產生了腐蝕失效。它會引起振動的增大，磨損加劇、徑向間隙增加、承載能力降低，并且在極限的情況下發生疲勞失效。補救辦法是使液體從軸承中排出或增加軸承的整體及外部密封。
2 滑動軸承故障分析
水泥廠使用的滑動軸承主要有三種：銅瓦、巴氏合金瓦、酚醛樹脂瓦。滑動軸承主要的故障形式有發熱、異常磨損、燒瓦。滑動軸承的故障形式與刮瓦方式及相應的潤滑機理有密切的關系。一般水泥廠的滑動軸承瓦都按楔形潤滑機理刮瓦的。
1）發熱。發熱分新瓦剛運行時的發熱和運行一段時間后的發熱。新瓦剛運行時的發熱一般是瓦的研磨不到位，油楔開得不合理，太大或太小，油膜層薄。處理辦法是根據不同的場合，考慮速度、載荷等因素，使用更合理的潤滑油進行跑合；調整此部位所受的載荷，跑合好后再恢復；以上辦法不能解決時，那只好重新刮瓦。運行一段時間后的發熱一般是負荷的突然變化，油溫升高，造成油膜層的破壞。也可能有其它的原因，但一般都不作特別的處理，也能在較短時間內恢復正常。處理的方法只是加強冷卻，補換潤滑油，有時也可調整軸承的負荷。
2）異常磨損。由于摩擦過程中兩表面的變形、溫度和環境等的影響，表層材料會發生機械的、物理或化學的變化，使材料表層發生如變形、氧化、強度減弱等現象，如塑性變形使金屬冷作硬化而變脆，反復的彈性變形使金屬發生疲勞；接觸高溫使表層金屬退火軟化，隨后急劇冷卻又導致材料重結晶和固溶體分解；環境介質在表層中擴散，造成氧化、腐蝕等，使表層性質發生變化，Z終引起多種故障，如疲勞、點蝕、表面損壞與脫落等，這就是所謂的異常磨損。異常磨損的原因主要有二：滑動軸承瓦的負荷嚴重超標；滑動軸承瓦內進了細顆粒的磨粒。處理就是調整載荷，清洗瓦并做好瓦的密封。
3）燒瓦。燒瓦是滑動軸承瓦運行中嚴重的故障。產生這個故障的主要原因是無油潤滑造成的。處理辦法只有換瓦或重新刮瓦。
以上三種故障形式經常兩種、三種同時出現，但其原因及處理方式都是一樣的。
3 軸承故障處理事例
某公司有一臺￠3500mm離心式選粉機，原減速機是一級傳動，高速軸選用的軸承是27311軸承，使用不到半個月，軸承就損壞了。開始我們認為是裝配時熱膨脹間隙留得不夠，但經幾次嘗試后，問題還是沒有解決。于是對一級傳動高速軸的載荷進行計算，發現該軸承根本不能承受這么大的載荷。改換大號的軸承空間位置不夠，于是將原減速機由一級傳動改成二級傳動。2003年改造后，基本上每兩年更換一次，至今運行很好。
某公司水泥廠有一臺￠2.5/3.1x78米回轉窯。此窯系四檔支承，日產熟料200噸—250噸，是該公司水泥廠的關鍵設備。其托輪均采用銅瓦支承。每塊銅瓦的負荷都是不相等的，但通過測量、觀察、調整，盡量做到各檔托輪瓦受力均勻。新瓦安裝后開機發熱，我們就調整托輪位置，減輕發熱瓦的負荷，或添加高粘度的汽缸油，因為回轉窯是低速、重載設備，轉速慢，Z快每分鐘1.5轉，而托輪Z大受力可達250噸。進行這樣的處理一般都能讓瓦盡快的跑合好，滿足了生產的需要。
4 結論
滾動軸承、滑動軸承是機械傳動中必不可少的部件，做好軸承故障分析并積極實踐確能為生產服務，為生產提供保證。
參考文獻：
[1]姜韶峰,孫立明,楊咸啟,王衛國.關節軸承摩擦磨損及壽命試驗分析[J].軸承,1998,(3).
[2]張鎖懷,丘大謀.平行轉子-軸承系統的穩定性[J].振動工程學報,2000,(2).
[3]陳克星.設備維修要從被動防守型向進攻型轉變[Z].中國機械工程學會設備與維修分會全國學術會議論文集.北京, 1996.
[4]郭力,李波.高速流體動壓滑動軸承的潤滑分析[J].湖南輕工業高等專科學校學報,2002,(2).
[5]F.Mogul著,林鏡成譯.軸承故障分析[J].國外船用柴油機,1977,(4):38~40.
[6]嚴立,余憲海.內燃機磨損及可靠性技術[M].北京:人民交通出版社,1992.
關鍵詞：滾動軸承；滑動軸承；故障分析
滾動軸承是機電系統中的易損零件，許多機械的故障都與滾動軸承的狀態有關。設備故障的發生往往伴隨著軸承的發熱、損壞。找出軸承故障根源，提早采取補救措施，消除故障，是提高系統運轉率的重要環節之一。水泥廠的設備絕大部分都是運轉設備，而且運行條件比較惡劣，本文擬以水泥廠為例來談談設備軸承故障分析及處理。
1 滾動軸承故障分析
滾動軸承發生故障的典型方式是其滾動接觸發生單純的疲勞剝落。這種剝落（剝落表面面積約為2平方毫米，深度達0.2-0.3毫米）可通過檢測儀檢測其振動來判斷。剝落可能發生在內圈表面、外圈或滾動體上。其中，內圈因接觸應力較高，發生破裂的情況較多。
滾動軸承的損壞方式分析及補救辦法：
1）過載。嚴重的表面脫落，表明了該滾動軸承因過載引起的早期疲勞產生的失效（此外配合過緊也會造成一定程度的疲勞）。過載還會引起嚴重的軸承鋼球滾道磨損、大面積剝落并時而伴有過熱現象。過載的原因主要是兩方面：
，安裝不正確。實踐中經常發生的現象是：（1）安裝施力不當。如在軸上套裝軸承，敲打的部位本是軸承的內圈，操作者圖方便，實際敲打的部位卻是外圈；或者本應用銅棒或油煮套裝的軸承，卻用鐵榔頭強行打入，Z終造成在使用中軸承的損壞。正確的安裝方法是僅對要套裝的內、外圈施力（在軸上裝內圈時勿推壓外圈）。（2）角接觸軸承的安裝方向裝反。角接觸軸承具有一橢圓形的接觸區，并僅在一個方向上承受軸向推力。在相反的方向上裝配軸承時， 會使接觸面產生糟形磨損帶。因此在安裝時應注意正確的安裝方向。（3）軸承位置不對中。鋼球磨損痕跡偏斜、不與滾道方向相平行，表明安裝時軸承未對中。若偏斜量大，就易引起軸承溫度上升并出現嚴重磨損。其產生原因可能是軸彎曲、軸承安裝位置不對、鎖母的壓緊面未與螺紋軸線相垂直等。
第二，設計加工不合理。實踐中主要表現有：（1）軸承與軸或軸承的裝配過松或過緊。軸承內、外圈的裝配接觸面上出現圓周狀的磨損或變色，是由軸承與其相配的零件配合過松引起的。腐蝕產生的氧化物為一種純褐色磨料，其結果會造成軸承進一步磨損、發熱和產生噪音及振動等一系列問題，因此在裝配前應注意檢查它們的配合公差。（2）設計時沒有考慮熱膨脹的影響，造成運轉中軸承間隙越來越小，由于扭距增大，軸承溫度上升，使軸承很快因磨損和疲勞而失效。 過載的補救方法應根據不同的原因采取不同的辦法，總的目的是減少軸承的負荷或提高軸承的承載能力。
2）過熱。滾子的滾道、鋼球或保持器改變顏色，表明軸承過熱。溫度的升高會使潤滑劑作用降低，使油漠不易形成或完全消失。溫度過高，會使滾球和鋼球的材料退火，硬度下降。這主要是散熱不利或重載、高速的情況下冷卻不充分造成的。解決的辦法是充分散熱，追加冷卻。
3）低負荷振蝕。在每個鋼球的軸向位置上出現橢圓型的磨損痕跡，這表明當軸承不工作且未產生潤滑油膜時，由外部振動過度或低負荷振蝕造成失效。補救辦法是使軸承隔振或在軸承的潤滑脂中加入抗磨添加劑等。
4）正常的疲勞失效。在任何一個運轉的表面（如滾道和鋼球）出現不規則的材料剝落現象，并逐漸擴展引起振幅加大，這是一種正常的疲勞失效。如果普通軸承的壽命不能滿足使用要求，就只有選擇更高級的軸承，或是提高一級軸承規格，來提高軸承的承載能力。
5）潤滑不當。所有滾動軸承都需要用優質潤滑劑進行不間斷的潤滑，以保持設計性能。軸承內依靠滾動體和內外圈上形成的一層油膜來防止金屬與金屬之間的直接接觸。如果潤滑良好，就能減少摩擦，使其不致磨損。
軸承在運轉狀態下，潤滑脂或潤滑油的粘度是保證其正常潤滑的關鍵；同時，潤滑油脂保持清潔，不含固態或液態雜質也是至關重要的。油的粘度過低，不能起充分的潤滑作用，至使內外圈很快磨損。補救的辦法是按照軸承需要，重新選擇更換潤滑油或脂。
污染物粒子污染潤滑油或脂時，即使這些污染物粒子小于油膜平均厚度，但因粒子很硬，仍會產生磨耗，甚至于穿透油膜，至使軸承表面產生局部應力，從而顯著地縮短軸承壽命。潤滑油或脂中水的濃度即使小至0.01％，亦足以縮短軸承原有壽命的一半。若水可溶解于油或脂中，軸承使用壽命會隨水的濃度遞增而遞減。補救辦法是調換不潔凈的油或脂；平時安裝時注意清潔操作。
6）腐蝕。滾道、鋼球、保持架和內外圈環形面上出現紅色或褐色污點，表明軸承因暴露于腐蝕性的液體或氣體中而產生了腐蝕失效。它會引起振動的增大，磨損加劇、徑向間隙增加、承載能力降低，并且在極限的情況下發生疲勞失效。補救辦法是使液體從軸承中排出或增加軸承的整體及外部密封。
2 滑動軸承故障分析
水泥廠使用的滑動軸承主要有三種：銅瓦、巴氏合金瓦、酚醛樹脂瓦。滑動軸承主要的故障形式有發熱、異常磨損、燒瓦。滑動軸承的故障形式與刮瓦方式及相應的潤滑機理有密切的關系。一般水泥廠的滑動軸承瓦都按楔形潤滑機理刮瓦的。
1）發熱。發熱分新瓦剛運行時的發熱和運行一段時間后的發熱。新瓦剛運行時的發熱一般是瓦的研磨不到位，油楔開得不合理，太大或太小，油膜層薄。處理辦法是根據不同的場合，考慮速度、載荷等因素，使用更合理的潤滑油進行跑合；調整此部位所受的載荷，跑合好后再恢復；以上辦法不能解決時，那只好重新刮瓦。運行一段時間后的發熱一般是負荷的突然變化，油溫升高，造成油膜層的破壞。也可能有其它的原因，但一般都不作特別的處理，也能在較短時間內恢復正常。處理的方法只是加強冷卻，補換潤滑油，有時也可調整軸承的負荷。
2）異常磨損。由于摩擦過程中兩表面的變形、溫度和環境等的影響，表層材料會發生機械的、物理或化學的變化，使材料表層發生如變形、氧化、強度減弱等現象，如塑性變形使金屬冷作硬化而變脆，反復的彈性變形使金屬發生疲勞；接觸高溫使表層金屬退火軟化，隨后急劇冷卻又導致材料重結晶和固溶體分解；環境介質在表層中擴散，造成氧化、腐蝕等，使表層性質發生變化，Z終引起多種故障，如疲勞、點蝕、表面損壞與脫落等，這就是所謂的異常磨損。異常磨損的原因主要有二：滑動軸承瓦的負荷嚴重超標；滑動軸承瓦內進了細顆粒的磨粒。處理就是調整載荷，清洗瓦并做好瓦的密封。
3）燒瓦。燒瓦是滑動軸承瓦運行中嚴重的故障。產生這個故障的主要原因是無油潤滑造成的。處理辦法只有換瓦或重新刮瓦。
以上三種故障形式經常兩種、三種同時出現，但其原因及處理方式都是一樣的。
3 軸承故障處理事例
某公司有一臺￠3500mm離心式選粉機，原減速機是一級傳動，高速軸選用的軸承是27311軸承，使用不到半個月，軸承就損壞了。開始我們認為是裝配時熱膨脹間隙留得不夠，但經幾次嘗試后，問題還是沒有解決。于是對一級傳動高速軸的載荷進行計算，發現該軸承根本不能承受這么大的載荷。改換大號的軸承空間位置不夠，于是將原減速機由一級傳動改成二級傳動。2003年改造后，基本上每兩年更換一次，至今運行很好。
某公司水泥廠有一臺￠2.5/3.1x78米回轉窯。此窯系四檔支承，日產熟料200噸—250噸，是該公司水泥廠的關鍵設備。其托輪均采用銅瓦支承。每塊銅瓦的負荷都是不相等的，但通過測量、觀察、調整，盡量做到各檔托輪瓦受力均勻。新瓦安裝后開機發熱，我們就調整托輪位置，減輕發熱瓦的負荷，或添加高粘度的汽缸油，因為回轉窯是低速、重載設備，轉速慢，Z快每分鐘1.5轉，而托輪Z大受力可達250噸。進行這樣的處理一般都能讓瓦盡快的跑合好，滿足了生產的需要。
4 結論
滾動軸承、滑動軸承是機械傳動中必不可少的部件，做好軸承故障分析并積極實踐確能為生產服務，為生產提供保證。
參考文獻：
[1]姜韶峰,孫立明,楊咸啟,王衛國.關節軸承摩擦磨損及壽命試驗分析[J].軸承,1998,(3).
[2]張鎖懷,丘大謀.平行轉子-軸承系統的穩定性[J].振動工程學報,2000,(2).
[3]陳克星.設備維修要從被動防守型向進攻型轉變[Z].中國機械工程學會設備與維修分會全國學術會議論文集.北京, 1996.
[4]郭力,李波.高速流體動壓滑動軸承的潤滑分析[J].湖南輕工業高等專科學校學報,2002,(2).
[5]F.Mogul著,林鏡成譯.軸承故障分析[J].國外船用柴油機,1977,(4):38~40.
[6]嚴立,余憲海.內燃機磨損及可靠性技術[M].北京:人民交通出版社,1992.
來源：《技術與市場》2010年01
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