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滾動軸承維護和失效形式
2013-06-27
王素玲 楊紀昌
（洛陽礦山機械工程設計研究院 河南洛陽 471039）
（洛陽礦山機械工程設計研究院 河南洛陽 471039）
由于在零件加工、軸承拆裝、油脂使用、設備安裝、操作維護等方面我們和發達國家仍有很大的差距，因此，造成很多軸承在沒有達到額定使用壽命情況下就過早損壞、失效，無形中提高了企業運行成本。
據有關資料統計表明，14％軸承提前失效是由于軸承裝配不當或不正確使用裝配工具造成；32％是由于潤滑脂應用技術不正確和使用不當造成；12％是由于軸承這個精密零件內部受到污染而造成；36％是由于過載使用或維護不當，導致軸承提前失效；當然有些是因為軸承本身質量的原因。
如何從以往故障維護、反應性維護向主動維護、預防性維護轉變，減少因軸承失效而發生設備的維護成本，避免設備的非計劃停機，是提高設備的運轉率和企業的競爭力。下面重點介紹一個新型SKF軸承運行狀況分析儀。
1 加速度包絡分析儀
它可以通過采集軸承在運轉過程中的數據來反映軸承的對中、動平衡、松動、潤滑等狀況。它把軸承失效分成4個階段。
（1）階段——超聲頻率
軸承問題的Z早期表現在超聲頻率的異常，此后隨故障的發展，異常頻率逐步下移，可由沖擊包絡監測到（實際值與測點位置軸承型號、和機器轉速相關）。可采集加速度包絡頻譜，確認軸承是否進入失效階段。
（2）第二階段——軸承固有頻率
軸承產生輕微缺陷，激起軸承部件固有頻率振動或軸承支承結構共振。在第二階段末期，固有頻率周圍開始出現邊頻帶，沖擊包絡值有所上升。
（3）第三階段——軸承缺陷頻率及其倍頻
在第三階段，軸承缺陷頻率及其倍頻出現。隨著軸承內磨損的發展，更多的缺陷頻率倍頻開始出現，圍繞這些倍頻以及軸承部件固有頻率的邊頻帶的數量也逐步上升，沖擊包絡值繼續上升。此時軸承的磨損肉眼可見，并向周圍擴展。包絡頻譜測試可以確認第三階段。應在此時更換軸承。
（4）第四階段——隨機寬帶振動
在第四階段，軸承失效接近尾聲，并產生許多工頻的倍頻，原先離散的軸承缺陷頻率和固有頻率開始“消失”，取而代之是隨機的寬帶高頻“噪聲振動”，高頻噪聲振動和包絡值有所下降，但就在軸承Z終失效前，包絡沖擊值會大幅上升。
2 軸承失效損壞的類型
任何軸承都會發生損壞，從損壞軸承中分析、發現問題所在，也是一個工程技術人員應該掌握的技能。下面介紹一些軸承發生損壞的原因。軸承發生提前失效，我們首先要檢查機器是否過載，然后再檢查潤滑情況、裝配質量等。軸承失效、損壞類型主要有以下幾個方面。
（1）磨損
滾動體和滾道有相對運動，就會產生磨損。當污物和磨損的鐵屑進入潤滑油脂，就會破壞滾道面的油膜形成，甚至造成局部應力集中，加劇磨損發生。
（2）塑性變形
安裝時用力位置或大小不合適、錐軸上安裝超過規定位置、沒有運行時軸承就已過載，有的是軸承內部污染有小顆粒滾道面和滾動體表面廣泛分布著小的凹坑。
（3）表面膠合
潤滑不好時，相對運動表面會有膠合現象。這是因為局部發生溫度過高，金屬顆粒從一個表面轉到另一個表面，嚴重時會引起疲勞剝落。也常常發生在滾動體端面和導環法蘭面上。如果軸承配合過松，會出現內外圈與軸或軸承座相對轉動而引起表面膠合。
（4）表面疲勞
滾道面和滾動體表面之間油膜太薄，二者表面的高點會與對方接觸，產生肉眼看不到的表面裂紋，隨后會引起軸承剝落、斷裂，對軸承破壞非常嚴重。
（5）腐蝕
軸承內部含有水分，油膜無法保護金屬表面，迅速導致軸承生銹。
（6）電蝕
由于在設備上進行焊接時，不正確的焊接方法，導致焊接電流通過軸承，引起軸承表面電蝕。
（7）剝落
承受負荷而又相對運動的接觸表面，由于反復承受負荷，在表面下一定深度地方，強度較弱部分形成裂紋，繼而發展到接觸面，使表層金屬成片狀剝落下來，致使軸承不能正常工作。階段出現的各種問題也都會引起軸承疲勞，直至發生剝落。發生剝落時，軸承已基本無法再繼續使用。
（8）斷裂
軸承內外圈、滾動體、保持架等都會發生斷裂，同上述剝落一樣，眾多因素都會導致軸承失效。
據有關資料統計表明，14％軸承提前失效是由于軸承裝配不當或不正確使用裝配工具造成；32％是由于潤滑脂應用技術不正確和使用不當造成；12％是由于軸承這個精密零件內部受到污染而造成；36％是由于過載使用或維護不當，導致軸承提前失效；當然有些是因為軸承本身質量的原因。
如何從以往故障維護、反應性維護向主動維護、預防性維護轉變，減少因軸承失效而發生設備的維護成本，避免設備的非計劃停機，是提高設備的運轉率和企業的競爭力。下面重點介紹一個新型SKF軸承運行狀況分析儀。
1 加速度包絡分析儀
它可以通過采集軸承在運轉過程中的數據來反映軸承的對中、動平衡、松動、潤滑等狀況。它把軸承失效分成4個階段。
（1）階段——超聲頻率
軸承問題的Z早期表現在超聲頻率的異常，此后隨故障的發展，異常頻率逐步下移，可由沖擊包絡監測到（實際值與測點位置軸承型號、和機器轉速相關）。可采集加速度包絡頻譜，確認軸承是否進入失效階段。
（2）第二階段——軸承固有頻率
軸承產生輕微缺陷，激起軸承部件固有頻率振動或軸承支承結構共振。在第二階段末期，固有頻率周圍開始出現邊頻帶，沖擊包絡值有所上升。
（3）第三階段——軸承缺陷頻率及其倍頻
在第三階段，軸承缺陷頻率及其倍頻出現。隨著軸承內磨損的發展，更多的缺陷頻率倍頻開始出現，圍繞這些倍頻以及軸承部件固有頻率的邊頻帶的數量也逐步上升，沖擊包絡值繼續上升。此時軸承的磨損肉眼可見，并向周圍擴展。包絡頻譜測試可以確認第三階段。應在此時更換軸承。
（4）第四階段——隨機寬帶振動
在第四階段，軸承失效接近尾聲，并產生許多工頻的倍頻，原先離散的軸承缺陷頻率和固有頻率開始“消失”，取而代之是隨機的寬帶高頻“噪聲振動”，高頻噪聲振動和包絡值有所下降，但就在軸承Z終失效前，包絡沖擊值會大幅上升。
2 軸承失效損壞的類型
任何軸承都會發生損壞，從損壞軸承中分析、發現問題所在，也是一個工程技術人員應該掌握的技能。下面介紹一些軸承發生損壞的原因。軸承發生提前失效，我們首先要檢查機器是否過載，然后再檢查潤滑情況、裝配質量等。軸承失效、損壞類型主要有以下幾個方面。
（1）磨損
滾動體和滾道有相對運動，就會產生磨損。當污物和磨損的鐵屑進入潤滑油脂，就會破壞滾道面的油膜形成，甚至造成局部應力集中，加劇磨損發生。
（2）塑性變形
安裝時用力位置或大小不合適、錐軸上安裝超過規定位置、沒有運行時軸承就已過載，有的是軸承內部污染有小顆粒滾道面和滾動體表面廣泛分布著小的凹坑。
（3）表面膠合
潤滑不好時，相對運動表面會有膠合現象。這是因為局部發生溫度過高，金屬顆粒從一個表面轉到另一個表面，嚴重時會引起疲勞剝落。也常常發生在滾動體端面和導環法蘭面上。如果軸承配合過松，會出現內外圈與軸或軸承座相對轉動而引起表面膠合。
（4）表面疲勞
滾道面和滾動體表面之間油膜太薄，二者表面的高點會與對方接觸，產生肉眼看不到的表面裂紋，隨后會引起軸承剝落、斷裂，對軸承破壞非常嚴重。
（5）腐蝕
軸承內部含有水分，油膜無法保護金屬表面，迅速導致軸承生銹。
（6）電蝕
由于在設備上進行焊接時，不正確的焊接方法，導致焊接電流通過軸承，引起軸承表面電蝕。
（7）剝落
承受負荷而又相對運動的接觸表面，由于反復承受負荷，在表面下一定深度地方，強度較弱部分形成裂紋，繼而發展到接觸面，使表層金屬成片狀剝落下來，致使軸承不能正常工作。階段出現的各種問題也都會引起軸承疲勞，直至發生剝落。發生剝落時，軸承已基本無法再繼續使用。
（8）斷裂
軸承內外圈、滾動體、保持架等都會發生斷裂，同上述剝落一樣，眾多因素都會導致軸承失效。
來源：《礦山機械》第33卷
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