滚动轴承常见故障及诊断

滚动轴承常见故障及诊断

2007/08/04 11:41来源：《工程机械与维修》作者：肖军

滚动轴承的故障类型大致有6种，即：腐蚀、摩擦、过热、烧伤、磨损、疲劳剥落等。其中，磨损和疲劳剥落是最常见的故障形式。故障诊断的方法有：转矩测定法、转速测定法、温度测定法、油分析法、振动法等。其中，振动法适用性强，效果好，测试信号处理简单直观，使用最广泛。

1．故障识别

运转中的检查项目有轴承的滚动声、振动、温度等，主要识别方法如下：

(1)噪声识别

这需要有丰富的经验，应尽量由专人进行这项工作。用听音器或听音棒贴在外壳上可清楚地听到轴承的声音，也可采用测声器对运转轴承的滚动声的大小及音质进行检测，分辨出不同的故障。

轴承噪声主要有以下几种：

①固有噪声。这是滚动轴承本身具有的一种噪声，属正常噪声。特点：轴承旋转时发出的一种平稳、连续的声音，声音较小；转速变化时，其主频率不变。

②装配误差产生的噪声。

③滚道噪声。轴承在转动时产生随机脉动滚道噪声，是轴承噪声的主要成分。特点：滚道噪声会随着滚道和滚动体加工精度的提高而降低。

④滚动噪声。滚子轴承容易产生滚动噪声。特点：主要发生在滚动体进入、退出承载区的时刻；润滑剂性能不好或黏度极大时最容易产生；滚子轴承只承受径向力，径向游隙比较大时容易产生。

⑤保持架噪声。产生原因：滚动体和保持架、保持架与引导面之间的滑动摩擦，以及保持架与滚动体发生相互撞击而发出的噪声。特点：具有周期性；当采用滚动体引导保持架时，这种运动的不稳定性更加严重，深沟球轴承的冲压保持架较薄，径向、轴向的刚度较低，整体稳定性差，轴承高速旋转时，因弯曲变形而产生自激振动，发出“蜂鸣声”。

⑥夹杂物噪声。大约14%的轴承过早损毁是污染所致，外部杂质进入轴承工作面引起非周期性振动和噪声。特点：随机性强，特别是小型轴承对此很敏感。

⑦伤痕噪声。据统计，16%的轴承过早损毁是由于安装不当或没有使用适当的安装工具。特点：转速不变，噪声频率不变；转速降低，周期变长。如果使用高黏度油脂，噪声将减弱。原因分析：若其噪声连续不断，则可能是滚道有伤；若其噪声或有或无周期性，则为滚动体受损；若滚动体碎裂，会产生“锉齿声、冲击声”。

⑧缺油噪声。特点：发出“金属磨损的哨声”，如果负载较重且缺油严重，可能产生“尖叫声”。

(2)振动识别

通常在轴承上安装压电式加速度传感器获取振动信号，然后通过计算机进行信号分析，以判断轴承是否存在故障。滚动轴承磨损后产生的振动同正常轴承产生的振动具有相同的性质，但磨损轴承的振幅明显比正常轴承的高。因此，只要将传感器获得的振动信号加以比较，就可判断出滚动轴承是否存在磨损类故障。如果传感器获得的振动信号出现异常，即波形相隔一段时间就出现峰值极大的尖顶，则可判断滚动轴承出现了疲劳剥落和点蚀等故障。

(3)温度识别

使用热感器可以随时监测轴承的工作温度，并在温度超过规定值时实现自动报警以防止事故发生。该方法属比较识别法，仅用于运转状态变化不大的场合。高温表示轴承已处于异常状态，因此，连续监测轴承温度是有必要的。轴承温度的定期测量可借助于温度计(例如数字型温度计)。

(4)润滑剂状态识别

即对润滑剂采样分析，通过其污浊程度进行判断。该方法对不能靠近观察的轴承或大型轴承尤为有效。

2．损坏型式

滚动轴承常见的损坏型式有以下几种：

(1)滚动体(滚珠和滚柱等)和内外圈滚道表面磨损和剥落

这会造成滚动轴承的径向间隙、轴向间隙增大，滚动轴承在工作中发出噪声和发热，并且改变了与其配合轴的正确工作位置，出现振动。表面疲劳剥落的初期是表面上出现麻点，最后发展成片状的表层脱落。轴承滚动体和内外圈滚道面上均承受周期性脉动载荷的作用，产生周期性变化的接触应力。当应力循环次数达到一定数量后，在滚动体或内外圈滚道工作面上就产生疲劳剥落。如果轴承的负荷过大，会使这种疲劳加剧。另外，轴承安装不正、轴弯曲，也会产生滚道剥落现象。轴承滚道的疲劳剥落会降低轴的运转精度，产生振动和噪声。

(2)内外圈的配合表面磨损

这是由于轴承内外圈与轴和壳体孔没有装配好，破坏了轴承与壳体、轴承与轴的配合关系，进一步加速了轴承本身和与之配合的轴或壳体配合表面的磨损(俗称走内圈或走外圈)。

(3)隔离圈磨损和松旷

在工作中隔离圈和滚动体(滚珠、滚柱等)相互摩擦，若润滑不良，则加快磨损。隔离圈磨损以后，滚动体松动，严重时会造成隔离圈散架、滚动体脱落。

(4)烧伤

若润滑不良或润滑油不符合要求，以及轴承间隙调得过小，轴承工作时迅速发热，工作表面因受高温而退火。在外表观察时，可发现轴承工作表面的颜色发生变化。

(5)塑性变形

若滚道与滚子接触面上出现不均匀的凹坑，说明轴承产生塑性变形。其原因是轴承在很大的静载荷或冲击载荷作用下，工作表面的局部应力超过材料的屈服极限。这种情况一般发生在低速旋转的轴承上。

(6)座圈产生裂纹和保持架碎裂

轴承座圈产生裂纹的原因可能是轴承配合过紧、轴承外圈或内圈松动、轴承的包容件变形、安装轴承的表面加工不良等。保持架碎裂的原因是润滑不足、滚动体破碎、座圈歪斜等。座圈滚道严重磨损可能是座圈内落入异物、润滑油不足或润滑油牌号不符合要求引起的。

3．故障诊断

(1)人工简单检测

滚动轴承故障引起的冲击振动从冲击点以半球面波方式向外传播，通过轴承零件、轴承座传到箱体或机架，由于冲击振动的频率很高，通过零件的界面传递一次其能量损失80%。因此，在听振动声音时要正确选择测定点，应尽可能地靠近被测轴承承载区，减少中间环节，离轴承外圈的距离越短越直接越好。如止推轴承在轴承盖处振动信号最强，利用听到的声音即可判断其状态：“嗡嗡”声表示状态较好；“梗梗”声是内外圈或滚动体破裂；“骨碌碌”声是轴承缺油。还可利用手对温度和振动的感觉对轴承做出判断：若手只能在轴承处放3 s，说明轴承温度已达60℃；轴承压盖过热可能是轴承走外圈；如果轴承局部发热或有撞击振动现象，说明轴承装配不当或紧固件松动等。用眼睛观看：看安装轴承处及压盖的漆皮有无变色；轴承的油脂是否发黑、乳化等；观察隔离圈是否损坏；滚动体(滚珠、滚柱等)和内外滚道有无裂纹、伤痕、麻点或烧蚀等。若发现滚动轴承的隔离圈断裂、缺口以及滚柱(珠)脱出等应更换轴承。若轴承受热变色，滚柱(珠)磨损不均匀、断碎等，应予更换。在拆检滚动轴承时，应先把滚动轴承清洗干净，通过外表检查、空转试验和对内部的间隙测量，可判断其质量是否良好。

(2)空转试验

一手拿住内圈，一手转动外圈，使轴承空转，轴承旋转应轻快灵活、无噪声、无卡滞现象。若转动起来有“喀达”、“喀达”的撞击声，应进一步检查滚珠(柱)和内外滚道，若发现滚珠和座圈有严重的麻点、脱皮、破裂等须更换。若转动起来很灵活，无阻滞现象，但“哗、哗”的噪声很大，应检查是否磨损过度，可用两只手紧握滚动轴承的内圈和外圈，前后推动轴承，若感到晃动的间隙很大，应更换轴承。

(3)仪器监测

通常使用振动检测仪器确定旋转机械性能变化的趋势。要达到此目的，必须迅速可靠地检测出那些能正确表征机器状况的振幅和频率，然后将其与标准参考值加以比较，再根据测量结果是否超标，以决定是否要大修。轴承的噪声检测可用仪器S0910－1型，分为Z1、Z2、Z3、Z4级别；振动检测用仪器BVT－1型，分为V1、V2、V3、V4级别。有条件时，可以用带架的百分表测量径向和轴向间隙。检验径向间隙时，轴承应放在平板上，百分表量头抵住滚动轴承外圈外圆侧面，然后用一只手压紧轴承内圈，另一只手径向推动轴承外圈，表针变动的数字，即表示轴承的径向间隙。检验轴向间隙时，应将轴承外圈搁在两个垫块上，使内圈悬空，再在内圈上放一个小平板，将百分表量头抵在小平板中央，然后上下推动内圈，表针变化的数字即为轴承的轴向间隙。