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滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)研究現狀及發(fā)展趨勢研究
一、滾動(dòng)軸承故障診斷的意義
隨著(zhù)科技的發(fā)展，現代工業(yè)正逐步向生產(chǎn)設備大型化、復雜化、高速化和自動(dòng)化方向發(fā)展，在提高生產(chǎn)率、降低成本、節約能源、減少廢品率、保證產(chǎn)品質(zhì)量等方面具有很大的優(yōu)勢。
但是，由于故障所引起的災難性事故及其所造成的對生命與財產(chǎn)的損失和對環(huán)境的破壞等也是很?chē)乐氐�，這就使得人們對諸如航空航天器、核電站、熱電廠(chǎng)及其他大型化工設備的可靠性、安全性提出了越來(lái)越高的要求。除了在設計與制造階段，通過(guò)改進(jìn)可靠性設計、研究和應用新材料、新工藝以及加強生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)檢控制措施提高系統的可靠性與安全性外，提高系統可靠性與安全性的另一個(gè)重要途徑就是對系統的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監測與診斷，從而實(shí)現對設備的有效控制，并對災難性故障的發(fā)生進(jìn)行預警，為采取相應的補救措施提供有效的信息。故障診斷理論就是為了滿(mǎn)足對系統可靠性和安全性要求的提高，減少并控制災難性事故的發(fā)生而發(fā)展起來(lái)的。因此，故障診斷理論的發(fā)展必將促進(jìn)故障監測和監控系統的快速發(fā)展與廣泛應用，從而可以進(jìn)一步的提高系統運行的可靠性與安全性，并由此產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟和社會(huì )效益。
與其他機械零部件相比，滾動(dòng)軸承有一個(gè)很獨特的特點(diǎn)，那就是其壽命的離散性很大。由于軸承的這一特點(diǎn)，在實(shí)際使用中就會(huì )出現這樣一種情況：有的軸承已大大超過(guò)其設計壽命而依然能正常地工作，而有的軸承遠未達到其設計壽命就出現各種故障。因此，如果按照設計壽命對軸承進(jìn)行定期維修：一方面，會(huì )造成將超過(guò)設計壽命而仍正常工作的軸承拆下來(lái)作報廢處理，造成浪費；另一方面，未達到設計壽命而出現故障的軸承沒(méi)有被及時(shí)的發(fā)現，直到定期維修時(shí)才被拆下來(lái)報廢，使得機器在軸承出現故障后和報廢前這段時(shí)間內工作精度降低，或者未到維修時(shí)間就出現嚴重故障，導致整部機器陷于癱瘓狀態(tài)。因此，進(jìn)行滾動(dòng)軸承工作狀態(tài)及故障的早期檢測與故障診斷，對于設備安全平穩運行具有重要的實(shí)際意義。
二、滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)研究現狀及發(fā)展趨勢
2.1 滾動(dòng)軸承的故障特點(diǎn)
滾動(dòng)軸承具有一個(gè)突出的特點(diǎn)，其壽命離散程度非常大。若僅呆板地按照設計壽命對軸承進(jìn)行定期維修，是很不科學(xué)的。軸承使用中，要隨時(shí)進(jìn)行工況的監測和故障的判別。這樣不僅可以防止設備工作精度下降，減少事故發(fā)生的機率，還可以最大限度地發(fā)揮軸承的工作潛力，節省開(kāi)支。
輕微損傷的軸承可以從使用情況，特別是軸承工作表面的磨損狀況、磨損軌跡等征兆來(lái)推斷出其失效的真正原因。損傷嚴重的軸承是因突發(fā)事故而完全報廢的軸承，最終的破損狀況往往早已掩蓋了初始損傷的痕跡，暴露出來(lái)的只是軸承最終咬死和燒毀的現象，以及已破損的軸承零件的殘骸。這些原因使得人們容易混淆軸承損傷的最主要根源，只能從軸承的工作條件、潤滑狀況、支承的整體結構以及損傷的形式做出推斷，并借助其他科學(xué)的分析方法來(lái)驗證。因此，在滾動(dòng)軸承的實(shí)際使用過(guò)程中，應該立足于軸承損傷狀況的監測與識別，研究早期故障診斷技術(shù)，以預防因軸承損傷而引發(fā)的停機、停產(chǎn)和設備損壞等重大經(jīng)濟損失和人員傷亡事故。
2.2 滾動(dòng)軸承運轉中的常用檢查項目
軸承運轉中需要監測檢查的項目主要有：軸承的滾動(dòng)聲、振動(dòng)情況、溫度、潤滑的狀態(tài)等，具體情況如下：
�。ㄒ唬� 軸承的滾動(dòng)聲
對運轉中的軸承的滾動(dòng)聲的大小及音質(zhì)進(jìn)行檢查，即使有輕微的剝離等損傷，也會(huì )發(fā)出異常音和不規則音。通過(guò)對這些聲音的分析，可以作為判斷軸承運行狀況良好與否的依據之一。
�。ǘ� 軸承的振動(dòng)
軸承振動(dòng)對軸承的損傷很敏感，例如剝落、壓痕、銹蝕、裂紋、磨損等都會(huì )在軸承振動(dòng)測量中反映出來(lái)。所以，通過(guò)采用特殊的軸承振動(dòng)測量器（如頻率分析器等）可測量出振動(dòng)的大小。通過(guò)對振動(dòng)頻率的分析，進(jìn)一步推斷異常情況。但是由于測得的數值因軸承的使用條件或傳感器安裝位置等不同而又有所差別，因此需要事先對每臺機器的測量值進(jìn)行分析比較后確定判斷標準。
�。ㄈ� 軸承的溫度
通常，軸承的溫度隨著(zhù)運轉開(kāi)始慢慢上升，1-2小時(shí)后達到穩定狀態(tài)。軸承的正常溫度因機器的熱容量，散熱量，轉速及負載而不同。如果潤滑、安裝部不合適，則會(huì )導致軸承溫度急驟上升，出現異常高溫，這時(shí)必須停止運轉，采取必要的防范措施。使用熱傳感器可以隨時(shí)監測軸承的工作溫度，并實(shí)現溫度超過(guò)規定值時(shí)自動(dòng)報警或停止，防止燃軸等事故的發(fā)生。
�。ㄋ模� 潤滑
潤滑對滾動(dòng)軸承的疲勞壽命和摩擦、磨損、溫升、振動(dòng)等有重要影響。沒(méi)有良好的潤滑，軸承就不能正常工作。分析軸承損壞的原因表明，約40%左右的軸承損壞都與潤滑不良有關(guān)。因此，軸承的良好潤滑是減小軸承摩擦和磨損的有效措施。除此之外，軸承的潤滑還有散熱，防銹、密封、緩和沖擊等多種作用。軸承潤滑的作用可以簡(jiǎn)要說(shuō)明如下：
a. 在相互接觸的二滾動(dòng)表面或滑動(dòng)表面之間形成一層油膜把二表面隔開(kāi)，減少接觸表面的摩擦和磨損。
b. 采用油潤滑時(shí)，特別是采用循環(huán)油潤滑、油霧潤滑和噴油潤滑時(shí)，潤滑油能帶走軸承內部的大部分摩擦熱，起到有效的散熱作用
c. 采用脂潤滑時(shí)，可以防止外部的灰塵等異物進(jìn)入軸承，起到封閉作用。
d. 潤滑劑都有防止金屬銹蝕的作用。
e. 延長(cháng)軸承的疲勞壽命。
2.3 滾動(dòng)軸承故障診斷的現狀及發(fā)展趨勢
自二十世紀六十年代以來(lái)，國內外學(xué)者對軸承的故障診斷做了大量的研究工作，各種方法與技巧不斷產(chǎn)生、發(fā)展和完善，應用領(lǐng)域不斷擴大，診斷精度也不斷提高。時(shí)至今日，故障診斷技術(shù)己成為一門(mén)獨立的跨學(xué)科的綜合信息處理技術(shù)，它以可靠性理論、信息論、控制論、系統論為理論基礎，以現代測試儀器和計算機為技術(shù)手段，結合各種診斷對象（系統、設備、機器、裝置、工程結構、工藝過(guò)程等）的特殊規律而逐步形成一門(mén)新興的學(xué)科�？偟膩�(lái)說(shuō)，軸承故障診斷的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：
第一階段：利用通用的頻譜分析儀診斷軸承故障。
第二階段：利用沖擊脈沖技術(shù)診斷軸承故障。
第三階段：利用共振解調技術(shù)診斷軸承故障。
第四階段：以計算機為中心的故障診斷。
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