转动轴承知识及故障诊断知识
转动轴承知识及故障诊断知识
一、转动轴承的基本知识
a.转动轴承能够起到支持转动的轴及轴上零件，，，，并坚持旋转轴的正常事情位置和精度。。。。。在转动轴承中，，，，转动体与滚道之间为点或线接触，，，，其间的摩擦为转动摩擦，，，，常用的轴承有SKF，，，，NSK, FAG及洛阳轴承等。。。。。
b.由于转动摩擦力远远小于滑动轴承（面接触，，，，滑动摩擦），，，，可以显著减小消耗和摩擦阻力的功耗，，，，节能效果显著，，，，维修利便，，，，质量可靠。。。。。常用于中低载，，，，中低速和一样平常事情情形下的场合，，，，但在特殊事情条件下如高速，，，，重载，，，，细密，，，，防腐，，，，防磁以及特大型装备等场合，，，，轴承选用原则是优先选用转动轴承，，，，特殊情形用滑动轴承。。。。。
c.转动轴承主要由内圈，，，，外圈，，，，坚持架和滚珠或滚柱或滚针组成，，，，工况事情卑劣的场合还常装有密封件，，，，分为深沟球轴承（主要遭受径向力，，，，可遭受部分轴向力），，，，角接触轴承（触球轴承的钢珠与内外圈接触点的连线与径向成一角度。。。。。接触角度σ一样平常分为15°、30°、40°，，，，划分用字母C、A、B体现，，，，角度越大能遭受的轴向力就越大），，，，双球调心轴承，，，，法兰轴承等。。。。。
d.转动轴承质料要具备高的接触疲劳性能，，，，高的耐磨性，，，，高的弹性极限，，，，合适的硬度，，，，一定的韧性，，，，优异的尺寸稳固性和一定的防锈能力，，，，内外圈及转动体质料是高碳铬轴承钢（含碳1%左右，，，，含铬1.5%左右，，，，并含有少量的锰，，，，硅元素，，，，例GCr4,GCr15, GCr15SiMn等）或渗碳钢（经渗碳和热处置惩罚淬，，，，回火后的优质低合金钢，，，，含有较低的碳和一定量的合金元素，，，，例20GrNiMoA, 16Cr2Ni4MoA），，，，前者接纳全淬火，，，，外貌和心部均可硬化，，，，一样平常的硬度为HRC58---65。。。。。
增补知识：-淬火是把钢加热光临界温度以上，，，，保温一准时间，，，，然后快速冷却(水浴或油浴等)，，，，从而获得以马氏体为主的不平衡组织的一种热处置惩罚工艺要领； ；；；；退火是加热到相宜温度以上后在保温质料笼罩下缓慢降温使其组织平衡； ；；；；正火是加热到相宜温度后在空气中冷却； ；；；；回火是为了降低钢材的脆性，，，，将淬火后的钢件在高于室温而低于710度的某一相宜温度长时间保温，，，，再举行冷却的工艺，，，，二者连系又称调质处置惩罚。。。。。
e.陶瓷轴承是在轴承的内圈或外圈镀了一层粉末冶金陶瓷质料包括碳化硅SiC, 氮化硅Si3N4，，，，氧化锆Zr02微晶陶瓷（绝缘，，，，硬度高，，，，比重轻，，，，高温性能好，，，，耐磨性能好），，，，受热胀冷缩的比例小可在温差转变较大的场合应用。。。。。
f.电绝缘轴承接纳特种喷涂工艺，，，，在轴承的外外貌喷镀优质覆膜，，，，覆膜与基体结协力强，，，，绝缘性能好，，，，可阻止感应电流对轴承的电蚀作用，，，，避免电流对润滑脂和转动体、滚道造成的损坏，，，，提高轴承的使用寿命。。。。。该工艺一直被刷新，，，，绝缘轴承中，，，，在外圈或内圈外貌有一层100μm厚的涂层，，，，可遭受最高1000伏的电压。。。。。
陶瓷轴承（左图），，，，绝缘轴承（右图）
g.转动轴承型号：-是用来批注轴承的内径，，，，直径系列，，，，宽度系列和类型一样平常多为五位数，，，，代号分为前置代号+基本代号+后置代号； ；；；；
例如轴承L6213J/C3，，，，轴承的前置代号用于体现轴承的分部件,用字母体现。。。。。如用 L体现可疏散轴承的可疏散套圈； ；；；；
6219为基本代号，，，，轴承内径为右边第一二位数字*5，，，，本例轴承内径为13*5=65mm; 2体现轻系类轴承； ；；；；6为轴承的类型编号； ；；；；常用的编号如下：-
J/C3为后置代号是用字母和数字等体现轴承的结构，，，，公差及质料的特殊要求等，，，，J为J型状钢支持圈，，，，C3为轴承的径向游隙。。。。。
7220ADBC3 7指角接触轴承，，，，2直径系类20内径100mm，，，，A指角度为30度，，，，DB背靠背组合。。。。。
h.转动轴承载荷：转动体是点或线接触，，，，转动体运转到负荷区时才遭受载荷，，，，故而疲劳损伤是轴承概率最高的故障。。。。。所附为轴遭受力争及内圈外圈受力争，，，，大部分时间下内圈作用力显然比外圈作用力大，，，，这也就是内圈更容易泛起疲劳损伤的缘故原由。。。。。关于深沟球轴承来说轴向载荷过大会导致其使用寿命缩短，，，，故而选型时必需思量径向轴承的轴向力。。。。。
i.转动轴承寿命：-指在内外圈及转动体首次泛起疲劳损伤之前轴承运行的时间。。。。�； ；；；；径疃ㄊ倜�，，L10h是基于某一足够大数目外貌上完全相同的轴承在相同的工况下运行，，，，其中 90% 能够抵达或凌驾的疲劳寿命。。。。。
其中C为基本额定动载荷[KN], P为轴承等效动载荷[KN]，，，，n为转速[r/min],p为寿命公式的指数，，，，3体现球轴承，，，，10/3体现滚子轴承。。。。。
现实生产运行中，，，，轴承寿命又受启停次数，，，，现场运营维护，，，，现场运行情形等因素影响，，，，故而轴承寿命未便于展望，，，，可以基于现场振动轴承温度声音是否异常替换，，，，或凭证现场装备的主要性提前预防性维护，，，，一样平常轴承寿命2-3年。。。。。
j.转动轴承游隙：-轴承游隙即轴承在未装置于轴或轴承箱时，，，，将其内圈或外圈的一方牢靠，，，，然后便于未被牢靠的一方做径向或轴向移动时的移动量。。。。。凭证移动偏向，，，，可分为径向游隙和轴向游隙。。。。。
若是游隙过�。。。。。�，，会导致轴承发热或抱死，，，，轴承游隙过大，，，，会导致轴向窜动，，，，同时导致轴向振动大。。。。。
基本径向游隙组适用于一样平常的运转条件、通例温度及常用的过盈配合； ；；；；在高温、高速、低噪声、低摩擦等特殊条件下事情的轴承则宜选用大的径向游隙； ；；；；对细密主轴、机床主轴用轴承等宜选用较小的径向游隙。。。。。轴承装机后的事情游隙，，，，要比装置前的原始游隙�。。。。。�，，由于轴承要遭受一定的负荷旋转，，，，尚有轴承配合和负荷所爆发的弹性变形量。。。。。
二、转动轴承的装置
a.角接触轴承一样平常两两配合使用，，，，经常听到手艺职员说轴承是“背靠背”或“面扑面”装置，，，，那么什么是背，，，，什么是面呢？？？界说外圈较宽一侧为“面”，，，，较窄一侧为“背”，，，，看内外圈受力线毗连方法或想象人头（球）带帽子（外圈）的样子。。。。。
b.一样平常我们将轴承装置在轴上，，，，轴承坐落在轴承座内里，，，，其间会涉及到轴承内圈与轴承的过盈配合，，，，轴承外圈与轴承座的配合。。。。。在轴承装置之前，，，，我们必需对轴外径，，，，轴承座内径以及轴承内外径举行确认，，，，过大或过小配合都可能导致轴承问题，，，，导致跑内圈和跑外圈的征象，，，，进而导致振动高和轴承寿命缩短。。。。。
轴承的尺寸配合可以凭证轴的巨细在轴承手册中查到，，，，关于轴承内圈，，，，接纳基轴配合，，，，轴承外圈接纳基孔配合。。。。。
表3径向轴承与轴配合尺寸
表4转动轴承与轴承座配合尺寸
c.常用的轴承装置要领有冷装，，，，热装，，，，液压装配等。。。。。轴承的装置一定要严酷凭证标准程序和检查清单，，，，使用准确的工具，，，，不然会导致轴承失效。。。。。装配问题包括装配时损伤到轴承内部运动部件，，，，部件配合过松，，，，轴向或径向预应力过大等。。。。。轴向的预应力过大（过于紧配合）会使得轴承运行时的噪声很大，，，，内外圈的温差加大。。。。。
研究批注16%的轴承的提前失效是由于装配不当（用力过大）或不会准确使用工具导致。。。。。例如热装时加热不均，，，，加热温度过高，，，，轴承的膨胀系数为12.5*10-6 ，，，，一样平常要求低于100degC，，，，80-90度较好，，，，以免轴承局部过热退火，，，，由于轴承的硬度因过热而有降低的危害; 装置之前应该确定轴心，，，，轴承座的配合面是否有撞伤或突起等，，，，确保轴承装置到位，，，，有时轴承端面于轴肩之间可能会爆发间隙，，，，需要热装冷却时作用一个轴向力； ；；；；装置历程中对内圈施力，，，，切勿对外圈作用力； ；；；；另外装配时，，，，应使轴承和轴肩靠紧，，，，圆锥滚子轴承和向心推力轴承与轴肩的间隙不得大于0.05mm，，，，其它轴承不得大于0.1mm。。。。。
三、转动轴承的失效形式
1.常见的轴承失效有磨损失效，，，，疲劳失效，，，，侵蚀失效，，，，断裂失效，，，，电侵蚀，，，，压痕失效等。。。。。生产维修中，，，，常说的轴承剥落，，，，常指的是我们看到的征象，，，，轴承剥落可能有疲劳，，，，磨损，，，，侵蚀等导致。。。。。
（1）磨损失效Wear
外界进入的颗粒物质（软性/中性/硬性物质）或润滑缺乏时会将原本平滑的接触面磨损出凹槽，，，，严重的甚至能改变沟道的形状和滚子的外观和直径。。。。。轴承运动部件的间隙增大而爆发严重的晃动，，，，摩擦力急剧增大，，，，最终导致轴承损毁。。。。。
需要注重的是异物导致的轴承失效，，，，逐渐生长为轴承的疲劳损伤，，，，也就是轴承泛起故障后，，，，如不实时查找缘故原由，，，，那么运行一段时间后就会导致二次损伤从而笼罩了初始损伤的缘故原由。。。。。
（2）疲劳损伤Fatigue Damage
疲劳损伤爆发于轴承中运动部件接触面内部或外部，，，，最初形态为细小的内部裂纹。。。。。之后逐步向外貌延伸，，，，最终导致接触面的破损。。。。。对应的轴承的故障可以体现为滚道或滚子的凹痕、破碎、剥离，，，，时域波形常体现为周期性。。。。。
（3）润滑欠好
润滑欠好回导致轴承内部泛起金属碰金属的征象，，，，导致局部泛起镜摩擦，，，，轴承温度升高进而导致部件之间间隙变大。。。。。
（4）裂纹
内环或外环裂开，，，，可能缘故原由是轴遭受到的了攻击。。。。。坚持架泛起裂纹可能是内外环的对中装置欠好或高负荷高振动导致的。。。。。
(5)电侵蚀Electrical corrossion
当轴承隔离欠好时，，，，保存静电，，，，那么就会在轴承间隙小处举行释放，，，，局部爆发上千度的高温导致金属外貌融化，，，，爆发电侵蚀和高温的痕迹（注重轴承缺油脂润滑欠好时也会爆发高温的痕迹）。。。。。
2.通过以上的陈述，，，，我们相识了轴承的多种失效形式及体现，，，，那么引起这些失效的缘故原由是什么呢？？？
36%的轴承失效是由于润滑不当导致的，，，，过多或过少润滑脂，，，，选择了过失的润滑脂，，，，旧润滑脂未能实时倾轧等。。。。。
可能有些人会对转动轴承有误解，，，，以为滚珠和内外环是直接接触的，，，，着实它们之间也是有一定油膜的，，，，油膜的作用：-减小摩擦，，，，降低摩擦热，，，，增大接触面积减小接触应力，，，，防尘防锈防侵蚀等作用。。。。。
转动轴承可以思量使用油润滑（高速和高负荷的轴承），，，，脂润滑（低速，，，，中速和中温轴承）和固体润滑（高速和高温，，，，二硫化钼及石墨粉）。。。。。润滑脂有有机脂和无机脂两类，，，，其中有机脂又包括矿物油的皂基脂+添加剂和合成油的皂基脂。。。。。另外在一些特殊场合我们也会用到固体润滑剂（软金属/金属的化合物/其它有机或无机物质）。。。。。润滑脂是由基油70%，，，，稠化剂5-30%和添加剂所组成的半固体状的润滑剂，，，，及少量的添加剂。。。。。稠化剂包括锂基（ZL）,钙基（ZG）,钠基（ZN），，，，铝基等。。。。。
润滑剂用量要合适，，，，太多太好都欠好，，，，太多会爆发大宗的搅拌热量，，，，导致轴承温度升高，，，，加速润滑剂的老化； ；；；；太少会导致油膜不可形成金属碰金属，，，，导致泛起干摩擦。。。。。差别装备的添加频率差别，，，，应凭证装备的结构形式，，，，转速和载荷平划分看待，，，，现在常用的两种战略：-A，，，，关于低速低载荷的装备，，，，可以思量按月或季度添加，，，，目的是加新润滑脂的同时可以将旧油脂挤压出来； ；；；；B,关于高速高载荷的装备，，，，思量到润滑脂对其的影响敏感，，，，接纳少量多次的原则，，，，或使用自动加脂机。。。。。
在维修中，，，，外壳内的润滑脂充填量随外壳的结构和容积而有所差别，，，，一样平常充填至容积的1/3～1/2为宜/充填量过多时，，，，润滑脂因搅拌发热爆发变质，，，，老化及软化，，，，应加以注重。。。。。但用于低速轴承，，，，为避免异物侵入，，，，有时也充填至容积的2/3～1/2。。。。。
14%的轴承失效是由于轴承和润滑脂受到污染导致的，，，，或轴承的密封效果欠好； ；；；；如下图所示，，，，轴承润滑脂中进入异物，，，，导致轴承滚道泛起磨损，，，，进而导致轴承失效爆发质料剥落。。。。。
轴承转动体和滚道在润滑脂油膜作用下有0.0005mm的作用距离，，，，不是直接接触的。。。。。
34%的轴承失效是由于疲劳导致的，，，，若是装备受到过载，，，，使用或维护不当都会导致，，，，例如轴承终年运行温度过高，，，，那么轴承使用寿命就会缩短，，，，爆发疲劳失效； ；；；；
16%的失效是由于装配不当（通常是由于用力过大，，，，装配不到位，，，，配合尺寸误差，，，，跳动大等）和不会准确使用装配工具造成的。。。。。
4 转动轴承的保管
1） 备用轴承的存放，，，，应该平放，，，，存放在冷凉透风的场合，，，，防锈油在50-60度就会流出来。。。。。差别贮存周期的轴承会使用差别类型的防锈油，，，，需要多加注重。。。。。另外若贮存轴承周期凌驾预准时间，，，，应提前替换防锈油重新做轴承防护。。。。。
2） 另需要强调的一点：-现在市场上产品质量良莠不齐，，，，仿制品许多，，，，爆发了许多由于轴承质量问题而导致的装备停产磨练，，，，以是必需从正规渠道购置轴承。。。。。另除了正规的第三方举行轴承质量的认定外，，，，作为装备维修职员在装置轴承之前，，，，应对轴承有起源的判断，，，，主要通过审查轴承：-外包装是否清晰； ；；；；钢印字是否清晰； ；；；；轴承手动旋转是否有异响； ；；；；外貌的防锈油是否匀称是否有异味； ；；；；倒角是否匀称等外观来判断； ；；；；也可通过轴承的尺寸是否有误差，，，，游隙是否与划定相吻合来进一步判断。。。。。
5 转动轴承的故障诊断及案例剖析
怎样展望轴承的寿命和举行故障诊断，，，，与生产的可靠性息息相关。。。。。轴承作为成熟的产品，，，，在生产中我们有许多中我们有许多监测和故障诊断的要领---通过轴承温度，，，，振动，，，，声音，，，，油/润滑脂颜色和油样剖析等来监测； ；；；；通过振动或声音频谱剖析，，，，脉冲丈量，，，，超声波，，，，热成像等举行故障剖析。。。。。
故障诊断表可以给我们指引判断偏向，，，，但切记照搬原样，，，，详细问题还需要详细分； ；；；；通过轴承失效表我们可以知道轴承泛起运行报警后，，，，可能很快就会泛起轴承失效，，，，因此准确的判断和妄想性维修至关主要。。。。。
表5 转动轴承故障诊断表
表6 转动轴承失效的时间表
要领总总，，，，蹊径条条，，，，但找到适合自己的故障诊断要领至关主要，，，，需要案例与理论知识的重复验证。。。。。以下先容故障诊断中时域与频域剖析的应用和案例剖析。。。。。
a)条件允许的情形下，，，，对转动轴承的频谱剖析，，，，作者以为较为准确，，，，经得住实战的磨练。。。。。如我们所知转动轴承是标准设计部件，，，，其各部件（内外环，，，，坚持架，，，，转动体）在某一转速下，，，，划分对应牢靠的频率。。。。。各部件的固有频率盘算可以使用SKF轴承APP软件输入轴承型号和转速就能盘算出来； ；；；；或凭证常用的履历公式来举行盘算，，，，履历值为内圈运行频率为0.6X*滚珠数，，，，外圈为0.4X*滚珠数。。。。。
转动轴承故障特征频率（外圈静止）式中：Z--转动体个数； ；；；；fr--转频（Hz）； ；；；；D--轴承节径（mm）； ；；；；d--转动体直径（mm）； ；；；；α--接触角。。。。。
转动轴承内圈故障特征频率：-
正常运行的轴承其频谱仅显示为1倍频且值在允许规模之内（频谱较清洁），，，，那么若泛起内环或外环泛起损伤，，，，其对应的频率就会被引发出来，，，，使用这一原理我们就可以准确的知道轴承是否保存故障及故障水平，，，，从而制订维修妄想做到预知性维修（差别于故障维修和预防性维修，，，，预知性维修是那坏修那，，，，阻止了故障维修导致的生产损失，，，，同时也阻止了预防性维修导致的杀敌一千自损八百），，，，轴承各部件的频率盘算可参考例1； ；；；；
b) 条件不允许的情形下，，，，即现场没有频谱仪，，，，那么我们也有手段举行故障诊断，，，，可以结适时域波形，，，，现场声音，，，，速率和加速率值或脉冲Q值来综合判断。。。。。几点强调如下：-
加速率对作用力敏感，，，，更能查找轴承的早期故障，，，，现在还没有规范界说轴承的加速率值标准，，，，凭证运营履历，，，，建议周期性的丈量加速率值，，，，判断其是否增添； ；；；；例如正常轴承5-20g/s2, 轴承泛起异常时能凌驾100g/s2. 但保存显着的缺乏，，，，加速率值高了也可能是润滑油，，，，轴系差池中，，，，轴承润滑不良，，，，润滑油污染等造成的。。。。。任何金属划擦，，，，磨碰或撞击都会爆发攻击脉冲，，，，都会滋扰轴承的攻击信号。。。。。不可连忙决议就替换轴承，，，，那么此时若是手边没有频谱仪，，，，建议加润滑脂来举行判断，，，，加完后可能会泛起如下情形：-
加润滑脂后攻击值马上降低，，，，但几个小时后又升高，，，，那么可以判断是轴承自己有损伤； ；；；；
加润滑脂后若攻击值马上降低并坚持低位，，，，那么可以判断是轴承润滑不良或油液中有颗粒导致的； ；；；；
加润滑脂后若攻击值没有转变，，，，那么可以判断攻击值高的缘故原由可能是轴承与轴/轴承座配合问题，，，，或是有其它滋扰或邻近轴承的串音滋扰。。。。。
经典时域波形如下
图（左）振动的时域波形，，，，若发明时域波形保存显着的周期性，，，，那么凭证时域波形的周期性我们就可以盘算得出其对应的频谱f=1/T,进而知道是谁人部件爆发了故障； ；；；；
图（右）转动轴承若是保存润滑不良造成的干摩擦，，，，那么在时域波形中我们就会发明削波征象。。。。。
例1）转动轴承基于频谱剖析的故障诊断
某工厂工艺氧泵使用单泵运行，，，，若是此泵爆发故障就会导致整套空分装备的跳车，，，，因此其运行可靠性至关主要。。。。。为包管其运行可靠性，，，，团队制订了严酷的检测手段，，，，使用频谱丈量装备DCX按期丈量该泵电机的频谱。。。。。运行一段时间后发明频谱中有9X频谱的泛起和升高，，，，如下图所示。。。。。
该轴承型号为7226BCBM，，，，已知轴承的运行速率，，，，可以通过轴承设计软件盘算出轴承内圈，，，，外圈，，，，坚持环，，，，滚珠对应的运行频率（扰动频率）。。。。。履历公式为内圈频率为0.6X*滚珠数，，，，外圈为0.4X*滚珠数。。。。。
正常轴承运行显示1倍频，，，，若是泛起其它部件的运行频率，，，，多为高倍频，，，，那么极有可能此部件泛起了问题。。。。。
例如本案例泛起了轴承的9X，，，，正好对应于轴承的内圈频率，，，，思量到此值在逐步升高，，，，现场团队作了妄想性的维修事情，，，，最后拆开轴承后发明轴承内圈泛起疲劳损伤，，，，从而阻止了一次轴承故障引起的非妄想性停车。。。。。
例2）转动轴承基于频谱剖析的故障诊断
如下图所示，，，，某电机振动（红色线所示）突然之间波动规模增大，，，，在1.2—3.0mm/s之间波动，，，，虽然最高振动值并不高且与跳车值9.1mm/s有很大的距离，，，，但发明现场噪音增添同时现场丈量其加速率值由10g/s2逐步增添到300g/s2，，，，脉冲测振显示Q值也凌驾了标准。。。。。现场加润滑脂发明轴承噪音和振动没有改善。。。。。
团队判断轴承保存问题，，，，做了妄想性维修，，，，拆建发明轴的绝缘层爆发脱落，，，，且碎片进入轴承内部，，，，导致轴承内圈和一个滚珠爆发磨损，，，，实时的维修替换阻止了故障进一步的恶化，，，，阻止了非妄想性�； ；；；；�。。。。。
由本例可知加速率或脉冲测振可以发明轴承的早期故障，，，，但需要注重润滑脂缺乏时也会导致加速率和脉冲值升高，，，，需要加脂举行扫除。。。。。
[1] SKF bearing failure&causes.
[2] SKF bearing maintenance handbook.
[3] NSK new bearing doctor.
[4]轴承润滑手艺
