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滚动轴承故障诊断技术的发展

发表于：2013/1/11 14:18:50 标签：
      滚动轴承是旋转机器中的重要零件，在各机械部门中应用最为广泛。因它具有一系列显著的优点，例如：摩擦系数小，运动精度高，对润滑剂的粘度不敏感，在低速下也能承受载荷。有些轴承还能同时承受径向和轴向力，但是，滚动轴承也是机器中最易损坏的零件之一。据统计，旋转机械的故障有30%是由轴承引起的。所以对滚动轴承的故障监测和诊断一直是近年来国内外发展机械故障诊断技术的重点。其发展状况如下：

      最原始的方法是将听音棒（或螺丝刀）接触轴承座部位，靠听觉来判断有无故障。虽然训练有素的人能觉察到轴承刚发生的疲劳剥落与损伤部位，但受主观因素的影响较大。

       出现各种测振仪后，可用振动位移、速度或加速度的均方根值或峰值来判断轴承有无故障，这可减少对人为经验的依赖。但仍很难发现早期故障。
      60年代瑞典一公司发明了冲击脉冲计（Shock Pulse Meter）来检测轴承损伤，既快速、简单又准确，代表仪器是MEPA-10A；SPM-43A。

      70年代日本新日铁株式会社研制了MCV-021A机器检测仪（Machine Checker），可分别在低频、中频和高频段检测轴承的异常信号。另有油膜检查仪，可探测油膜状况而对其润滑状态进行监测。
      80年代日本精工公司（NSK）相继研制了轴承监视仪NB-1、NB-2、NB-3、NB-4型。利用1KHZ～15KHZ范围内的轴承振动信号，测量其RMS值和峰值来检测轴承的故障。由于去掉了低频干扰，灵敏度有所提高，其中还有报警设置。

     随着对滚动轴承的运动学、动力学的深入研究，对轴承的振动信号中的频率成分和轴承零件的几何尺寸及缺陷类型的关系有了较清楚的了解。加之，快速付里叶变换技术的发展，开创了用频域分析方法来检测和诊断轴承的故障。

       以上研究奠定了这方面的理论基础，现已有多种信号处理技术用于滚动轴承的故障诊断和监测。如频率细化技术、倒频谱、色络谱等，在信号预处理上采用了各种滤波技术，如相干波，自适应滤波等，提高了诊断灵敏度。

       除了用振动信号监测轴承外，还发展了其它技术。如，油污染分析法（光谱测定、磁屑探测和铁谱分析），声发对法，声响诊断和电阻法等，使用得最广泛的还是振动监测法，其中冲击脉冲法又是最受欢迎的一种检测诊断方法。

二、冲击脉冲技术的发展及国内跟踪该技术的现状

1. 冲击脉冲法原理（瑞典人发明，在美国获得专利）

对轴承寿命影响很大的因素是安装、工作状况和维修保养，为了防止轴承的突然损坏造成的后果最理想的办法是随时掌握轴承的工作状态，过去，为此目的试用过测温、测振和测声的方法，现在发明了一种新方法--冲击脉冲法。原理是掌握轴承内部损坏引起的机械冲击。
为了说明冲击脉冲法，不妨看看机械冲击过程中发生的现象，当一个钢球垂直掉到一个钢棒上时，在碰撞的冲击点处产生一个很大的冲击加速度，这加速度的幅度全由冲击速度决定，而不受材料的质量、设计或任何机械振动的影响。在钢棒的冲击点处会产生一系列压缩波，此压缩波是一个衰减波，并以超声的速度在钢棒内传播，在钢棒一端用一个传感器接受此信号，就可得到与冲击大小对应的冲击脉冲信号。

假如，此钢球是滚动轴承内的一个滚动体，而滚道上有一个缺陷区（剥落、裂纹、凹坑和高低不平的粗糙区）那么在滚动轴承运转中，就会发生如上的撞击现象，产生的冲击脉冲信号会传递到轴承座上，同样，可用一个传感器去接受此冲击脉冲信号。（图2）
滚动轴承不同于其它机械零件，产生的冲击脉冲信号不同于一般机器的振动信号，它的振动信号频率范围很宽，信噪比很低，信号传递路径上的衰减量大，提取它的特征信息还必须采用一些特殊的检测技术和处理方法。冲击脉冲法就是诸多方法中的一种。

此方法可在轴承的正常工作过程中测定轴承的状况而不受机械的原始设计、大小、振动或噪声的影响，用此方法制作的仪器在测试时能排除机器和轴承本身的振动影响，直接判断轴承的状态和寿命。并能早期发现和识别滚动轴承因制造不良、装配不良、润滑不良及使用中旋转面产生伤痕等与轴承寿命有关的异常原因、劣化程度和发展趋势。

使用冲击脉冲仪的目的，主要是利用轴承的全部寿命，避免不必要的更换，通过不断测量，获得一个逼近的轴承失效早期报警，减少设备故障率，及无计划的不必要的维修工作。

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