滾動(dòng)軸承故障特征提取與應(yīng)用研究

摘 要：軸承是現(xiàn)代生產(chǎn)中最為重要的機(jī)械部件之一。缺少軸承很多現(xiàn)代機(jī)械將無法運(yùn)行，同時(shí)，軸承也是較為容易發(fā)生損傷的機(jī)械部位，特別是滾動(dòng)軸承損傷的幾率更大。本文在分析滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)目的和意義的基礎(chǔ)上，對(duì)滾動(dòng)軸承故障產(chǎn)生的原因在安裝和維護(hù)問題以及使用過程缺乏保護(hù)認(rèn)識(shí)進(jìn)而導(dǎo)致滾動(dòng)軸承損壞。并提出根據(jù)軸承主要信息變化，確定軸承的生產(chǎn)狀況。

關(guān)鍵詞：滾動(dòng)軸承；故障診斷；故障特征提取

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.195

軸承是現(xiàn)代生產(chǎn)不可或缺的組成部分，而滾動(dòng)軸承則是軸承的重要形式之一。軸承作用于減少軸對(duì)軸座的摩擦，在保證機(jī)械使用壽命的同時(shí)，提升軸的工作精度和可操作性。而滾動(dòng)軸承的特殊性在于，以“滾動(dòng)”工作原理為，通過旋轉(zhuǎn)機(jī)制實(shí)現(xiàn)軸承的基本功能。

1 滾動(dòng)軸承故障診斷技術(shù)的目的和意義

軸承在現(xiàn)代的生產(chǎn)中的應(yīng)用，具有舉足輕重的功能地位，嚴(yán)格意義上來說，在缺乏軸承的情況下，大部分機(jī)械將無法使用。同時(shí)，軸承也是較為容易發(fā)生損傷的機(jī)械部位，由于滾動(dòng)軸承的作用機(jī)理，其損傷的幾率會(huì)更大。相關(guān)統(tǒng)計(jì)指出，各類生產(chǎn)環(huán)境的差異，造成機(jī)械損傷和故障的位置不同，但是，無論任何領(lǐng)域和環(huán)境，因軸承損傷而影響生產(chǎn)的幾率，均高于30%。所以，在機(jī)械生產(chǎn)的設(shè)備管理上，合理的保證軸承質(zhì)量，是提升生產(chǎn)效率的根源。

滾動(dòng)軸承的應(yīng)用十分廣泛，但是在質(zhì)量層面上，卻存在著很大的問題。通常某一類機(jī)械配件，可以保證相類似的使用壽命，僅有少部分遠(yuǎn)低于周期限制產(chǎn)品。此類則為殘次品。而滾動(dòng)軸承的使用壽命卻無法計(jì)算，甚至于難以確定幅度較小的區(qū)間?？梢岳斫鉃?，在同樣的生產(chǎn)環(huán)境以及設(shè)備所出產(chǎn)的軸承中，無法保證每個(gè)軸承的使用壽命。例如，一些滾動(dòng)軸承可以長(zhǎng)期承擔(dān)工作，且不會(huì)發(fā)生任何的故障，而一些軸承在未達(dá)到使用壽命時(shí)，卻已經(jīng)問題百出。所以，在滾動(dòng)軸承的維護(hù)和更替上，無法以期限作為考量單位，即不能夠定時(shí)進(jìn)行維護(hù)和替換。以免因過早替換而造成浪費(fèi)，或是替換過晚，導(dǎo)致機(jī)械生產(chǎn)效率和精度下降。

因此，滾動(dòng)軸承的科學(xué)化管理，必須要借助實(shí)時(shí)性的手段，即借助計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)滾動(dòng)軸承狀況的監(jiān)控，實(shí)時(shí)掌握相關(guān)信息，并向管理者提供軸承的監(jiān)測(cè)報(bào)告。在此類情況下，生產(chǎn)單位可以在第一時(shí)間確定精度下降的滾動(dòng)軸承，以及時(shí)采取維修或更換等工作，進(jìn)而幫助管理和生產(chǎn)成本實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制。

2 滾動(dòng)軸承的故障類型及產(chǎn)生原因

雖然滾動(dòng)軸承在使用壽命上存在著不可控性，但是，一些客觀因素對(duì)其壽命的影響，卻需要采取合理的防范機(jī)制。以下具體來看：

（1）滾動(dòng)軸承疲勞失效。軸承在工作中，主要是依靠物理摩擦而實(shí)現(xiàn)功能，所以，生產(chǎn)行為本就對(duì)滾動(dòng)軸承具備侵害性。持續(xù)使用時(shí)間過程長(zhǎng)，將導(dǎo)致軸承的物理疲勞效應(yīng)，進(jìn)而降低生產(chǎn)的精度。另外，載荷的問題，也可能造成軸承故障，例如載荷過大，或是波動(dòng)幅度較大等情況。

（2）磨損失效。軸承的長(zhǎng)期使用，會(huì)導(dǎo)致表面出現(xiàn)壓痕。這是一種典型的物理性傷害。而清潔工作不徹底、潤(rùn)滑不良、機(jī)械振動(dòng)等情況發(fā)生時(shí)，會(huì)加速軸承的磨損失效發(fā)生。

（3）腐蝕失效。軸承的生產(chǎn)環(huán)境中，可能會(huì)出現(xiàn)化學(xué)腐蝕因素。用于軸承表面遭到腐蝕，其精度會(huì)首先下降，逐漸削弱軸承的工作能力。

（4）斷裂失效。導(dǎo)致軸承斷裂的可能性較多，例如安裝不合理、荷載控制問題、軸承的質(zhì)量問題等。而軸承發(fā)生斷裂，意味著器械將無法繼續(xù)使用。因此，軸承斷裂失效，也是滾動(dòng)軸承事故中影響最大的情況。

（5）壓痕失效。軸承出現(xiàn)壓痕的情況，與磨損失效類似，其主要區(qū)別在于，壓痕失效多屬于一次性物理傷害，在其表面上，呈現(xiàn)出明顯的凹凸痕跡。造成該問題的因素有很多，例如載荷過重等。

（6）膠合失效。在滾動(dòng)軸承缺乏清潔維護(hù)的情況下，容易產(chǎn)生軸承表面的粘連，最終造成軸承的撕裂。

綜上所述，造成滾動(dòng)軸承質(zhì)量問題的因素有很多，但卻可總結(jié)為兩個(gè)方面：一是安裝和維護(hù)問題，由于安裝不合理，以及后期的持續(xù)維護(hù)不當(dāng)，容易造成軸承的問題；二是使用過程中，缺乏保護(hù)認(rèn)識(shí)，例如載荷過大的情況，進(jìn)而導(dǎo)致滾動(dòng)軸承損壞。

3 滾動(dòng)軸承故障特征信息的提取

根據(jù)上文所述，在滾動(dòng)軸承故障管理上，將以計(jì)算機(jī)作為主要手段，進(jìn)行實(shí)時(shí)的生產(chǎn)安全監(jiān)控和信息反饋。因此，筆者根據(jù)軸承主要信息變化，確定軸承的生產(chǎn)狀況。即，確定故障信息的特征，以便于降低信息提取的難度和成本。

在軸承使用過程中，通常震動(dòng)平率會(huì)穩(wěn)定在一個(gè)數(shù)值之內(nèi)，此時(shí)可以確定軸承處于正常工作狀態(tài)。而在接收到的震動(dòng)信號(hào)后，若出現(xiàn)多個(gè)譜峰，便意味著軸承出現(xiàn)故常。因此，需要記錄軸承震動(dòng)的頻率，并根據(jù)譜峰頻率進(jìn)行判斷。結(jié)合該特性，以軸承的震動(dòng)頻率作為確定其是否正常的標(biāo)準(zhǔn)，需要在軸承信息采集中，注意以下內(nèi)容：第一，由于環(huán)境的差異，會(huì)造成軸承振動(dòng)頻率的不同，而且信息采集為自動(dòng)進(jìn)行，即實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別過程，所以，需要進(jìn)行記錄初次采集信息，并制定正常軸承運(yùn)作樣本；第二，對(duì)信號(hào)所進(jìn)行的小波包分解，應(yīng)結(jié)合計(jì)算機(jī)能力，保證系統(tǒng)的運(yùn)算負(fù)擔(dān)，以免因分解層數(shù)過多，造成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)崩潰，甚至于導(dǎo)致基礎(chǔ)參數(shù)錯(cuò)亂，提高自動(dòng)化信息識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)；第三，進(jìn)行小波包分解過程中，需要采取Daube chi es函數(shù)。原因在于，該函數(shù)更加適合滾動(dòng)軸承的震動(dòng)規(guī)律；第四，以重復(fù)采用的方式，進(jìn)行包絡(luò)信號(hào)檢測(cè)，并對(duì)對(duì)照樣本采取同類分析手段，以確保信息在最佳分辨率環(huán)境下生成。

4 結(jié)語(yǔ)

本文研究?jī)?nèi)容，主要是采取自動(dòng)化信號(hào)采集的方式，更好的實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)軸承的維護(hù)和管理。鑒于軸承壽命的不穩(wěn)定性，以及商業(yè)發(fā)展對(duì)產(chǎn)品精度的基本要求，對(duì)于軸承的管理，必須采取實(shí)時(shí)監(jiān)控手段，確保在發(fā)生問題時(shí)，進(jìn)行第一時(shí)間的處理，進(jìn)而避免商業(yè)上的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生幾率。而自動(dòng)化信號(hào)采集中，選擇軸承振動(dòng)頻率作為參照目標(biāo)，可以最大化的節(jié)約信息實(shí)時(shí)采集成本，并由此為工業(yè)生產(chǎn)的效率的發(fā)展，提供切實(shí)有力的幫助。

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作者簡(jiǎn)介：王波濤（1992-），男，陜西寶雞人，本科，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。