滾動(dòng)軸承跑套故障分析

苗碧琪，李元姣，包彬彬

（中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司，湖北武漢 430023）

0 引言

滾動(dòng)軸承是機(jī)器的重要部件，同時(shí)也是易損件，軸承的損壞甚至配合尺寸的變動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致機(jī)器劇烈地振動(dòng)和發(fā)出噪聲。

滾動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu)如圖1 所示。內(nèi)圈用來和軸徑裝配，通常為基孔制，過盈配合；外圈用來和軸承座裝配，通常為基軸制，過渡配合。內(nèi)圈和軸之間，外圈和座孔之間不允許有相對滑動(dòng)，當(dāng)出現(xiàn)打滑現(xiàn)象時(shí)稱為跑套。跑套會(huì)造成軸承及其配合件加速磨損，產(chǎn)生噪聲，影響機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán)重者甚至導(dǎo)致事故發(fā)生。而造成跑套故障的原因：①設(shè)計(jì)原因；②制造原因；③溫差導(dǎo)致軸承與其配合件收縮不一致；④裝配不當(dāng)。

1 軸承跑套頻譜分析

軸承跑套從根本上說是旋轉(zhuǎn)松動(dòng)，旋轉(zhuǎn)松動(dòng)常導(dǎo)致轉(zhuǎn)速頻率及其系列諧波，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)分?jǐn)?shù)諧波，摩擦和嚴(yán)重沖擊會(huì)引發(fā)該頻率。

內(nèi)圈跑套和外圈跑套都屬于旋轉(zhuǎn)松動(dòng)，所以會(huì)有旋轉(zhuǎn)松動(dòng)頻譜結(jié)構(gòu)，但從結(jié)構(gòu)分析，內(nèi)圈跑套表現(xiàn)為3 倍頻及其諧波突出，外圈跑套突出表現(xiàn)為4 倍頻幅值高。上述現(xiàn)象為間歇性跑套，如果是連續(xù)跑套，則底噪升高、將頻譜連成一片。

圖1 滾動(dòng)軸承基本結(jié)構(gòu)

2 案例分析

軸承外圈跑套事故風(fēng)機(jī)為懸臂式，由電機(jī)通過皮帶輪帶動(dòng)，結(jié)構(gòu)如圖2 所示。2 個(gè)皮帶輪等徑，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速3000 r/min（50 Hz）。圖中1，2 為電機(jī)側(cè)非驅(qū)動(dòng)端和驅(qū)動(dòng)端測點(diǎn)，3，4 為風(fēng)機(jī)側(cè)非驅(qū)動(dòng)端和驅(qū)動(dòng)端軸承處測點(diǎn)，風(fēng)機(jī)兩端軸承均為LINK belt355。

2016 年2 月25 日，該臺(tái)風(fēng)機(jī)振動(dòng)超標(biāo)且有異常噪聲。表1 為當(dāng)時(shí)振動(dòng)測量值，其中3，4 號(hào)點(diǎn)振動(dòng)超標(biāo)，主要表現(xiàn)為徑向振動(dòng)大，表中1H、1V、1A 分別表示測點(diǎn)1 的水平、垂直和軸向振動(dòng)。

圖2 風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)

圖3 為當(dāng)時(shí)的3H、4H 頻譜圖，由圖可見頻譜結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)速及其諧頻，4 倍頻突出（當(dāng)時(shí)并未注意這一點(diǎn)），有底噪。

根據(jù)2016 年2 月25 日的測量值和頻譜，分析認(rèn)為振源在風(fēng)機(jī)側(cè)，且為旋轉(zhuǎn)松動(dòng)造成的振動(dòng)超標(biāo)，對葉輪聯(lián)接情況進(jìn)行檢查，無松動(dòng)。又將風(fēng)機(jī)軸承游隙由0 組調(diào)整到C2，未果。

表1 2016 年2 月25 日風(fēng)機(jī)振動(dòng)測量值mm/s

圖3 2016 年2 月25 日風(fēng)機(jī)頻譜

2016 年3 月1 日將風(fēng)機(jī)軸承進(jìn)行了更換。更換軸承后，其振動(dòng)值和2016 年2 月25 日的振動(dòng)值對比如表2 所示，換軸承后振動(dòng)值不降反增，尤其是3H 增大了接近3 倍。圖4 為更換軸承后3H 頻譜，頻譜結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化。

表2 軸承更換前后振動(dòng)測量值 mm/s

圖4 2016 年3 月1 日3H 頻譜

分析風(fēng)機(jī)從出現(xiàn)故障到幾次調(diào)整直至更換軸承后的頻譜，可以發(fā)現(xiàn)以下共同點(diǎn)：①頻譜結(jié)構(gòu)相同，均為轉(zhuǎn)速諧頻組成，說明故障類型為旋轉(zhuǎn)松動(dòng)；②最突出的頻譜為4 倍頻，符合外圈跑套特點(diǎn)；③有連續(xù)底噪，說明松動(dòng)現(xiàn)象較嚴(yán)重。

綜合以上幾點(diǎn)，可以判定風(fēng)機(jī)軸承外圈跑套，為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，2016 年5 月16 日現(xiàn)場在外圈和座孔之間添加金屬膠，等其凝固后開機(jī)再測振動(dòng)。測得振動(dòng)值和2016 年3 月1 日的對比見表3（電機(jī)側(cè)基本沒變，未列出），膠結(jié)后振動(dòng)值大幅下降，效果明顯。圖5 為膠結(jié)后的3H 頻譜，可以看出高倍諧頻振動(dòng)已減少，4 倍頻頻已不再突出。為了更直觀地驗(yàn)證判斷結(jié)論，將換下來的軸承進(jìn)行拆解（圖6），可以看出，滾動(dòng)體、外圈和內(nèi)圈均有明顯滑動(dòng)（跑圈）留下的痕跡。因此確認(rèn)，軸承外圈跑套是風(fēng)機(jī)振動(dòng)超標(biāo)的振源。

表3 軸承外圈膠結(jié)前后振動(dòng)測量值 mm/s

圖5 外圈膠結(jié)后3H 頻譜

但從圖5 可以看出，頻譜結(jié)構(gòu)未發(fā)生改變，這是由于膠結(jié)只是臨時(shí)措施，要根治此問題，需要分析根本原因，即風(fēng)機(jī)軸承跑套成因。

排查軸承供應(yīng)鏈時(shí)發(fā)現(xiàn)，軸承為LINK belt 公司在美國生產(chǎn)，采用美制尺寸，和其配套的軸承座分包給國內(nèi)公司制作，加工轉(zhuǎn)換為公制尺寸時(shí)出現(xiàn)了尺寸偏差，軸承外圈與軸承座的偏緊過渡配合變成偏松過渡配合而發(fā)生跑套。因此，只有按照設(shè)計(jì)尺寸重新加工軸承座方可根治此問題。

圖6 拆解后的軸承

3 結(jié)語

（1）頻譜分析是轉(zhuǎn)機(jī)故障診斷的強(qiáng)有力手段之一，但由于頻譜與故障之間不是一對一的關(guān)系，現(xiàn)場故障診斷一方面要深入研判頻譜圖，抓住頻譜圖的每個(gè)細(xì)節(jié)，另一方面要深入現(xiàn)場不斷嘗試，直至找出問題根源。

（2）宏觀的把握和細(xì)節(jié)的留心是故障診斷工作成功的關(guān)鍵。

（3）設(shè)備在設(shè)計(jì)、加工、安裝、保養(yǎng)的任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會(huì)影響最終的使用效果，故障診斷工作者要不斷拓寬知識(shí)面，以適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展。