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滾動軸承失效的4個階段

滾動軸承失效的4個階段


滾動軸承的劣化發展不是一個線性過程,而是一個指數過程。在不同的劣化階段,故障信息出現在不同的頻帶范圍內,所以要采用不同的故障檢測方法。目前工業領域普遍認為滾動軸承的劣化歷程可以分為4個階段。

第1階段——軸承失效初期

這個階段軸承最先在次表面形成微觀裂紋或晶格的錯位,而軸承表面則看不到裂紋或者微小剝落,在振動信號的低頻段不會形成比較明顯的沖擊信號,用傳統的加速度傳感器不能拾取到故障信號,但是次表面的微觀裂紋或者晶格的錯位會產生聲發射信號或者應力波信號。因此,在這個階段軸承的故障特征主要體現在超聲頻率段,可以通過聲發射傳感器或者基于共振的加速度傳感器進行拾取,其主要表現為測得的信號峰值或者能量值變大。

第2階段——軸承失效發展期

在這個階段軸承的微觀劣化開始由次表面向表面擴展,并在軸承的接觸表面產生裂紋或微小剝落等損傷點。當軸承元件表面與這些損傷點接觸時,就會形成一定頻率的沖擊脈沖,根據傅里葉變換可知,短時的沖擊信號在頻域上是一個寬頻信號,所以這個沖擊信號必然會激起軸承零部件的高頻固有頻率發生共振,從而使得其振動加強,通過加速度傳感器便能將這部分信號拾取到,再利用包絡解調技術能觀察到軸承的故障特征頻率,到了第2階段的末期還能觀察到故障特征頻率的倍頻。


在這個階段,軸承的故障特征頻率暫時被淹沒在低頻段較高的噪音當中,因此在故障特征頻率段觀察不到很清晰的故障特征頻率。


第3階段——軸承失效快速發展期

在這個階段,隨著軸承損傷的加速發展,損傷點對軸承接觸面的沖擊越來越強烈,在共振頻率段解調出來的軸承故障特征頻率的倍頻越來越多,而且其周期性沖擊的能量大小已經足以直接通過振動信號的功率譜觀察出來,這個時候可以直接在振動信號的功率譜上清晰的看到軸承的故障特征頻率,并且其倍頻有越來越多的趨勢。


第4階段——軸承失效末期

在這個階段,滾動軸承已經快達到壽命的終點,損傷點可以通過肉眼觀察到,軸承運動的噪音變得特別大,溫度急速的升高。此時直接功率譜上不僅可以清晰的看到軸承的故障特征頻率及其倍頻,如果損傷點交替的進入載荷區的話,還能在故障特征頻率旁邊看到明顯的調制邊頻。在第4階段的末期,頻譜上譜線變得不是很清晰,在功率譜上會形成凸出的“茅草堆”,另外高頻振動的能量在這時還可能不升反降,如果發現高頻的監測量開始下降,不是表面軸承狀態變好,而是說明軸承已經快到壽命的終點。


小結

綜上所述,從軸承劣化的4個階段可以看出,軸承故障特征頻率出現的頻率段以及故障特征頻率是否出現倍頻、是否出現邊頻,都一定程度反應了軸承的劣化信息,從頻率和時間的關系來看軸承的劣化有從高頻到低頻移動的趨勢,先是超聲頻率段測得的信號產生變化,隨著軸承劣化的發展,共振頻率段的信號通過一定的分析方法可以觀察到軸承的故障特征頻率,最后在1KHz以內的低頻段信號的功率譜上觀察到故障特征頻率。這說明隨著軸承故障的發展,其故障特征將逐漸從高頻段到低頻段移動。

(來源:軸承雜志社)



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