滾動(dòng)軸承失效的4個(gè)階段
滾動(dòng)軸承失效的4個(gè)階段
- 2021/2/18 8:41:56
滾動(dòng)軸承的劣化發(fā)展不是一個(gè)線性過(guò)程，而是一個(gè)指數(shù)過(guò)程。在不同的劣化階段，故障信息出現(xiàn)在不同的頻帶范圍內(nèi)，所以要采用不同的故障檢測(cè)方法。目前工業(yè)領(lǐng)域普遍認(rèn)為滾動(dòng)軸承的劣化歷程可以分為4個(gè)階段。
圖1 典型的軸承故障發(fā)展歷程
第1階段——軸承失效初期
這個(gè)階段軸承最先在次表面形成微觀裂紋或晶格的錯(cuò)位，而軸承表面則看不到裂紋或者微小剝落，在振動(dòng)信號(hào)的低頻段不會(huì)形成比較明顯的沖擊信號(hào)，用傳統(tǒng)的加速度傳感器不能拾取到故障信號(hào)，但是次表面的微觀裂紋或者晶格的錯(cuò)位會(huì)產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)或者應(yīng)力波信號(hào)。因此，在這個(gè)階段軸承的故障特征主要體現(xiàn)在超聲頻率段，可以通過(guò)聲發(fā)射傳感器或者基于共振的加速度傳感器進(jìn)行拾取，其主要表現(xiàn)為測(cè)得的信號(hào)峰值或者能量值變大。
圖2 軸承劣化第1階段的振動(dòng)信號(hào)特征
第2階段——軸承失效發(fā)展期
在這個(gè)階段軸承的微觀劣化開始由次表面向表面擴(kuò)展，并在軸承的接觸表面產(chǎn)生裂紋或微小剝落等損傷點(diǎn)。當(dāng)軸承元件表面與這些損傷點(diǎn)接觸時(shí)，就會(huì)形成一定頻率的沖擊脈沖，根據(jù)傅里葉變換可知，短時(shí)的沖擊信號(hào)在頻域上是一個(gè)寬頻信號(hào)，所以這個(gè)沖擊信號(hào)必然會(huì)激起軸承零部件的高頻固有頻率發(fā)生共振，從而使得其振動(dòng)加強(qiáng)，通過(guò)加速度傳感器便能將這部分信號(hào)拾取到，再利用包絡(luò)解調(diào)技術(shù)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(gè)階段，軸承的故障特征頻率暫時(shí)被淹沒(méi)在低頻段較高的噪音當(dāng)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。
圖3 軸承劣化第2階段的振動(dòng)信號(hào)特征
第3階段——軸承失效快速發(fā)展期
在這個(gè)階段，隨著軸承損傷的加速發(fā)展，損傷點(diǎn)對(duì)軸承接觸面的沖擊越來(lái)越強(qiáng)烈，在共振頻率段解調(diào)出來(lái)的軸承故障特征頻率的倍頻越來(lái)越多，而且其周期性沖擊的能量大小已經(jīng)足以直接通過(guò)振動(dòng)信號(hào)的功率譜觀察出來(lái)，這個(gè)時(shí)候可以直接在振動(dòng)信號(hào)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(lái)越多的趨勢(shì)。
圖4 軸承劣化第3階段的振動(dòng)信號(hào)特征
第4階段——軸承失效末期
在這個(gè)階段，滾動(dòng)軸承已經(jīng)快達(dá)到壽命的終點(diǎn)，損傷點(diǎn)可以通過(guò)肉眼觀察到，軸承運(yùn)動(dòng)的噪音變得特別大，溫度急速的升高。此時(shí)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(diǎn)交替的進(jìn)入載荷區(qū)的話，還能在故障特征頻率旁邊看到明顯的調(diào)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(huì)形成凸出的“茅草堆”，另外高頻振動(dòng)的能量在這時(shí)還可能不升反降，如果發(fā)現(xiàn)高頻的監(jiān)測(cè)量開始下降，不是表面軸承狀態(tài)變好，而是說(shuō)明軸承已經(jīng)快到壽命的終點(diǎn)。
圖5 軸承劣化第4階段的振動(dòng)信號(hào)特征
小結(jié)
綜上所述，從軸承劣化的4個(gè)階段可以看出，軸承故障特征頻率出現(xiàn)的頻率段以及故障特征頻率是否出現(xiàn)倍頻、是否出現(xiàn)邊頻，都一定程度反應(yīng)了軸承的劣化信息，從頻率和時(shí)間的關(guān)系來(lái)看軸承的劣化有從高頻到低頻移動(dòng)的趨勢(shì)，先是超聲頻率段測(cè)得的信號(hào)產(chǎn)生變化，隨著軸承劣化的發(fā)展，共振頻率段的信號(hào)通過(guò)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(nèi)的低頻段信號(hào)的功率譜上觀察到故障特征頻率。這說(shuō)明隨著軸承故障的發(fā)展，其故障特征將逐漸從高頻段到低頻段移動(dòng)