关键词：滚动轴承；故障诊断；措施

中图分类号：ＴＨ１３３．３文献标识码：Ｂ

文章编号：１００６－８１５５（２００８）０４－００７９－０４

ＪｕｄｇｍｅｎｔａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＦａｕｌｔｓＯｃｃｕｒｒｅｄｉｎ

ＲｏｌｌｉｎｇＢｅａｒｉｎｇ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｆａｕｌｔｓｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｒｉｎｇｓｕｓｅｄｉｎｍａｃｈｉｎｅｒｙｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｉｔｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｎｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅ．Ｔｈｅｎｔｈｅｆａｕｌｔｒａｔｅｏｆｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｒｉｎｇｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇｆｒｏｍｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆａｕｌｔｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｉｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔａｎｄｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔａｒｅａｌｓｏｇｉｖｅｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏｌｌｉｎｇｂｅａｒｉｎｇ；ｆａｕｌｔｊｕｄｇｍｅｎｔ；ｓｏｌｕｔｉｏｎ

１概述

在铝电解或许多其他工矿企业中，滚动轴承都广泛应用于风机或水泵中，如图１所示，它们都离不开轴承箱，而且大都采用滚动轴承。一般来说，滚动轴承都是机器中最精密的部件。但是由于各种外界因素的影响，导致只有１０％～２０％的轴承能达到它们的设计寿命。许多轴承在制造及使用当中，存在轴间隙超标或被损坏现象，导致设备不能平稳运行。本文从不同角度分析了轴承损坏的原因，以及轴承出现不同故障时的判断方法和处理措施。２影响滚动轴承使用寿命的因素

２．１轴承过早损坏的原因

滚动轴承过早发生故障的主要因素之一是过大的动载荷——

—包括振动。下面列出了理论计算滚珠轴承寿命所用的设计公式，该公式表明了为什么作用在轴承上的动载减少了轴承的寿命：Ｌ１０ＬＩＦＥ＝［１６．６６６／（ｒ／ｍｉｎ）］（ＲＡＴＩＮＧＢ／ＬＯＡＤＥ）３（ｈ）

式中Ｌ１０ＬＩＦＥ为在疲劳故障开始之前，一组轴承的９０％应达到的或者超过的寿命小时数；ＲＡＴＩＮＧＢ为额定动载时给定轴承的基本动载，ｋｇ；ＬＯＡＤＥ为轴承承受的当量径向载荷，包括径向和轴向载荷，ｋｇ。

公式表明，转速愈高，预期的寿命愈短。重要的是，理论的轴承寿命随轴承承受的负载的３次方变化。因此，如果设计者只考虑轴承的静载，如皮带拉伸等其他部件静载，则轴承的理论计算寿命会大打折扣。

２．２缩短滚动轴承寿命的因素

有一质量为９０８ｋｇ的转子，转速为６０００ｒ／ｍｉｎ，在直径为９１４．４ｍｍ（半径为４５７．２ｍｍ）

王智堂曹志保侯进鹏／中国铝业青海分公司第三电解厂滚动轴承故障判断及分析

收稿日期：２００７－０５－１７大通市８１０１０８１．电动机２．联轴器３．轴承箱４．风叶箱５．进风口图１离心引风机结构示意图

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—

—

—

—处的转子上存在一个２８．３５ｇ的不平衡质量。仅由此不平衡质量产生的离心力可以计算如下：

Ｆｃ＝ＷＲＷ２／ＧＣ＝（ＷＲ／３８６）（２πｎ／６０）

２

Ｆｃ＝０．０００００１７７５Ｕｎ２＝０．００００２８４１ＷＲｎ２

式中Ｆｃ为离心力，Ｎ；Ｕ为旋转件的不平衡

质量，ｇ；Ｗ为旋转件的质量，ｋｇ；Ｒ为转子的偏心距，ｍｍ；ｎ为转速，ｒ／ｍｉｎ。

现在把在４５７．２ｍｍ半径处加２８．３５ｇ的不平衡量产生１２９６１．６２ｇ・ｍｍ力矩（转速为６０００ｒ／ｍｉｎ）２，当Ｆｃ＝１１５０５２２．１ｋｇ时，即在转速为６０００ｒ／ｍｉｎ，在９１４．４ｍｍ叶轮直径处２８．３５ｇ不平衡将引入５２２．１ｋｇ的离心力。

因此，如果设计者只考虑轴承支撑９０８ｋｇ静载，事实上轴承要承受１４３０．１ｋｇ载荷，则轴承的设计寿命计算要打如下折扣：

修整的寿命Ｌ１０＝初始寿命×（２０００／３１５０）３修整的寿命Ｌ１０＝０．２５×计算的初始寿命（只有设计寿命的２５％）。

由此可见，轴承承受不平衡力导致离心力增大超过轴承设计承受载荷是缩短轴承寿命的主要因素。

３引起轴承故障的因素及对轴承的影响

（１）过负荷

———引起过早疲劳（包括过紧配合，布氏硬度凹痕和预负荷）；

———减少负荷或重新设计。（２）过热

———征兆是滚道、滚珠和保持架变色，从金色变为蓝色；

———温度超过２０４℃使滚道体材料退火；———硬度降低导致轴承承重降低和早期失效；———严重情况下引起变形，另外温升高降低和破坏润滑性能。

（３）布氏硬度凹痕

———当负荷超过滚道的弹性极限时产生；———滚道上的凹痕增加振动（噪声）；———任何静态过负荷和严重冲击产生布氏凹痕。

（４）伪布氏凹痕

———在每个滚珠位置产生的椭圆形磨损凹痕，光滑，有明显边界，周围有磨削；

———表明严重的外部振动。（５）正常疲劳失效

———

疲劳失效指滚道和滚动体上发生碎裂，并随之产生材料碎片剥落；

———这种疲劳为逐渐发生，一旦开始则迅速扩展，并伴随明显的振动增加。

（６）反向载荷

———角接触轴承的设计只接受一个方向的轴向载荷；

———当方向相反时，外圈的椭圆接触区域被削平；

———结果是应力增加，温度升高，并产生振动增大和轴承早期失效。

（７）污染

———

污染是轴承失效的主要原因之一；———污染的征兆是在滚道和滚动体表面有点痕，导致振动加大和磨损。

（８）润滑失效

———滚道和滚子的变色

（蓝、棕）是润滑失效的征兆，随之产生滚道、滚子和保持架磨损，导致过热和严重故障；

———滚动轴承的正常运行取决于各部件间存在良好油膜，失效常常由润滑不足和过热引起。

（９）腐蚀

———其征兆是在滚道、滚子、保持架或其它位置出现红棕色区域；

———原因是轴承接触腐蚀性流体或气体；———严重情况下，腐蚀引起轴承早期疲劳失效。

（１０）不对中

———不对中的征兆是滚珠在滚道上产生的磨痕与滚道边缘不平行；

———如果不对中超过０．０２７９４ｍｍ，会产生轴承和轴承座异常温升和保持架磨损。

（１１）配合松动

———配合松动导致配合部件的相对运动，如果这个相对运动轻微但不间断，则产生磨损；

———这种磨损产生颗粒，并氧化成特殊的棕色，这导致研磨和松动加大；

———如果松动增大到内圈或外圈的显著运动，安装表面（孔径，外径和侧面）将磨损和发热，引起噪声和晃动。

４

解调分析原理

４．１

滚动轴承故障发展的４

个阶段

２００８年第４期

使用维护

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（１）都没有故障频率，状态良好，作为基线继续监测；

（２）只在解调频谱存在故障频率，早期故障指示，或需要润滑；

（３）在两种频谱中存在谱峰值，计划下一次维修更换轴承；

（４）只在正常频谱中存在峰值，同时在解调频谱中噪声水平升高，立即更换。

４．２滚动轴承故障发展过程４个阶段典型特征滚动轴承故障发展的４个阶段频谱图，如图３所示，各阶段轴承的特征分别如下所述。

第一阶段：（１）噪声正常；（２）温度正常；（３）超声、振动解调谱和声发射测量值超标，轴承外环有缺陷；（４）振动总量较小，无离散的轴承故障频率尖峰；（５）轴承剩余寿命大于Ｂ－１０规定的１０％。

第二阶段：（１）噪声略增大；（２）温度正常；（３）超声、振动解调谱、声发射测量值明显增大，轴承外环有缺陷；（４）振动增量略增大（振动加速度总量和振动速度总量）；（５）在对数刻度的频谱上可清楚地看到轴承故障频率，而在线性刻度的频谱上则很难看到，噪声明显提高；（６）轴承剩余寿命大于Ｂ－１０规定的５％。

第三阶段：（１）可以听到噪声；（２）温度略升高；（３）非常高的超声，声发射，解调频谱通频值，轴承外环有故障；（４）振动加速度总量和振动速度总量大增；（５）在线性刻度频谱上清楚地看出轴承故障频率及其谐波频率和边带频率；（６）振动频谱的噪声地平明显提高；（７）轴承剩余寿命大于Ｂ－１０规定的１％。

第四阶段：（１）噪声的强度改变；（２）温度明显升高；（３）超声，声发射，振动解调谱通频值迅速增大，随后逐渐减小，轴承外环处于损坏之前的故障状态；（４）振动速度总量和振动位移总量明显增大，振动加速度总量减小；（５）频率较低的轴承故障频率尖峰占优势，振动频谱中噪声地平非剩余寿命大于Ｂ－１０规定的０．２％。

图２轴承故障发展趋势曲线

图３滚动轴承故障发展的４个阶段频谱图

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—

—

—

—（２）转子需防腐处理，由于风机正常倒机需要停放较长时间不运行，转子叶轮非不锈钢材质的需涂一层薄油脂，如黄油等；以前的风机转子未涂防腐油脂，由于风机前后阀门严密性较差，转子叶轮锈蚀，动平衡被破坏，风机振动大。

（３）增速机的齿轮及箱体可用搓好的面粉团粘结杂物，清洁干净后再扣盖。

（４）电机仍需复校水平度和与增速机低速轴的同心度。

（５）机组组装完成后需开电动油泵进行机组油路大循环，观察油路的运行及仪表显示。

１９９７年在检修２＃风机更换风机止推轴承后，

试油路循环时发现此点油压和流量均不正常，重新揭盖发现新换的下瓦一端排油孔太小，加大后安装问题得以解决。

（６）风机下液管道是否关好，这也是保护转子不受腐蚀的工作。

（７）作为备用风机每班盘车一两次，电机转子与风机转子叶轮转动几圈后，停的位置应变动１／４，主要保证转子轴，不会由于自重长时间停在一个位置下垂而弯曲。

（８）每天一次盘车，应先开电动油泵，使各轴瓦润滑，减少盘车时轴瓦磨损。

（９）每周点检站专业性测振、测温一次，建立异常汇报制。

（１０）南方在雷雨季节，雨水多，天气潮，主

电机应经常测试电阻，发现启动电阻过低应及时通低压电或用灯泡烘烤保温，使电阻回升，保持主电机在能随时启动的备用状态。

（１１）电器设备的点检和维护，高压电器定期打压试验，仪表系统的点检与维护等。

３结束语

对风机的检修与维护，主要是按计划按时

间进行检修检测与维护，根据风机停机前的运行状况和反馈的数据逐一检测并记录，确保定修质量关。风机在定修完成上盖前转子叶轮（非不锈钢）涂上防腐油，同时，管理部门应不定期的抽查风机的维护情况，如盘车情况、润滑油的质量情况和高压电器维护情况，以便为风机在下一个运行周期中，打下安全可靠的基础。我厂从１９８７年至今，焦炉煤气鼓风机的故障停机率为０，而煤气鼓风机的一次开机成功率为１００％。因此这种计划性检修检测与维护，局部项修和调整，并没有“过剩维修”，而相反，减少了设备大中修次数和费用，由于转子和轴承等的改进使之耐用，维修费用也逐年下降。

参考文献

［１］赵兴仁，黄学锋，何思源，等．机械设备安装工艺学［Ｍ］．

科学技术文献出版社重庆分社出版，１９８５．

５轴承正常维护及故障处理

根据设备工作环境、类型、特点及轴承自身

设计的特征，正确选择轴承，杜绝轴承在超过其适用范围的环境和负荷下工作，而且根据自身特点选择与其匹配的设备类型，选择正确的安装方式，严格按照设备维护作业标准，对设备轴承做到定期润滑，定期利用温度仪检测轴承温度，利用振动频谱仪检测轴承的工作状态，发现异常及时处理，尽可能及时消除影响轴承寿命的因素，使轴承发挥最佳性能，直到达到轴承寿命再及时更换轴承，而且在使用和选择轴承时应注意如下问题：

———清洁环境，工具，规范操作，新轴承的

储运减小振动；

———使用中隔振和使用抗磨添加剂；———更换轴承和设计选用更长疲劳寿命轴承；———除掉腐蚀流体，尽可能使用整体密封轴承。

６结束语

通过上述对影响、缩短滚动轴承寿命因素

的认真分析，从而得出轴承故障的解决、预防措施；同时，根据滚动轴承解调分析原理所得到轴承故障频谱曲线，结合滚动轴承故障发展的４个阶段的特征判断轴承工作状态，能很好的监控滚动轴承的运行状况，及时准确判断滚动轴承更换周期，确保设备的正常维修、运行。

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２００８年第４期

使用维护

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