滾動(dòng)軸承的故障診斷技術(shù)主要有振動(dòng)診斷技術(shù)、鐵譜診斷技術(shù)、溫度診斷技術(shù)、聲學(xué)診斷技術(shù)、油膜電阻診斷技術(shù)和光纖監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)等,其中,振動(dòng)、鐵鋪、溫度診斷技術(shù)應(yīng)用最普遍。
1.振動(dòng)診斷技術(shù)
軸承元件的工作表面出現(xiàn)疲勞剝落、壓痕或局部腐蝕時(shí),軸承運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)周期性的脈沖信號(hào)。這種周期性的信號(hào)可有安裝在軸承座上的傳感器(速度型或加速度型)來接收,通過對(duì)振動(dòng)信號(hào)的分析來診斷軸承的故障。
特點(diǎn):振動(dòng)診斷技術(shù)應(yīng)用廣泛;可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè);診斷快,診斷理論已成熟。
應(yīng)用范圍:特別適合旋轉(zhuǎn)機(jī)械中軸承的故障監(jiān)測(cè)。
2.鐵譜診斷技術(shù)
軸承磨損顆粒與其工作狀況有密切的聯(lián)系。將帶有磨損顆粒的潤(rùn)滑油通過一強(qiáng)磁場(chǎng),在強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下,磨粒按一定的規(guī)律沉淀在鐵譜片上,鐵譜片可在鐵譜顯微鏡上作定性觀察或在定量?jī)x器上測(cè)試,據(jù)此判斷軸承的工作狀況。
特點(diǎn):機(jī)器無需解體;投資低,效果好;能發(fā)現(xiàn)軸承的早期疲勞失效;可做磨損機(jī)理研究。
應(yīng)用范圍:適用于用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的軸承的故障診斷,對(duì)于用脂潤(rùn)滑的軸承較困難。
3.油膜電阻診斷技術(shù)
潤(rùn)滑良好的軸承,由于油膜的作用,內(nèi)、外圈之間有很大的電阻。故通過測(cè)量軸承內(nèi)、外圈的電阻,可對(duì)軸承的異常作出判斷。
特點(diǎn):對(duì)不同的工況條件可使用同一評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)表面剝落、壓痕、裂紋等異常的診斷效果差。
一、軸承的壽命
軸承在承受負(fù)荷旋轉(zhuǎn)時(shí),由于套圈滾道面及滾動(dòng)體滾動(dòng)面不斷地受到交變負(fù)荷的作用,即使使用條件正常,也會(huì)因材料疲勞使?jié)L道面及滾動(dòng)面出現(xiàn)魚鱗狀損傷(稱做剝離或剝落)。
出現(xiàn)這種滾動(dòng)疲勞損傷之前的總旋轉(zhuǎn)數(shù)稱做軸承的“(疲勞)壽命”。
即使是結(jié)構(gòu)、尺寸、材料、加工方法等完全相同的軸承,在同樣條件下旋轉(zhuǎn)時(shí),軸承的(疲勞)壽命仍會(huì)出現(xiàn)較大的差異。
這是因?yàn)椴牧掀诒旧砑淳哂须x散性,應(yīng)從統(tǒng)計(jì)的角度來考慮。
于是就將一批相同的軸承在同樣條件下分別旋轉(zhuǎn)時(shí),其中90%的軸承不出現(xiàn)滾動(dòng)疲勞損傷的總旋轉(zhuǎn)數(shù)稱做“軸承的基本額定壽命”(即可靠性為90%的壽命)。
在以固定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí),也可用總旋轉(zhuǎn)時(shí)間表示。
但在實(shí)際工作時(shí),還會(huì)出現(xiàn)滾動(dòng)疲勞損傷以外的損傷現(xiàn)象。
這些損傷可以通過做好軸承的選擇、安裝和潤(rùn)滑等加以避免。
二、軸承壽命的計(jì)算
1、基本額定動(dòng)負(fù)荷
基本額定動(dòng)負(fù)荷表示軸承耐滾動(dòng)疲勞的能力(即負(fù)荷能力),是指大小和方向一定的純徑向負(fù)荷(對(duì)于向心軸承)或中心軸向負(fù)荷(對(duì)于推力軸承),在內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)外圈固定(或內(nèi)圈固定外圈旋轉(zhuǎn))的條件下,該負(fù)荷下的基本額定壽命可達(dá)100萬轉(zhuǎn)。向心軸承與推力軸承的基本額定動(dòng)負(fù)荷分別稱做徑向基本額定動(dòng)負(fù)荷與軸向基本額定動(dòng)負(fù)荷,用Cr與Ca表示,其數(shù)值錄入軸承尺寸表。
2、基本額定壽命
式1表示軸承的基本額定動(dòng)負(fù)荷,當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷及基本額定壽命之間的關(guān)系。
軸承以固定的轉(zhuǎn)速時(shí),用時(shí)間表示壽命更為方便,如式2所示。
另外,對(duì)于鐵路車輛或汽車等用行車距離(km)表示壽命較多,如式3所示。
因此,作為軸承的使用條件,設(shè)當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷為P,轉(zhuǎn)速為n,則滿足設(shè)計(jì)壽命所需要的軸承基本額定動(dòng)負(fù)荷c可由式4計(jì)算。從軸承表選出滿足c值的軸承,即可確定軸承的尺寸。機(jī)械要求的軸承必需壽命請(qǐng)參考表4。
3、根據(jù)溫度進(jìn)行的基本額定動(dòng)負(fù)荷的修正與軸承的尺寸穩(wěn)定處理
軸承在高溫下使用時(shí),材料組織會(huì)發(fā)生變化、硬度降低,基本額定動(dòng)負(fù)荷將比常溫下使用時(shí)減小。材料組織一旦發(fā)生變化,即使溫度恢復(fù)到常溫也不會(huì)復(fù)原。
因此,在高溫下使用時(shí),必須將軸承尺寸表的基本額定動(dòng)負(fù)荷乘以表1的溫度系數(shù)進(jìn)行修正。
表1溫度系數(shù)
軸承工作溫度℃ 125 125 175 200 250
溫度系數(shù)(fT) 1 1 0.95 0.90 0.75
軸承長(zhǎng)時(shí)間在120攝氏度以上的工作溫度下使用時(shí),由于經(jīng)一般熱處理的軸承尺寸變化大,必須進(jìn)行尺寸穩(wěn)定處理。
尺寸穩(wěn)定處理與使用溫度范圍如表2所示。但經(jīng)尺寸穩(wěn)定處理的軸承硬度降低,有時(shí)基本額定動(dòng)負(fù)荷會(huì)減小。
表2 尺寸穩(wěn)定處理
尺寸穩(wěn)定處理代號(hào) 使用溫度范圍
S0 超過100攝氏度到150攝氏度
S1 超過150攝氏度到200攝氏度
S2 超過200攝氏度到250攝氏度
4、修正額定壽命
式1表示的是可靠性90%的基本額定壽命(L10),根據(jù)用途的不同,有時(shí)也需要可靠性高于90%的高可靠性壽命。
此外,采用特殊材料有時(shí)可以使軸承壽命延長(zhǎng),甚至潤(rùn)滑等使用條件的不同也會(huì)影響軸承壽命?紤]了以上因素對(duì)基本額定壽命進(jìn)行修正后的壽命稱做修正額定壽命,可由式8計(jì)算:
Lna=a1a2z3L10..........式8
這里,
a1:可靠性系數(shù)......參照(1)項(xiàng)
a2:可靠性系數(shù)......參照(2)項(xiàng)
a3:可靠性系數(shù)......參照(3)項(xiàng)
。蹅渥ⅲ莅凑湛煽啃愿哂90%的Lna選擇軸承尺寸時(shí),應(yīng)特別注意軸與外殼的強(qiáng)度。
(1)可靠性系數(shù)a1
計(jì)算可靠性不低于90%(即失效率不大于10%)的修正額定壽命時(shí),按表3選擇系數(shù)a1
表3可靠性系數(shù)a1
可靠性,% Lna a1
90 L10a 1
95 L5a 0.62
96 L4a 0.53
97 L3a 0.44
98 L2a 0.33
99 L1a 0.21
(2)材料系數(shù)a2
根據(jù)軸承材料(鋼種、質(zhì)量)、制造工藝和設(shè)計(jì)的不同與壽命有關(guān)的軸承特性有可能發(fā)生變化,這時(shí)用系數(shù)a2修正。
采用高質(zhì)量的真空脫氣軸承鋼或鋼中夾雜物特別少時(shí),a2>1。對(duì)于常規(guī)軸承材料,a2=1。
(3)使用條件系數(shù)a3
軸承在直接影響壽命的條件下(尤其是潤(rùn)滑條件)下使用時(shí),用系數(shù)a3進(jìn)行修正。
潤(rùn)滑條件正常時(shí),可取a3=1,潤(rùn)滑條件特別良好時(shí),可取a3>1。但在以下條件下,取a3<1。
a、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)潤(rùn)滑劑運(yùn)動(dòng)粘度降低時(shí)
球軸承-小于13平方毫米/s{13cSt}
滾子軸承-小于20平方毫米/s{20cSt}
b、轉(zhuǎn)速特別低時(shí)
滾動(dòng)體節(jié)圓直徑與轉(zhuǎn)速的乘積小于10000
c、潤(rùn)滑劑中混入雜質(zhì)時(shí)
d、內(nèi)圈與外圈的相對(duì)傾斜大時(shí)
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