滾動軸承故障,或滾動軸承的失效,從狹義上說,是指其不能繼續(xù)擔當預期的任務;從廣義上說,還包含滾動軸承雖仍可維持運行,但其零件已經(jīng)出現(xiàn)早期“病變”或整體運行性能出現(xiàn)劣化和降階。
滾動軸承的失效形式有很多,主要失效形式有以下幾種:
1)疲勞點蝕。滾動軸承在載荷作用下,滾動體與內、外圈滾道之間將產(chǎn)生接觸應力。軸承轉動時,接觸應力是循環(huán)變化的,當工作若干時間以后,滾動體或滾道的局部表層材料脫落,導致軸承運轉時產(chǎn)生振動和噪聲加劇而失效。
2)塑性變形。當軸承的轉速很低或間歇擺動時,軸承不會發(fā)生疲勞點蝕,此時軸承失效是因承受過大的載荷(稱為靜載荷)或沖擊載荷,使?jié)L動體或內、外圈滾道上出現(xiàn)大的塑性變形,形成不均勻的凹坑,從而加大軸承的摩擦力矩,振動和噪聲增加,運動精度降低。
3)磨粒磨損、黏著磨損。在軸承組合設計時,軸承處均設有密封裝置。但在多塵條件下工作的軸承,外界的塵土、雜質仍會侵入到軸承內,使?jié)L動體與滾道表面產(chǎn)生磨粒磨損。如果潤滑不良,滾動軸承內有滑動的摩擦表面,還會產(chǎn)生黏著磨損,軸承轉速越高,黏著磨損越嚴重。經(jīng)磨損后,軸承游隙加大,運動精度降低,振動和噪聲增加。
不同的失效形式下,對滾動軸承的壽命有不同的計算方式。對于轉速較高(n≥10r/min)的軸承,疲勞點蝕是其主要的失效形式,軸承應進行疲勞壽命計算;對于轉速較低(n<10r/min)或擺動的軸承,軸承承載能力取決于所允許的塑性變形,壽命應按靜強度進行計算。對高轉速軸承,因其會發(fā)生黏著磨損,除應進行疲勞壽命計算外,還應校核極限轉速。
疲勞壽命是滾動軸承最常使用、也是最重要的性能指標之一,通常作為更換軸承的主要依據(jù)之一。疲勞壽命是指在潤滑充分且其他使用條件正常的情況下,軸承工作到滾動工作表面出現(xiàn)疲勞剝落為止而累計的工作小時數(shù)或運轉的總轉數(shù),以106轉計(對單個軸承運轉的總轉數(shù)而言)。滾動軸承的疲勞壽命,即使是同樣尺寸、結構、材料、熱處理、加工方法的同一批軸承,在同一條件下運轉,也是非常離散的,最長與最短的壽命可能相差數(shù)十倍甚至百倍。試驗研究得出,壽命分布服從一定的統(tǒng)計規(guī)律,要用數(shù)理統(tǒng)計方法處理數(shù)據(jù),以計算在一定的損壞概率下的軸承壽命。額定疲勞壽命是指同一型號的一批軸承,在同一條件下運轉,其中90%的軸承能夠不出現(xiàn)疲勞剝落的累計運轉總轉數(shù),以106轉計,或在一定旋轉速度下的累計工作小時數(shù),記作 L10。
滾動軸承實際疲勞壽命的離散性以及對工況的依賴性,決定了對滾動軸承實施狀態(tài)監(jiān)測及預知維修的必要性和重要性。通過有效的設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術,可以準確評估滾動軸承的實際工作狀態(tài),預測軸承的服役壽命,有效延長軸承的服役時間,減少不必要的停機維修,從而提高生產(chǎn)經(jīng)濟效益。