摘　要：滾動軸承故障診斷的方法很多，除了振動信號進行分析診斷外，還發展了其他一些技術，如光纖維監測技術、油污染分析法（光譜測定法、磁性磁屑探測法和鐵譜分析法等）、聲發射法、電阻法等，這些方法在工作中，根據現場實際工況，決定應用方法，解決具體問題。

　　關鍵詞：滾動軸承；故障診斷；監測方法
　　一、光纖維監測診斷法
　　精密軸承對軸的回轉精度要求極高，如果回轉運動誤差過大系統就無法正常運轉，即認為出現了故障。根據現場實際工況采用光纖監測技術進行滾動軸承故障診斷。其指標主要包括有效值、峰值有效值比、軸承速率比等。
　　(1)有效值φx
　　軸承由于其制造缺陷，如表面粗糙度、波紋度和圓度誤差等，會形成不規則的輪廓，運行時就會產生振動。這一振動由光纖傳感器接收后，即可得圖1所示的φx脈動波形。

圖1 均方根幅值的變化反映軸承制造質量的不同

圖2 滾動軸承的BSR值

　　圖1(a)為一個接近理想的高精度電動機軸承形成的波形，其套圈的彈性變形接近簡諧波形，其波數等于通過測點的鋼球數目；圖1(b)為精度級Z低的軸承形成的復雜波形，這種軸承不但表面粗糙度大，幾何形狀誤差大，而且鋼球直徑也有明顯不同。由此可見，可用光纖傳感器直接檢測在用軸承的質量，這是一種簡單而有效的測試方法。

　　(2)峰值有效值比XP/φx
　　對于經過一段時間運行的滾動軸承，其工作表面會由于磨損而變得粗糙。雖然此時軸承表面粗糙狀況也可以用上述有效值指標來表示，但是當軸承零件上有局部的剝落、凹坑一類缺陷時，有效值就無法反映出來。這時通過峰值有效值比則可以明顯地反映出來。一般來說，當XP/φx＞1.5時，就認為軸承零件上有局部缺陷產生。

　　(3)軸承速率比BSR
　　軸承速率比BSR定義為鋼球通過頻率與軸的回轉頻率之比，它取決于軸承的載荷和間隙的大小以及軸承的潤滑狀況，圖2為BSR值與軸承載荷的關系。圖中的陰影部分是軸承正常工作時的BSR值，當BSR值偏高時，則可能是載荷高、潤滑不良或者軸承間隙過大；當BSR值偏低時，則可能是載荷不足、潤滑過多（例如潤滑脂加注過多）或者軸承間隙過小。由此可見，BSR值是反映軸承運行性能的直接指標。

　　二、軸承潤滑狀態監測診斷法
　　當軸承滾動表面的潤滑狀態發生改變時，例如從完全液體潤滑到干摩擦時，金屬間直接接觸的時間所占比例上升，沖擊脈沖值也會上升，油膜電阻會下降。針對這種現象，實際工作中常用以下兩種監測方法。

　　1．油膜厚度法
　　對實際運轉的機械，其油膜厚度測量是非常困難的。理論研究和試驗表明，油膜厚度可以用沖擊脈沖值間接測量表示。這種分析診斷方法的優點是能夠精確分析診斷出軸承的狀態，但缺點是操作使用比較復雜，需要輸入大量參數，因而在現場使用中有時會覺得不如原來的沖擊脈沖法方便。

　　2．油膜電阻診斷法
　　滾動軸承在旋轉過程中，如果在滾道面和滾動體之間能夠形成良好的油膜，則內圈和外圈之間的電阻值很大，可達兆歐以上；當潤滑膜破壞時，則內圈和外圈之間的電阻值可降至零歐附近。利用這一特性，便可對滾動軸承的潤滑狀態及與此有關的磨損、腐蝕之類的損傷進行診斷，但不適用于點蝕類損傷的診斷。
　　油膜電阻法的測量分析原理是：在內、外圈之間加1V左右的直流電壓，通過測量軸承處的電壓降來確定其阻值。
　　用油膜形成度R和軸承上的電壓V兩個參數來監測軸承的潤滑狀態。當油膜形成不完全時會發生金屬間接觸，以發生金屬間接觸的時間與不發生接觸的時間之比來表示油膜形成度(0~10)。如前所述，當油膜形成良好時，不發生電接觸時間所占比例會比較高，此時滾動表面阻抗會比較高；反之則比較低。
　　使用V方式時，可以測量由于軸承轉動時誘發出來的電壓，此電壓過高會導致電腐蝕，縮短軸承壽命。
　　可以用R和V的綜合評價圖來判定軸承的潤滑狀態（圖3），根據R和V的值分為良好、警戒和危險三個區。

圖3 潤滑狀態監測儀

　　這種軸承潤滑狀態監測儀具有如下優點：(1)可在運轉中測定潤滑狀態；(2)軸承的類型及尺寸大小對測定影響不大；(3)小型輕便。其缺點是：(1)不適用于轉速過低且在正常情況下也無法形成油膜的情況；(2)在軸承以外的地方有電氣短路時不能使用；(3)同一承載處有兩個以上軸承時不能做出Z終具體判斷。
　　三、油液分析診斷
　　滾動軸承失效的主要方式是磨損、斷裂和腐蝕等，其原因主要是潤滑不當，因此對運行時使用的潤滑油進行系統分析，即可了解軸承的潤滑與磨損狀態，并對各種故障隱患進行早期預報，查明產生故障的原因和部位，及時采取措施防止惡性事故的發生。

　　油液分析應采用系統的方法，只采用單一手段往往會因其局限性而導致不全面的診斷結論，容易產生漏報或誤報。實踐證明，由以下五個方面，即理化分析、污染度測試、發射光譜分析、紅外光譜分析、鐵譜分析構成的油液分析系統在設備狀態監測與故障診斷工作中可以發揮重要作用，其診斷結果與現場實際基本吻合，具有顯著的經濟效益與社會效益。

　　1．潤滑油理化指標的檢測
　　良好的潤滑條件可大大減緩設備的磨損，是延長設備使用壽命的可靠保證。設備首先應做到正確選油，其次是連續跟蹤監測其質量指標的變化，三是當潤滑油劣變失效時應及時予以更換，為此必須定期對設備用油進行理化指標檢測。

　　2．污染度測試
　　油液經過使用后不可避免地會受到不同程度的污染。檢測油液污染程度的方法有定性、半定量和定量三種。具體選用何種方法主要由油液品種、工況條件、對清潔度要求的寬嚴程度而定，如對柴油機通常用斑點試驗法即可滿足要求，而對液壓油和汽輪機油多數情況下選用顆粒計數儀或污染測試儀進行更精確的測試。

　　3．發射光譜分析油液中金屬元素含量
　　潤滑油中經常會有一些金屬元素，這些元素的來源有三種途徑：一是來自潤滑油中的添加劑，如鈣、鋇、鋅、磷等；二是外界污染混入的雜質帶進來的，如硅、鋇、鈉等；三是磨損顆粒中的金屬成分，如銅、鉻、鉛、鐵等。設備在投入使用之前應檢測新油中金屬元素的種類及含量，并做好記錄檔案。新油中的金屬元素主要來自于添加劑，含量是一定的；隨著設備運行時間的增長，油中金屬元素的種類和數量都會發生相應改變，根據變化趨勢可以判斷設備產生磨損的部位和狀態。

　　4．紅外光譜分析
　　紅外光譜的出現使狀態監測又增添了一個新的重要手段。一般的理化分析是無法檢驗的，而利用紅外光譜檢驗是Z直接、Z有效也是Z快捷的方法。紅外光譜的主要原理是不同的化合物的分子結構不同，在紅外光譜上都會出現特定位置的吸收峰，通過典型峰位和峰面積的積分計算即可對油品的某些特性進行定量的或半定量的分析。近年來由于計算機技術的迅速發展及在紅外光譜技術中的普遍應用，大大減少了測試誤差。上述紅外光譜的突出優勢，使其在狀態監測中的應用更加日益廣泛。

　　5．鐵譜分析
　　鐵譜分析在我國是應用Z多、Z普遍的油液分析設備診斷方法之一，它可以直接觀察油液中顆粒的尺寸、幾何形態、顏色、數量及分布狀態等，目前大多采用的是直讀式鐵譜儀和分析式鐵譜儀，近年來旋轉鐵譜儀和在線式鐵譜儀也受到越來越多的注意。

　　四、溫度監測診斷法
　　滾動軸承如果產生了某種損傷，其溫度就會發生變化，因此可通過監測軸承溫度來診斷軸承故障。該方法應用得很早，在當時在沒有其他更好的監測診斷手段的情況下，同時也是由于這種方法簡便實用，確實在滾動軸承的巡檢中起到了一定的作用。

　　但這種方法的致命缺點是當溫度有明顯的變化時，故障一般都達到了相當嚴重的程度，因此無法發現早期故障。同時對滾動軸承的溫度測量雖然簡單，誤差一般較大，因此這種方法目前已逐步轉變為對滾動軸承的輔助監測診斷手段。

　　另外，還可以運用聲發射（AE）監測診斷、間隙（游隙）監測診斷法等方法，同樣具有較好的效果，基于篇幅這里不做贅述。