车辆滚动轴承传动故障现状概述及典型故障分析

摘 要：车辆滚动轴承传动系统故障诊断问题对保障整个传动系统的安全运行具有重要的作用。本文在本文介绍了车辆滚动轴承传动故障诊断技术发展现状的基础上，分析了齿车辆滚动轴承传动典型故障方式。

关键词：滚动轴承传动；故障诊断；典型故障

旋转机械是国民经济在主要行业中被广泛应用的主要设备，在生产企业使用大约占80%。并且旋转机械具有子系统复杂、非线性因素多以及支承条件特殊等影响因素，所以在工作过程中经常发生故障问题。随着科技的不断进步以及工业生产的发展，设备的集成化程度越来越高、系统规模越来越大，并且对设备进行监测时所监测到的状态信号所包含的信息量也越来越大，导致复杂程度和提取难度也就越来越高。

滚动轴承是多个组建共同配合运动的集合体，安装和运动过程中的误差会造成自身的振动。随着误差的持续增加，这样的振动会进一步的发生叠加进而形成了比较复杂的振动信号，这对误差的分析无疑增加了难度。

本文在前人研究的基础上，介绍了车辆滚动轴承传动故障诊断技术发展现状，并分析了车辆滚动轴承传动典型故障方式。

1 车辆滚动轴承传动故障诊断技术发展

随着科技的进步，故障诊断已经成为了现代设备运行中必不可少的环节。车辆滚动轴承传动故障诊断是一门涉及到数学、计算机科学、信号处理以及现代传感器技术等多学科的交叉科学。对信号处理的方法和状态识别方法如前所述已经有很多种，但目前还没有一种非常有效的方法和特征量能够适用于所有的设备和不同的运行状态。

传统的故障诊断方法可以简要描述为三个环节：

第一，使用各种传感器，采集设备所释放出的各种物理、化学信号；

第二，对采集到的信号进行前期处理，使用各种方法提取和转化出我们想要的能够表征设备状态的敏感性强、规律性好的特征量；

第三，根据特征量对设备状态进行识别和诊断，做出决策。

国外针对故障诊断与分析研究开始于20世纪60年代，最初主要是通过测量振动、位移等参数，对其进行简单的分析处理，从而识别设备故障。为了从滚动轴承设备中提取出传动过程中断齿故障的特征信号，针对如何更为有效的排除变速箱中混杂故障信号样本，提高对故障原因的识别能力。

运用计算机仿真软件对机械装备开展工作性能以及故障分析方面的研究是相对简单、快捷，并利于广泛推广的方法。利用计算机仿真软件对武器装备进行建模，分析其动态性能，以及各元件对系统整体性能的影响，进而通过建立元件故障模型，仿真系统故障工作状态，为故障分析提供依据。系统计算机仿真经历了30多年的演化和更新，基于各种仿真软件的研究取得了大量进展。

2 车辆滚动轴承传动典型故障分析

总所周知，滚动轴承是在力的作用下实现转动的，那么在设计的时候那面会影响到转动的平稳性，从来使得滚动轴承系统产生振动。如果滚动轴承长时间在振动的环境中工作的话，或造成零件表面的磨损以及内部裂纹的产生，会加剧元件的损坏，最终使得滚动轴承无法正常运转。根据《GB/T24611-2009/ISO 15243：2004 滚动轴承损伤和失效术语、特征及原因》，可分为以下几种主要失效形式：

2.1 疲劳剥落失效

由于滚动轴承在高速旋转的运行工况下，受到频繁的交变应力作用，滚动轴承中的各个零部件将会承受不同的力。根据疲劳剥离的机理和原因，剥离可分为以下三类：

2.1.1次表面起源型疲劳剥落

按照赫兹接触理论，在滚动接触载荷作用下，其微观结构发生变化，在表面下一定深度处开始出现显微裂纹。

2.1.2表面起源型疲劳剥落

表面起源型疲劳是由表面损伤引起的失效模式。一般是发生在润滑条件差并伴有一定程度的滑动时，接触表面微凸体导致的损伤。

2.1.3点蚀损伤

点蚀是由于电流通过时造成接触表面材料的遗失。由于绝缘不良或不当，当电流通过滚动体和润滑油膜，从滚动轴承的一个套圈传递到另一个套圈时，会在接触区发生击穿放电。

2.2 表面塑性变形

由于滚动轴承在承受重载的情况下，接触表面会存在应力集中现象，甚至会出现油膜破裂的情况，使得表面直接接触区域容易发生塑性变形。

2.2.1磨损失效

在力的作用下，滚动轴承的两个接触表面形成相对运动而引起表面磨损，磨损失效是滚动轴承最主要的失效形式之一。

2.2.2锈蚀失效

由于水、水汽以及其他腐蚀性介质进入到滚动轴承的表面，会在滚动轴承转动的过程中出现空化显现，导致压力发生骤变，加剧腐蚀现象的发生，持续下去会发生明显的啃噬情况。

2.2.3胶合失效

滾动轴承的工作离不开摩擦，摩擦过程中产生的热量会加剧元件之间的粘合，尤其是在润滑效果不充足的环境下，容易发生胶合现象，严重阻碍了滚动轴承的工作效率。

3 结语

旋转机械是国民经济在主要行业中被广泛应用的主要设备，在生产企业使用大约占80%，保证旋转机械在出现故障时所监测到的振动信号的检测以及预防具有重要的意义，本文介绍了车辆滚动轴承传动故障诊断技术发展现状，并分析了齿车辆滚动轴承传动典型故障，为后续的车辆滚动轴承传动故障分析奠定基础。

参考文献：

[1] 董文智，张超.基于EEMD能量熵和支持向量机的滚动轴承故障诊断方法[J].中南大学学报，2012，43（3）：183-189.

[2] 时培明，丁雪娟，李庚.一种EMD改进方法及其在旋转机械故障诊断中的应用[J].振动与冲击，2013，32（4）：185-190.

[3] 罗邦劼.旋转机械故障诊断技术的研究现状及发展趋势[J].机电产品开发与创新，2008，03：85-86+89.

[4] 王洪伟，陈果，陈立波，等.一种航空发动机滚动轴承磨损故障监测技术[J].航空动力学报，2014，29（9）：2256-2263.

基金项目：重庆市教委科学技术研究项目（KJ1503005）

作者简介：邓璘（1984-），女，四川重庆人，讲师，硕士，研究方向：车辆设计。