滚动轴承跑套故障分析

苗碧琪，李元姣，包彬彬

（中核武汉核电运行技术股份有限公司，湖北武汉 430023）

0 引言

滚动轴承是机器的重要部件，同时也是易损件，轴承的损坏甚至配合尺寸的变动都会导致机器剧烈地振动和发出噪声。

滚动轴承的基本结构如图1 所示。内圈用来和轴径装配，通常为基孔制，过盈配合；外圈用来和轴承座装配，通常为基轴制，过渡配合。内圈和轴之间，外圈和座孔之间不允许有相对滑动，当出现打滑现象时称为跑套。跑套会造成轴承及其配合件加速磨损，产生噪声，影响机器正常运转，严重者甚至导致事故发生。而造成跑套故障的原因：①设计原因；②制造原因；③温差导致轴承与其配合件收缩不一致；④装配不当。

1 轴承跑套频谱分析

轴承跑套从根本上说是旋转松动，旋转松动常导致转速频率及其系列谐波，严重的会出现分数谐波，摩擦和严重冲击会引发该频率。

内圈跑套和外圈跑套都属于旋转松动，所以会有旋转松动频谱结构，但从结构分析，内圈跑套表现为3 倍频及其谐波突出，外圈跑套突出表现为4 倍频幅值高。上述现象为间歇性跑套，如果是连续跑套，则底噪升高、将频谱连成一片。

图1 滚动轴承基本结构

2 案例分析

轴承外圈跑套事故风机为悬臂式，由电机通过皮带轮带动，结构如图2 所示。2 个皮带轮等径，电机额定转速3000 r/min（50 Hz）。图中1，2 为电机侧非驱动端和驱动端测点，3，4 为风机侧非驱动端和驱动端轴承处测点，风机两端轴承均为LINK belt355。

2016 年2 月25 日，该台风机振动超标且有异常噪声。表1 为当时振动测量值，其中3，4 号点振动超标，主要表现为径向振动大，表中1H、1V、1A 分别表示测点1 的水平、垂直和轴向振动。

图2 风机结构

图3 为当时的3H、4H 频谱图，由图可见频谱结构为转速及其谐频，4 倍频突出（当时并未注意这一点），有底噪。

根据2016 年2 月25 日的测量值和频谱，分析认为振源在风机侧，且为旋转松动造成的振动超标，对叶轮联接情况进行检查，无松动。又将风机轴承游隙由0 组调整到C2，未果。

表1 2016 年2 月25 日风机振动测量值mm/s

图3 2016 年2 月25 日风机频谱

2016 年3 月1 日将风机轴承进行了更换。更换轴承后，其振动值和2016 年2 月25 日的振动值对比如表2 所示，换轴承后振动值不降反增，尤其是3H 增大了接近3 倍。图4 为更换轴承后3H 频谱，频谱结构未发生变化。

表2 轴承更换前后振动测量值 mm/s

图4 2016 年3 月1 日3H 频谱

分析风机从出现故障到几次调整直至更换轴承后的频谱，可以发现以下共同点：①频谱结构相同，均为转速谐频组成，说明故障类型为旋转松动；②最突出的频谱为4 倍频，符合外圈跑套特点；③有连续底噪，说明松动现象较严重。

综合以上几点，可以判定风机轴承外圈跑套，为了验证这一点，2016 年5 月16 日现场在外圈和座孔之间添加金属胶，等其凝固后开机再测振动。测得振动值和2016 年3 月1 日的对比见表3（电机侧基本没变，未列出），胶结后振动值大幅下降，效果明显。图5 为胶结后的3H 频谱，可以看出高倍谐频振动已减少，4 倍频频已不再突出。为了更直观地验证判断结论，将换下来的轴承进行拆解（图6），可以看出，滚动体、外圈和内圈均有明显滑动（跑圈）留下的痕迹。因此确认，轴承外圈跑套是风机振动超标的振源。

表3 轴承外圈胶结前后振动测量值 mm/s

图5 外圈胶结后3H 频谱

但从图5 可以看出，频谱结构未发生改变，这是由于胶结只是临时措施，要根治此问题，需要分析根本原因，即风机轴承跑套成因。

排查轴承供应链时发现，轴承为LINK belt 公司在美国生产，采用美制尺寸，和其配套的轴承座分包给国内公司制作，加工转换为公制尺寸时出现了尺寸偏差，轴承外圈与轴承座的偏紧过渡配合变成偏松过渡配合而发生跑套。因此，只有按照设计尺寸重新加工轴承座方可根治此问题。

图6 拆解后的轴承

3 结语

（1）频谱分析是转机故障诊断的强有力手段之一，但由于频谱与故障之间不是一对一的关系，现场故障诊断一方面要深入研判频谱图，抓住频谱图的每个细节，另一方面要深入现场不断尝试，直至找出问题根源。

（2）宏观的把握和细节的留心是故障诊断工作成功的关键。

（3）设备在设计、加工、安装、保养的任何环节出现问题，都会影响最终的使用效果，故障诊断工作者要不断拓宽知识面，以适应社会的发展。