数控机床上滚动轴承的特点与故障分析

一、滚动轴承的振动按产生机理
　　滚动轴承的振动按产生机理又分为三种类型：
　　1　轴承结构的固有振动。包括将内环看作是弹性体而引起的固有振动：将外环看作是刚性体而引起的固有振动：将滚动体看作刚体而引起的固有振动。
　　2　强迫振动。由轴承零件制造或装配误差而引起的振动。如：内外环波纹度、滚动体直径差等制造误差。
　　3　冲击振动。内外环或滚动体表面上存在划痕、毛刺、锈斑、点蚀、剥落、凹坑等缺陷，或有灰尘，润滑，油污等情况存在时，会激励起轴承脉冲型振动，振动的周期与转速成反比。振幅和与缺陷的尺寸大小有关。滚动轴承的振动往往是以上各类振动共同作用的结果。其中轴承滚动时产生的正常振动与轴承的弹性特性有关，而异常振动与轴承滚动表面的状况有关。大量实验表明，在轴承运转正常情况下，轴承零件表面波纹度是引起轴承振动的主要因素，而一般较明显的“异音”是由滚道表面缺陷引起的周期性或非周期性冲击脉冲产生。这些冲击振动的出现使原来的平稳振动信号变成了非平稳振动信号。即轴承的振动信号为非平稳振动信号。由内外滚道故障引起的振动是轴承振动的主要因素。
　　二、故障的特征与诊断技术
　　正常情况下，滚动轴承的振动时频域波形有两个特点：无冲击和变化慢。当滚动轴承在存在局部故障时，轴承的其它零部件会周期性地撞击故障部位，产生冲击力。激励轴承座或其它机械零部件产生振动，形成一系列冲击振动。其冲击脉冲周期为基阶故障特征频率的倒数。冲击脉冲宽度在us数量级，它将激起系统或结构的高频响应，响应水平取决于系统或结构的固有频率及阻尼的大小。
　　针对滚动轴承的振动特点，人们陆续提出了许多时域和频域分析方法。时域方法主要包括冲击能量分析法，峰值因子法，冲击脉冲计数法等。这些方法在共振频带比较多的情况下，很难区分到底是轴承哪一部分出现缺陷。频域分析方法包括功率谱分析，倒谱分析，包络解调分析和双谱分析等。滚动轴承出现故障时振动信号是非平稳信号，单纯用时域或频域的方法很难达到理想的效果。通过小波分析的方法对滚动轴承振动信号同时进行时域和频域的分析，可以达到很好的效果。另外滚动轴承的滚动面出现点蚀、疲劳、剥落等表面剥落故障时，振动信号中包含了相应的冲击成分。但是这些冲击成分往往被其它冲振动噪声所掩盖，不能直接从时域中得到。通过自适应滤波滤除噪声后，再使用小波分析完成对故障信号的故障特征提取是比较好的分析方法。