對機(jī)器和工廠的整體健康而言，保持軸承的健康是其中至關(guān)重要的一環(huán)。通常，軸承可以被視為一個旋轉(zhuǎn)機(jī)械的“消耗品”，對很多機(jī)器而言，它們與軸承的關(guān)系就如同遙控器和電池的關(guān)系。如果在軸承出現(xiàn)故障并對機(jī)器其他部分造成損害之前就能得到及時更換，機(jī)器就可以保持一個良好的生命周期。當(dāng)然，在機(jī)器中并不只有軸承會發(fā)生磨損、疲勞和故障，但對于很多旋轉(zhuǎn)機(jī)械來說，軸承問題在機(jī)器的主要故障中占據(jù)了大部分比重。
不得不說，很多常見的錯誤觀念都有可能導(dǎo)致軸承的過快損壞，或者使人們過早地更換軸承，比如錯誤地估計了軸承的正常工作壽命，或誤判了軸承的磨損原因。一個典型的例子是，一些維修人員會按照預(yù)設(shè)的計劃，每一到兩年就對一些軸承進(jìn)行更換，他們或許認(rèn)為，這些軸承至多只能在它們的崗位上正常服務(wù)一到兩年。
事實(shí)上，有很多更好的方法可以用來確定軸承何時需要被更換，其中最可靠的方法之一在于對軸承的內(nèi)部疲勞進(jìn)行檢測和確認(rèn)。
通過加強(qiáng)和促進(jìn)對這一因素的理解，工廠的維修者對于軸承的健康狀態(tài)和生命周期可以獲得更準(zhǔn)確的預(yù)期，同時可以為從被動維修向視情維修的轉(zhuǎn)變做好充分準(zhǔn)備，從而實(shí)現(xiàn)更卓越的可靠性。
潤滑的作用
要認(rèn)識到次表層疲勞是如何導(dǎo)致軸承故障的，我們必須首先來理解潤滑的作用。我們使用的是否是正確的潤滑油脂？這些潤滑油脂的儲存方法是否妥當(dāng)？它們是否免于污染？如果這些問題之中的任何一個答案是“否”，那么這些軸承就很可能有麻煩了。
當(dāng)使用正確種類和適當(dāng)用量的潤滑油時，滾子是不會與座圈發(fā)生接觸的。但是，如果潤滑油的種類和用量是錯誤的，那么將會導(dǎo)致軸承的損傷。
潤滑油和潤滑脂是無法被壓縮的，但如果它們受到的壓力發(fā)生變化，就會導(dǎo)致潤滑油的一項(xiàng)物理特性發(fā)生變化，這就是潤滑油的粘度。所以對于任何潤滑油而言，當(dāng)壓力上升時，它們的粘度也會隨之上升，而且并不是上升一點(diǎn)點(diǎn)，而是以指數(shù)的方式迅速上升。當(dāng)壓力上升到200000磅/平方英寸時，軸承中的潤滑油事實(shí)上會變得比金屬還要堅硬。當(dāng)潤滑油分子進(jìn)入負(fù)荷區(qū)域時，壓力就會隨之形成，因?yàn)樗鼤毫M(jìn)行抗拒，就形成了油楔。
而當(dāng)油楔通過負(fù)載區(qū)域時，處于滾子和油楔下方的座圈表面就會受到壓縮。而當(dāng)油楔經(jīng)過這一位置之后，座圈的表面又會受到減壓。
對內(nèi)部疲勞的測試和檢測以防止軸承發(fā)生故障是非常重要的，這可以避免昂貴的停機(jī)維修。
滾珠或滾子之下的力可以藉由赫茲應(yīng)力模型來表示出來。直接位于滾子下方的受力數(shù)值是最高的，而處于滾軸左邊或右邊的受力則沒有那么強(qiáng)烈。結(jié)果就是，在外座圈內(nèi)部圍繞內(nèi)座圈轉(zhuǎn)動的時候，滾子會形成一個“壓力錐”，特別是在經(jīng)過負(fù)載區(qū)域的時候。
由于滾子持續(xù)經(jīng)過負(fù)載區(qū)域，這些區(qū)域也就不斷地受到壓力的集中作用，壓縮和壓力釋放的狀態(tài)往復(fù)循環(huán)，直到達(dá)到材料的疲勞負(fù)荷極限。你也可以想象反復(fù)彎折一把晾衣架或是硬質(zhì)梳子的情形。最終，壓縮和壓力釋放的循環(huán)效應(yīng)將開始逐漸損害材料的完好性，使其走向損壞?？纯聪旅娴挠嬎悖紤]一下這個壓縮和壓力釋放的循環(huán)將在一天內(nèi)反復(fù)發(fā)生多少次。
每分鐘轉(zhuǎn)速為1775的軸，其每秒轉(zhuǎn)速大約為29.6。
例如，對于某個給定的軸承，假設(shè)圍繞內(nèi)座圈旋轉(zhuǎn)一圈會有8.193個滾珠或滾子經(jīng)過同一點(diǎn)。
那么，在一個24小時的周期內(nèi)，同一個負(fù)載位置將會壓縮和釋放約2100萬次，而在一年的時間內(nèi)，則會壓縮和釋放約76億次。
現(xiàn)在，考慮這個軸承應(yīng)該具有8到12年的運(yùn)行壽命，即便取對軸承壽命而言較短的8年，也需要將76億次乘以8年，最終得到的壓縮和釋放的循環(huán)數(shù)量可以稱得上是天文數(shù)字了。最終軸承會達(dá)到它的疲勞負(fù)載極限，這種性能衰退的最初表現(xiàn)就叫做內(nèi)部疲勞。
超聲波振動檢測是一個能夠幫你“看到”軸承故障的好方法。
故障的征兆
內(nèi)部疲勞正如這個名詞聽上去的那樣，意味著大約5到6微米深的微小裂紋，當(dāng)軸承被移走、拆卸和清洗后，可以直接通過肉眼觀察到這些裂紋。內(nèi)部疲勞的征兆可以由內(nèi)外部溝道的變色而顯示出來。內(nèi)部疲勞也是一個軸承走向疲勞損壞的最初跡象。
隨著時間的推移，這些微小的裂紋最終將互相聯(lián)結(jié)貫通，導(dǎo)致更加嚴(yán)重的內(nèi)部疲勞。
盡管人們?nèi)匀徊荒芸吹交蚋杏X到這些磨損，但藉由這些疲勞釋放出的能量卻有著極高的頻率，所以超聲波儀器能夠很好地識別這些信號。振動分析也有助于識別這些現(xiàn)象，從這張分析圖中不難看出，在疲勞發(fā)生三個月后，其程度已經(jīng)發(fā)生了顯著的變化，轉(zhuǎn)為了更高等級的疲勞。
當(dāng)內(nèi)部疲勞繼續(xù)發(fā)展，這些微小的裂紋最終將相互聯(lián)結(jié)貫通，細(xì)小的金屬塊開始從表面掉落。在這一階段，損傷已經(jīng)變得顯而易見，且伴隨著聲音的異常。這一過程叫做剝落。
一旦剝落發(fā)生，它將會非常迅速地蔓延開來。受損的區(qū)域?qū)⒆兊迷絹碓酱?，而壓力也會變得更加不穩(wěn)定。這樣一來，潤滑油楔將很難保持其形狀，各個表面再也無法保持獨(dú)立。此時剝落將發(fā)展得十分迅速。
任何可能影響這一傳動系統(tǒng)軸向和徑向負(fù)載的因素也將加速這一過程，包括以下這些方面。
■ 不平衡
■ 偏差
■ V帶過緊
■ 螺栓損壞
■ 螺栓松動
■ 焊接損傷
■ 機(jī)器過載
■ 機(jī)器超速
■ 沖擊性荷載
看到所有這些由于內(nèi)部疲勞而引起的后果，很容易認(rèn)識到對其進(jìn)行檢測和預(yù)防的策略的重要性。超聲波檢測、油品分析、振動分析、紅外檢測和電機(jī)回路分析都有助于實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)。當(dāng)然，沒有任何方法可以檢測出所有問題，但通過綜合的應(yīng)用，這些技術(shù)還是可以非常有效地找到軸承故障的早期征兆的。
結(jié)論
任何軸承都不可能永遠(yuǎn)保持完好，無論是內(nèi)部疲勞還是其他一些故障機(jī)理都是不可避免的。但是，通過應(yīng)用多種技術(shù)方法來對這樣的故障進(jìn)行探查，尤其是認(rèn)識到盡早察覺問題的重要性，可以讓工廠制定出一個更加具有可靠性和可預(yù)測性的維修計劃，并避免過早更換軸承所導(dǎo)致的巨大損失。
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