苗碧琪，李元姣，包彬彬

（中核武漢核電運行技術股份有限公司，湖北武漢 430023）

0 引言

滾動軸承是機器的重要部件，同時也是易損件，軸承的損壞甚至配合尺寸的變動都會導致機器劇烈地振動和發(fā)出噪聲。

滾動軸承的基本結構如圖1 所示。內圈用來和軸徑裝配，通常為基孔制，過盈配合；外圈用來和軸承座裝配，通常為基軸制，過渡配合。內圈和軸之間，外圈和座孔之間不允許有相對滑動，當出現(xiàn)打滑現(xiàn)象時稱為跑套。跑套會造成軸承及其配合件加速磨損，產(chǎn)生噪聲，影響機器正常運轉，嚴重者甚至導致事故發(fā)生。而造成跑套故障的原因：①設計原因；②制造原因；③溫差導致軸承與其配合件收縮不一致；④裝配不當。

1 軸承跑套頻譜分析

軸承跑套從根本上說是旋轉松動，旋轉松動常導致轉速頻率及其系列諧波，嚴重的會出現(xiàn)分數(shù)諧波，摩擦和嚴重沖擊會引發(fā)該頻率。

內圈跑套和外圈跑套都屬于旋轉松動，所以會有旋轉松動頻譜結構，但從結構分析，內圈跑套表現(xiàn)為3 倍頻及其諧波突出，外圈跑套突出表現(xiàn)為4 倍頻幅值高。上述現(xiàn)象為間歇性跑套，如果是連續(xù)跑套，則底噪升高、將頻譜連成一片。

圖1 滾動軸承基本結構

2 案例分析

軸承外圈跑套事故風機為懸臂式，由電機通過皮帶輪帶動，結構如圖2 所示。2 個皮帶輪等徑，電機額定轉速3000 r/min（50 Hz）。圖中1，2 為電機側非驅動端和驅動端測點，3，4 為風機側非驅動端和驅動端軸承處測點，風機兩端軸承均為LINK belt355。

2016 年2 月25 日，該臺風機振動超標且有異常噪聲。表1 為當時振動測量值，其中3，4 號點振動超標，主要表現(xiàn)為徑向振動大，表中1H、1V、1A 分別表示測點1 的水平、垂直和軸向振動。

圖2 風機結構

圖3 為當時的3H、4H 頻譜圖，由圖可見頻譜結構為轉速及其諧頻，4 倍頻突出（當時并未注意這一點），有底噪。

根據(jù)2016 年2 月25 日的測量值和頻譜，分析認為振源在風機側，且為旋轉松動造成的振動超標，對葉輪聯(lián)接情況進行檢查，無松動。又將風機軸承游隙由0 組調整到C2，未果。

表1 2016 年2 月25 日風機振動測量值mm/s

圖3 2016 年2 月25 日風機頻譜

2016 年3 月1 日將風機軸承進行了更換。更換軸承后，其振動值和2016 年2 月25 日的振動值對比如表2 所示，換軸承后振動值不降反增，尤其是3H 增大了接近3 倍。圖4 為更換軸承后3H 頻譜，頻譜結構未發(fā)生變化。

表2 軸承更換前后振動測量值 mm/s

圖4 2016 年3 月1 日3H 頻譜

分析風機從出現(xiàn)故障到幾次調整直至更換軸承后的頻譜，可以發(fā)現(xiàn)以下共同點：①頻譜結構相同，均為轉速諧頻組成，說明故障類型為旋轉松動；②最突出的頻譜為4 倍頻，符合外圈跑套特點；③有連續(xù)底噪，說明松動現(xiàn)象較嚴重。

綜合以上幾點，可以判定風機軸承外圈跑套，為了驗證這一點，2016 年5 月16 日現(xiàn)場在外圈和座孔之間添加金屬膠，等其凝固后開機再測振動。測得振動值和2016 年3 月1 日的對比見表3（電機側基本沒變，未列出），膠結后振動值大幅下降，效果明顯。圖5 為膠結后的3H 頻譜，可以看出高倍諧頻振動已減少，4 倍頻頻已不再突出。為了更直觀地驗證判斷結論，將換下來的軸承進行拆解（圖6），可以看出，滾動體、外圈和內圈均有明顯滑動（跑圈）留下的痕跡。因此確認，軸承外圈跑套是風機振動超標的振源。

表3 軸承外圈膠結前后振動測量值 mm/s

圖5 外圈膠結后3H 頻譜

但從圖5 可以看出，頻譜結構未發(fā)生改變，這是由于膠結只是臨時措施，要根治此問題，需要分析根本原因，即風機軸承跑套成因。

排查軸承供應鏈時發(fā)現(xiàn)，軸承為LINK belt 公司在美國生產(chǎn)，采用美制尺寸，和其配套的軸承座分包給國內公司制作，加工轉換為公制尺寸時出現(xiàn)了尺寸偏差，軸承外圈與軸承座的偏緊過渡配合變成偏松過渡配合而發(fā)生跑套。因此，只有按照設計尺寸重新加工軸承座方可根治此問題。

圖6 拆解后的軸承

3 結語

（1）頻譜分析是轉機故障診斷的強有力手段之一，但由于頻譜與故障之間不是一對一的關系，現(xiàn)場故障診斷一方面要深入研判頻譜圖，抓住頻譜圖的每個細節(jié)，另一方面要深入現(xiàn)場不斷嘗試，直至找出問題根源。

（2）宏觀的把握和細節(jié)的留心是故障診斷工作成功的關鍵。

（3）設備在設計、加工、安裝、保養(yǎng)的任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會影響最終的使用效果，故障診斷工作者要不斷拓寬知識面，以適應社會的發(fā)展。