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轴承的失效分析毕业论文
轴承的失效分析
一、设计（论文）的原始依据：
运用所学的机械设计基础课程的理论，以及有关先修课程的知识完成《轴承失效分析》毕业设计课程。
二、设计内容和要求：
1.了解机械设计的过程；
2.了解零件失效分析理论和方法；
3.培养独立分析问题和解决问题的能力；
4.培养撰写论文的能力。
主题：
轴承的失效分析
目录：
摘要················································–6–
关键词··············································–6–
滚动轴承的基本特点·································–7–
1.优点··············································–7–
2.缺点··············································–7–
滚动轴承的分类·····································–7–
1.按滚动轴承结构类型分类··························–7–
2.按滚动轴承尺寸大小分类··························–8–
滚动轴承类型的选择··································–9–
1.载荷的大小、方向和性质···························–9–
2.允许转速·········································–9–
3.刚性·············································–9–
4.调心性能和安装误差······························–9–
5.安装和拆卸·······································–9–
6.市场性···········································–10–
滚动轴承的代号·····································–10–
1.基本代号··········································–10–
轴承失效分析方法····································–10–
1.失效实物和背景材料的收集··························–10–
2.宏观检查··········································–11–
3.微观分析··········································–12–
滚动轴承故障的振动信号分析诊断方法··················–12–
1.滚动轴承故障的简易诊断法··························–12–
2.滚动轴承故障的精密诊断法··························–13–
谢词·················································–13–
参考文献·············································–13–
摘要：
将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件，叫滚动轴承（rollingbearing）。
滚动轴承一般由外圈，内圈，滚动体和保持架组成。
其中内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转，外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用，滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命，保持架能使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转起润滑作用。
在分析轴承失效的过程中，往往会碰到许多错综复杂的现象，各种实验结果可能是相互矛盾或者主次不清，这就需要经过反复实验、论证，以获得足够的证据或反证。
只有运用正确的分析方法、程序、步骤，才能找到引发失效的真正原因。
一般情况下轴承失效分析大体可分为以下三个步骤：
失效实物和背景资料的收集、对失效实物的宏观检查和微观分析。
关键词：
滚动轴承，磨机中空轴安装滚动轴承,滑动轴承，滚动轴承代号，滚动轴承类型的选择，失效实物和背景资料的收集,对失效实物的宏观检查,微观分析,滚动轴承的振动信号分析故障诊断方法。
将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件，叫滚动轴承（rollingbearing）。
滚动轴承一般由外圈，内圈，滚动体和保持架组成。
其中内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转，外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用，滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命，保持架能使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转起润滑作用。
①
滚动轴承使用维护方便，工作可靠，起动性能好，在中等速度下承载能力较高。
与滑动轴承比较，滚动轴承的径向尺寸较大，减振能力较差，高速时寿命低，声响较大。
滚动轴承中的向心轴承（主要承受径向力）通常由内圈、外圈、滚动体和滚动体保持架4部分组成。
内圈紧套在轴颈上并与轴一起旋转，外圈装在轴承座孔中。
在内圈的外周和外圈的内周上均制有滚道。
当内外圈相对转动时，滚动体即在内外圈的滚道上滚动，它们由保持架隔开，避免相互摩擦。
推力轴承分紧圈和活圈两部分。
紧圈与轴套紧，活圈支承在轴承座上。
套圈和滚动体通常采用强度高、耐磨性好的滚动轴承钢制造，淬火后表面硬度应达到HRC60～65。
保持架多用软钢冲压制成，也可以采用铜合金夹布胶木或塑料等制造。
滚动轴承的基本特点②
优点
1摩擦阻力小，功率消耗小，机械效率高，易起动.
2、尺寸标准化，具有互换性，便于安装拆卸，维修方便.
3、结构紧凑，重量轻，轴向尺寸更为缩小.
4、精度高，转速高，磨损小，使用寿命长.
5、部分轴承具有自动调新的性能.
6、适用于大批量生产，质量稳定可靠，生产效率高.
缺点
1、噪音大.
2、轴承座的结构比较复杂.
3、成本较高.
滚动轴承的分类
1.按滚动轴承结构类型分类
轴承按其所能承受的载荷方向或公称接触角的不同，分为：
向心轴承----主要用于承受径向载荷的滚动轴承，其公称接触角从0到45。
按公称接触角不同，又分为：
径向接触轴承----公称接触角为0的向心轴承：
向心角接触轴承----公称接触角大于0到45的向心轴承。
推力轴承----主要用于承受轴向载荷的滚动轴承，其公称接触角大于45到90。
按公称接触角不同又分为：
轴向接触轴承----公称接触角为90的推力轴承：
推力角接触轴承----公称接触角大于45但小于90的推力轴承。
轴承按其滚动体的种类，分为：
1）球轴承----滚动体为球：
2）滚子轴承----滚动体为滚子。
滚子轴承按滚子种类，又分为：
圆柱滚子轴承----滚动体是圆柱滚子的轴承，圆柱滚子的长度与直径之比小于或等于3；滚针轴承----滚动体是滚针的轴承，滚针的长度与直径之比大于3，但直径小于或等于5mm;圆锥滚子轴承----滚动体是圆锥滚子的轴承;调心滚子轴承一一滚动体是球面滚子的轴承。
③
轴承按其工作时能否调心，分为：
1）调心轴承----滚道是球面形的,能适应两滚道轴心线间的角偏差及角运动的轴承。
2）非调心轴承（刚性轴承）----能阻抗滚道间轴心线角偏移的轴承。
轴承按滚动体的列数,分为：
1）单列轴承----具有一列滚动体的轴承。
2）双列轴承----具有两列滚动体的轴承。
3）多列轴承----具有多于两列滚动体的轴承,如三列、四列轴承。
轴承按其部件能否分离,分为：
1）可分离轴承----具有可分离部件的轴承；
2）不可分离轴承----轴承在最终配套后,套圈均不能任意自由分离的轴承。
轴承按其结构形状（如有无装填槽,有无内、外圈以及套圈的形状,挡边的结构,甚至有无保持架等）还可以分为多种结构类型。
2.按滚动轴承尺寸大小分类
轴承按其外径尺寸大小
（1）微型轴承----公称外径尺寸范围为26mm以下的轴承。
（2）小型轴承----公称外径尺寸范围为28-55mm的轴承。
（3）中小型轴承----公称外径尺寸范围为60-115mm的轴承。
（4）中大型轴承----公称外径尺寸范围为120-190mm的轴承。
（5）大型轴承----公称外径尺寸范围为200-430mm的轴承。
（6）特大型轴承----公称外径尺寸范围为440mm以上的轴承。
滚动轴承类型的选择
滚动轴承类型多种多样，选用时可考虑以下方面因素，从而进行选择。
a．载荷的大小、方向和性质
球轴承适于承受轻载荷，滚子轴承适于承受重载荷及冲击载荷。
当滚动轴承受纯轴向载荷时，一般选用推力轴承；当滚动轴承受纯径向载荷时，一般选用深沟球轴承或短圆柱滚子轴承；当滚动轴承受纯径向载荷的同时，还有不大的轴向载荷时，可选用深沟球轴承、角接触球轴承、圆锥滚子轴承及调心球或调心滚子轴承；当轴向载荷较大时，可选用接触角较大的角接触球轴承及圆锥滚子轴承，或者选用向心轴承和推力轴承组合在一起，这在极高轴向载荷或特别要求有较大轴向刚性时尤为适应宜。
b．允许转速
因轴承的类型不同有很大的差异。
一般情况下，摩擦小、发热量少的轴承，适于高转速。
设计时应力求滚动轴承在低于其极限转速的条件下工作。
c．刚性
轴承承受负荷时，轴承套圈和滚动体接触处就会产生弹性变形，变形量与载荷成比例，其比值决定轴承刚性的大小。
一般可通过轴承的预紧来提高轴承的刚性；此外，在轴承支承设计中，考虑轴承的组合和排列方式也可改善轴承的支承刚度。
d．调心性能和安装误差
轴承装入工作位置后，往往由于制造误差造成安装和定位不良。
此时常因轴产生捞度和热膨胀等原因，使轴承承受过大的载荷，引起早期的损坏。
自动调心轴承可自行克服由安装误差引起的缺陷，因而是适合此类用途的轴承。
e．安装和拆卸
圆锥滚子轴承、滚针轴承和圆锥滚子轴承等，属于内外圈可分离的轴承类型（即所谓分离型轴承），安装拆卸方便。
f．市场性
即使是列入产品目录的轴承，市场上不一定有销售；反之，未列入产品目录的轴承有的却大量生产。
因而，应清楚使用的轴承是否易购得。
滚动轴承的代号
滚动轴承代号是用字母加数字来表示轴承结构、尺寸、公差等级、技术性能等特征的产品符号。
国家标准GB/T272-93规定轴承的代号由三部分组成：
前置代号、基本代号、后置代号。
④基本代号是轴承代号的基础。
前置代号和后置代号都是轴承代号的补充，只有在遇到对轴承结构、形状、材料、公差等级、技术要求等有特殊要求时才使用，一般情况可部分或全部省略。
a．基本代号
基本代号表示轴承的基本类型、结构和尺寸。
它由轴承类型代号、尺寸系列代号、内径代号构成。
a1、轴承类型代号用数字或字母表示不同类型的轴承。
a2、尺寸系列代号由两位数字组成。
前一位数字代表宽度系列（向心轴承）或高度系列（推力轴承），后一位数字代表直径系列。
尺寸系列表示内径相同的轴承可具有不同的外径，而同样的外径又有不同的宽度（或高度），由此用以满足各种不同要求的承载能力。
a3、内径代号表示轴承公称内径的大小，用数字表示。
例：
轴承23224
2-类型代号，调心滚子轴承；32-尺寸系列代号；24-内径代号，d=120mm;
例：
轴承6208-2Z/P6
6-类型代号，深沟球轴承；2-尺寸系列代号；08-内径代号，d=40mm；
2Z-轴承两端面带防尘罩；P6-公差等级符合标准规定6级
轴承失效分析方法
在分析轴承失效的过程中，往往会碰到许多错综复杂的现象，各种实验结果可能是相互矛盾或者主次不清，这就需要经过反复实验、论证，以获得足够的证据或反证。
只有运用正确的分析方法、程序、步骤，才能找到引发失效的真正原因。
一般情况下轴承失效分析大体可分为以下三个步骤：
失效实物和背景资料的收集、对失效实物的宏观检查和微观分析。
1.失效实物和背景材料的收集
尽可能地收集到失效事物的各个零件和残片。
充分了解失效轴承的工作条件、使用过程和制造质量等。
具体内容包括：
（1）主机的载荷、转速、工作状况等轴承的设计工作条件。
（2）轴承及其相关部位其他零件的失效情况，轴承失效的类型。
（3）轴承的安装运转记录。
运转使用过程中有无不正常操作。
（4）轴承工作中所承受的实际载荷是否符合原设计。
（5）轴承工作的实际转速及不同转速出现的频率。
（6）失效时是否有温度的急剧增加或冒烟，是否有噪声及振动。
（7）工作环境中有无腐蚀性介质，轴承与轴颈间有无特殊的表面氧化色或其他沾污色。
（8）轴承的安装记录（包括安装前轴承尺寸公差的复验情况），轴承原始间隙、装配和对中情况，轴承座和机座刚性如何，安装是否有异常。
（9）轴承运转是否有热膨胀及动力传递变化。
（10）轴承的润滑情况，包括润滑剂的牌号、成分、颜色、粘度、杂质含量、过滤、更换及供给情况等，并收集其沉淀物。
（11）轴承的选材是否正确，用材质量是否符合有关标准或图样要求。
（12）轴承的制造工艺过程是否正常，表面是否有塑性变形，有没有表面磨削烧伤。
（13）失效轴承的修复和保养记录。
（14）同批或同类轴承的失效情况。
2.宏观检查
对失效轴承进行宏观检查（包括尺寸公差测量和表面状态检查分析），是失效分析最重要的环节。
⑤总体的外观检查，可了解轴承失效的概貌和损坏部位的特征，估计造成失效的起因，察看缺陷的大小、形状、部位、数量和特征，并截取适当部位做进一步的的微观检查和分析。
宏观检查的内容包括：
（1）外形和尺寸的变化情况（包括测振分析、动态函数分析和滚道圆度分析）。
（2）游隙的变化情况。
（3）是否有腐蚀现象，在什么部位，是什么类型的腐蚀，是否与失效直接有关。
（4）是否有裂纹，裂纹的形态和断口性质如何。
（5）磨损是什么类型的，对失效有多大作用。
（6）观察轴承各零件工作表面变色的情况和部位以确定其润滑情况和表面温度效应。
（7）对失效特征区主要观察有无异常磨损、外来颗粒嵌入、裂纹、擦伤和其他缺陷。
（8）冷酸洗法或热酸洗法检验轴承零件原始表面有无软点、脱碳层和烧伤，特别是表面磨削烧伤。
（9）用X射线应力测定仪器测量轴承工作前后的应力变化情况。
宏观检查的结果，有时可基本判断失效的形式和原因，但要进一步确定失效的性质，还必须取得更多的证据，做微观分析。
3.微观分析
失效轴承的微观分析包括光学金相分析、电子显微镜分析、探针和电子能谱分析等。
主要是根据失效特征区的微观组织结构变化和对疲劳源、裂纹源的分析为失效分析提供更充分的判据或反证。
微观分析中最常用、最普遍的方法是光学金相分析和对表面硬度检测。
分析的内容应包括：
（1）材料质量是否符合有关标准和设计要求。
（2）轴承零件的基本组织和热处理质量是否符合有关要求。
（3）表层组织是否存在脱碳层、托氏体和其他表面加工变质层。
（4）测量渗碳层等表面强化层和多层金属各层组织的深度，腐蚀坑或裂纹的形态与深度，并根据裂纹的形状和两侧组织特征确定裂纹产生的原因及性质。
（5）根据晶粒大小、组织变形、局部相变、重结晶、相聚集等判断变形程度、温升情况、材料种类及工艺过程等。
（6）测量基本硬度、硬度均匀性及失效特征区的硬度变化。
（7）断口观察与分析。
用扫描电子显微镜定性分析和测量观察断口。
（8）电子显微镜、探针和电子能谱在疲劳源和裂纹源分析中能测出断口的成分，发现断口的性质和断裂的原因。
滚动轴承故障的振动信号分析诊断方法
滚动轴承的监测诊断技术有很多种，如振动信号分析诊断、声发射诊断、油液分析诊断、光纤监测诊断等，它们各具特点，其中振动信号分析诊断技术应用最为广泛。
滚动轴承的振动信号分析故障诊断方法可分为简易诊断法和精密诊断法两种。
简易诊断的目的是初步判断被列为诊断对象的滚动轴承是否出现了故障；精密诊断的目的是要判断在简易诊断中被认为出现了故障的轴承的故障类别及原因。
1.滚动轴承故障的简易诊断法
在利用振动对滚动轴承进行简易诊断的过程中，通常是要测得的振值（峰值、有效值等）与预先给定的某种判定标准进行比较，根据实测的振值是否超出了标准给出的界限来判断轴承是否出现了故障，以决定是否需要进一步进行精密诊断。
因此，判定标准就显得十分重要。
用于滚动轴承简易诊断的判断标准可大致分为三种：
（1）绝对判定标准：
是用于判断实测振值是否超限的绝对量值。
（2）相对判定标准：
是对轴承的同一部位定期进行振动检测，并按时间先后进行比较，以轴承无故障的情况下的振值为标准，根据实测振值与该基准振值之比来进行诊断的标准。
（3）类比判定标准：
是岁若干同一型号的轴承在相同的条件下在同一部位进行振动检测，并将振值相互比较进行判断的标准。
绝对判定标准是在规定的检测方法的基础上制定的标准，因此必须注意其适用频率范围，并且必须按规定的方法进行振动检测。
适用于所有轴承的绝对判定标准是不存在的，因此一般都是兼用绝对判定标准、相对判定标准和类比判定标准，这样才能获得准确、可靠的诊断结果。
振动信号简易诊断法包括振幅值诊断法、波形因数诊断法、波峰因数诊断法、概率密度诊断法和峭度系数诊断法。
2.滚动轴承故障的精密诊断法
通过对滚动轴承实施简易诊断发现有故障后，应进一步对其进行精密诊断，即通过振动信号的频率分析，判断故障的类别和原因。
滚动轴承的振动频率成分十分丰富，既含有低频成分，又含有高频成分，而且每一种特定的故障都对应有特定的频率成分。
⑥精密诊断的任务，就是要通过适当的信号处理方法将特定的频率成分分离出来，从而指示特定故障的存在。
常用的精密诊断有下面几种。
（1）低频信号分析法：
低频信号是指频率低于8KHz的振动。
一般测量滚动轴承振动时都采用加速度传感器，但对低频信号都分析振动速度。
因此，加速度信号要经过电荷放大器后由积分器转换速度信号，然后再经过上限截止频率为8KHz的低通滤波器去除高频信号，最后对其进行频率成分分析，以找到信号的特征频率，进行诊断。
（2）中、高频信号解调分析法：
中频信号的频率范围为8KHz>20KHz，高频信号的频率范围为20KHz>80KHz。
由于对中、高频信号可直接分析加速度，传感器信号经过电荷放大器后，直接通过高通滤波器去除低频信号，然后对其进行解调，最后进行频率分析，以找出信号的特征频率。
参考文献：
①、参考与《机械设计基础第二册》。
②、参考与《机械设计基础》。
③、参考与《机械制图》。
④、参考与《机械设计基础第二册》。
⑤、参考与《简明机械零件设计第二版》。
⑥、参考与《机械传动装置设计手册》（下册）。
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