基于故障树的滑动轴承故障分析及维护方法.doc

滑动轴承的故障及维护方法分析
摘要：滑动轴承由于其本身所具有的的独特优点使其广泛应用在工作转速特高、特大冲击与振动或必须剖分安装以及须在水及腐蚀性介质中工作等重要场合，由于滑动轴承多应用于环境恶劣的场合以及使用滑动轴承的机器的重要性，决定了滑动轴承的故障诊断及维护方法的分析是十分重要的工作。本文采用基于故障树分析的方法详细分析了滑动轴承的常见故障及其相应的维护方法。
关键词：滑动轴承 故障树 故障诊断 维护方法
0引言
由于滑动轴承本身具有的一些独特优点，使得滑动轴承在某些不能、不便或使用滚动轴承没有优势的场合，如在工作转速特高、特大冲击与振动、径向空间尺寸受到限制或必须剖分安装（如曲轴的轴承）、以及需在水或腐蚀性介质中工作等场合，仍占有重要的地位。因此，滑动轴承在轧钢机、汽轮机、内燃机、铁路机车及车辆、金属切削机床、航空发动机附件、雷达、卫星通信地面站、天文望远镜以及各种仪表中应用颇为广泛。【1】 濮良贵，纪名刚. 机械设计【M】. 八版. 北京：高等教育出版社，2006.
首先，滑动轴承的工作环境相对于一般机械来讲是比较恶劣的，这就导致滑动轴承较易发生故障；其次，滑动轴承的工作场合相对来说是比较重要的（出现故障导致停机造成的损失相对较大），上述两个方面决定了滑动轴承的故障诊断与维护方法的分析是想当重要的工作。
1滑动轴承工作原理
滑动轴承（sliding bearing），即在滑动摩擦下工作的轴承。滑动轴承按其工作原理分类，可分为静压轴承与动压轴承两类。静压轴承是依靠润滑油在转子轴颈周围形成的静压力差与外载荷相平衡的原理进行工作的，轴无论旋转与否，轴颈始终浮在压力油中，工作时保证轴颈与轴承之间处于纯液体摩擦状态，这类轴承具有旋转精度高、摩擦阻力小、承载能力强并有良好的速度适应性和抗振性等特点。在动压轴承中，轴颈外圆与轴承之间有一定间隙（一般为轴颈直径的千分之几），间隙内充满润滑油。轴颈未旋转时，它就沉在轴承孔的底部，当转轴开始旋转时，轴颈依靠摩擦力的作用，在旋转相反方向上沿轴承内表面往上爬行。转速继续升高至一定程度，轴颈把具有粘性的润滑油带入轴颈与轴承的楔形间隙（油楔）中。在间隙内积聚的油层就是油膜，油膜压力把转子轴颈抬起，当油膜压力与外载荷相平衡时，轴颈就在轴承内不发生接触的情况下稳定地旋转，旋转时的轴心位置由于收敛形油楔的作用，略向一侧偏移，这就是动压轴承的工作原理。【2】 沈庆根，郑水英. 设备故障诊断【M】. 北京：化学工业出版社，2006.
这类轴承的优点是滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触，还可以大大减小摩擦损失和表面磨损，油膜还具有一定的吸振能力、与滚动轴承相比同等体积的载荷能力要大很多、振动和噪音小、对金属异物造成的影响较小，不易产生早起损坏。
2滑动轴承的装配原理
为了更形象的了解滑动轴承的工作原理，同时为了方便对滑动轴承的故障诊断和维护进行分析，这里将简单介绍滑动轴承的装配原理。下图（图1）是对开式径向滑动轴承的装配图（主视图）。

1-轴承座；2-下轴瓦；3-轴承盖；4-上轴瓦；5-轴瓦固定套；6-油杯
图1—对开式径向滑动轴承
轴承盖和轴承座的剖分面常做成阶梯形，以便对中和防止横向错动。剖分式轴瓦由上、下两半组成，通常是下轴瓦承受载荷，上轴瓦不承受载荷。在轴瓦内壁不承受载荷的表面上开设油槽，润滑油通过油孔和油槽流进轴承间隙。这种轴承装拆方便，并且轴瓦磨损后可以用减少剖分面处的垫片厚度来调整轴承间隙（调整后应修刮轴瓦内孔）。【3】 李国华，张永忠. 机械故障诊断【M】. 北京：化学工业出版社，2004.
为了更形象的表示滑动轴承的结构，绘制三维简图如下：

图2-对开式径向滑动轴承（三维简图）
为了改善轴瓦表面的摩擦性质，常在其内径面上浇铸一层或两层减摩材料，通常称为轴承衬，所以轴瓦又有双金属轴瓦和三金属轴瓦。轴瓦或轴承衬是滑动轴承的重要零件，轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。由于轴瓦或轴承衬与轴颈直接接触，一般轴颈部分比较耐磨。
3滑动轴承故障分析及相应的维护措施
绘制滑动轴承的故障树如下图所示：
滑动轴承失效
Ⅰ
Ⅱ
ⅢⅢ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅶ
Ⅷ
或
1
2
或
1
2
3
4
5
或
1
2
3
或
1
2
或
1
2
或
1
2
3
4
或

图-3 滑动轴承失效的故障树

Ⅰ-巴氏合金松脱：1-浇注前基体金属清洗不够；2-材料镀锡，浇注温度不够。
Ⅱ-轴承异常磨损、刮伤、拉毛：1-轴承装配缺陷；2-轴承加工误差；3-转子发生大振动；4-轴承设计误差；5-供油系统出现问题。
Ⅲ-轴承疲劳：1-轴承过载，使承载区的油膜破裂，局部地区产生应力集中或局部接触形成的裂纹，裂纹扩展后即产生疲劳破坏；2-轴瓦松动，轴承间隙过大、过小以及机器振动，在轴承上产生交变载荷；3-轴承工作时的摩擦和咬粘，在轴瓦表面某些区域产生高温，局部高温在材料中形成热应力和热裂纹，热裂纹扩展产生疲劳剥落。【4】 沈庆根，郑水英. 设备故障诊断【M】. 北京：化学工业出版社，2006.

Ⅳ-轴承腐蚀：1-润滑剂的化学作用，在工作条件下生成氧化膜和反应物，使润滑剂很快“老化”，丧失润滑能力；2-工作时发生气蚀、高温的情况，发生表面层腐蚀。
Ⅴ-轴承气蚀：1-工作时轴颈涡动幅度增大，涡动速度又高；2-高速轴承在油孔、油槽以及轴承剖分面的结合处，油流发生强烈的涡流或断流。
Ⅵ-轴承壳体配合松动。
Ⅶ-轴承间隙不适当。
Ⅷ-轴承温度过高：1-轴承间隙太小；2-轴承载荷过高；3-油冷却器故障，进油温度升高；4-轴承形状或轴承配合不符合要求。
以上就是滑动轴承故障树及其相应的分析，下面根据滑动轴承常见的故障提出相应的具体维护方法：
Ⅰ-巴氏合金松脱：浇注前将基体金属清洗干净并使之干燥，然后再浇注巴氏合金，浇注的同时要保证浇注温度达到要求。
Ⅱ-轴承异常磨损、刮伤、拉毛：在滑动轴承的设计、加工、装配各个阶段都要严格按照程序来执行，每一阶段结束都要检查阶段工作是否合格，然后进入下一阶段，定期检查滑动轴承的工作情况和供油系统，确保滑动轴承工作环境良好，从而保证滑动轴承的正常运转。
Ⅲ-轴承疲劳：防止轴承疲劳的措施如下：1-轴承比压应在合适的范围内；2-轴承间隙应控制在设计范围内；3-采用较薄的巴氏合金（厚度在1-1.5mm左右）和抗疲劳性好的瓦块；4-控制轴瓦的温度。【5】 陈欣. 轧钢机械设备轴瓦的检修与维护【J】. 产业与科技论坛，2011.10

Ⅳ-轴承腐蚀：在轴承合金中添加锡和锑的成分，这样可以大大提高滑动轴承耐腐蚀性能；提高轴承的表面光洁度。
Ⅴ-轴承气蚀：减缓气蚀的方法有：减小油的扰动，增加油的粘度，加大供油能力等措施。
Ⅵ-轴承壳体配合松动：为了消除轴承松动现象，轴承装配时应使轴 承套和轴承盖之间保持0-30um的过盈配合量。
Ⅶ-轴承间隙不适当：轴承间隙应控制在设计值或推荐值的范围内， 不能太小，也不能太大。
Ⅷ-轴承温度过高：机器运行过程中如发现轴承温度多高，必须密切监视，查明原因，及时处理。
下图所示的是滑动轴承故障原因的平均比率：
表1 滑动轴承故障原因的平均比率【6】

故障原因
不干净
润滑油不足
安装误差
对中不良
超载
比率/%
38.3
11.1
15.9
8.1
6.0
故障原因
腐蚀
制造精度低
气蚀
其它

比率/%
5.6
5.5
2.8
6.7

由上表可知，做好滑动轴承的清洁工作是十分重要的，不论是在安装之前的制造环节还是在安装环节以及滑动轴承运行的时候，都要注意滑动轴承的清洁保养工作，防止灰尘或者其它杂物进入滑动轴承运行部件中或者润滑油中，从而引起故障。同时应保证安装的准确性以及连续充分的供给清洁干净的润滑油。
首先，在维修和装配时要严格按照工艺规范操作，防止因装入方法不当而造成安装不正以及轴承螺栓的扭矩不均或不符合规定，从而产生弯曲变形和应力集中，导致轴承早期损坏。合理地选用和加注润滑油，在选用和使用润滑油时，要采用油膜表面张力小的润滑油，在形成的气泡溃灭时，油流的冲击作用相应减小，可有效地预防轴承穴蚀。润滑油的粘度等级不可随意增加，以免增加轴承的焦化倾向。润滑油油量必须在标准范围内，润滑油和加油用工具必须清洁，加注润滑油的场所应无污染、无风沙，防止一切污染物的侵入。同时，采取密封措施，注意定期检查和更换润滑油。不同品质、不同粘度等级及不同使用类型的润滑油禁止混用，润滑油加注前的沉淀时间一般不应小于 48h。【7】 张凯，郝静，李曼江. 滑动轴承在农业机械中的使用与维护【J】. 农机化研究，2007.11

4结语
滑动轴承是一个重要部件，其使用及维护的合理与否，将直接影响到其性能的发挥，对各个应用滑动轴承的机械的正常作业起着至关重要的作用。因此，应从滑动轴承的选用、安装和润滑等各个环节严格把关，延长其使用寿命，确保设备正常运转。

参考文献