2.3  風(fēng)機軸承的故障機理及發(fā)展歷程
由于風(fēng)機工作在變負載、變風(fēng)速的工況下，加之可能的極端惡劣天氣如雷雨、臺風(fēng)、冰雹等，軸承作為風(fēng)機重要的傳動部件承受著交變沖擊載荷，可能會出現(xiàn)多種損壞形式，如疲勞點蝕、磨損、膠合失效和斷裂等。軸承起初的故障是從局部點蝕開始的，滾動軸承與它所接觸的部件的周期性沖擊力就會造成點蝕，這種周期性沖擊而產(chǎn)生的頻率叫做通過頻率，由設(shè)備旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速、軸承尺寸參數(shù)等因素決定。通常軸承的通過頻率比較低，在幾十赫茲到幾百赫茲之間，而軸承正常工作時也會因為復(fù)雜的振動和噪聲產(chǎn)生高頻固有振動，這樣軸承元件的固有振動頻率和幅值受到?jīng)_擊振動的調(diào)制，得到了多分量的調(diào)幅調(diào)頻信號，調(diào)制信號的頻率與軸承損傷位置有關(guān)。
一般軸承故障的發(fā)展是從輕微的麻點損傷到最后發(fā)生嚴重破壞直至設(shè)備嚴重損壞，在此過程中，軸承的運行狀態(tài)可以從振動、包絡(luò)譜、加速度譜等得到反映，
具體過程如表 2-1 所示。
2.4  風(fēng)機軸承的故障特征分析
如前文所述，軸承在風(fēng)電機組中分布廣泛，且不同位置、不同類型軸承發(fā)生故障的機理也各不相同。本文主要以發(fā)電機軸承和齒輪箱軸承為研究對象，其軸承類型主要為滾動軸承。以下重點闡述滾動軸承的故障特征及故障形式特點。
2.4.1  滾動軸承的基本參數(shù)及故障特征頻率
本文以電機軸承和齒輪箱軸承為主要研究對象，其軸承類型主要為滾動軸承。
滾動軸承包括外圈、內(nèi)圈、滾動體、保持架，滾動軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)如圖 2-3 所示，假設(shè)軸承外圈靜止，內(nèi)環(huán)滾動，滾道面與滾動體之間無相對滑動，軸承各零件均為剛體，承受徑向載荷和軸向載荷各部分均無變形。根據(jù)軸承的幾何尺寸與轉(zhuǎn)速可以計算得到軸承對應(yīng)位置的故障特征頻率.
 2.4.2  滾動軸承的失效形式
引起滾動軸承失效的原因多種多樣，如安裝不當、軸承選用不正確、不對中、潤滑不足、密封失效以及制造缺陷或者使用過長造成疲勞等，致使設(shè)備不能正常工作。因此，了解軸承的主要失效形式及其造成軸承失效的原因，對于滾動軸承的狀態(tài)監(jiān)測具有指導(dǎo)意義。
     1.  疲勞剝落   滾動軸承在運轉(zhuǎn)過程中，滾道接觸表面承載交變載荷過大，會產(chǎn)生疲勞點蝕，隨著滾動體的不斷滾動、擠壓，點蝕不斷擴展使軸承金屬表層成片狀剝落，這種現(xiàn)象就是疲勞剝落，它是滾動軸承失效的主要原因，當滾動軸承出現(xiàn)疲勞剝落時，會使振動加劇，噪聲增大。
2.  膠合   當軸承潤滑不良，軸向載荷過大時會造成軸承局部溫度過高導(dǎo)致金屬表面燒傷，使一個表面上的金屬黏貼到另一個表面上，可能會使?jié)L道面和滾動體表面出現(xiàn)膠合，致使零件表面出現(xiàn)撕裂，使?jié)L動軸承失效。
     3.  磨損   密封不良導(dǎo)致的異物(風(fēng)沙、小石子等)落入軸承內(nèi)部空間再加上潤滑不良，是導(dǎo)致磨損的直接原因，此外，對中不良、裝配不當也會產(chǎn)生磨損，配合面上出現(xiàn)磨損粉末小顆粒的局部磨損以及滾動體面、滾道面、保持架等磨損。隨著滾動軸承磨損程度的逐漸加深，其運轉(zhuǎn)精度也慢慢降低。
     4.  壓痕   當滾動軸承靜載荷過大或沖擊載荷過大時，會在軸承內(nèi)部接觸表面產(chǎn)生塑性變形，這時滾道面上會有按滾動體間距分布的壓痕，滾動體上也會有壓痕。另外當滾動軸承裝配方式不正確、滾道承載不均勻也會造成壓痕現(xiàn)象。出現(xiàn)壓痕后，軸承運轉(zhuǎn)會出現(xiàn)強烈振動和大量噪聲，使軸承使用壽命快速下降。
     5.  腐蝕   由于大氣中凝結(jié)的水分、具有腐蝕性的介質(zhì)侵入軸承內(nèi)部，會在軸承表面產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。另外，當電流通過軸承時會產(chǎn)生電火花熔融，軸承金屬表面在電流、化學(xué)和機械作用下而產(chǎn)生損傷，使軸承喪失精度導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)問題。
     6.  斷裂   當軸承沖擊載荷太大、轉(zhuǎn)速太快、膠合現(xiàn)象繼續(xù)發(fā)展時就有可能造成軸承外圈、內(nèi)圈、滾動體表面出現(xiàn)裂紋或斷裂，使軸承直接失效。另外，裝配不當、熱處理不當、異常載荷也會導(dǎo)致裂紋或斷裂。
2.5  本章小結(jié)
本章介紹了風(fēng)力發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)及主傳動系統(tǒng)構(gòu)成，詳細介紹了風(fēng)機傳動系統(tǒng)滾動軸承的運行特點，闡述了用于風(fēng)機發(fā)電機和齒輪箱中的滾動軸承的故障機理、故障形式及故障特征，為后文對風(fēng)機軸承進行有效的特征提取及狀態(tài)識別提供了理論基礎(chǔ)。

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