軸承振動分析、故障診斷、失效分析都是什麼?

2021-01-15 軸承問題終結者


     說到振動分析與軸承失效分析很多人都比較熟悉，也有很多人都在做所謂的故障分析。


     這三個東西聽起來都是針對某些問題找原因的過程，有振動監測的人說是通過振動分析做故障診斷；有看了壞軸承之後不用機器手段試圖尋找問題的人也說在做故障診斷。


     那麼，到底他們做的是什麼？到底他們之間的關係是什麼？是可以相互取代的麼？什麼時候用什麼方式去解決問題呢？今天我們說說這個很多人都熟悉，很多人有模模糊糊的事兒。


     本篇文章比較學術，比較認真，比較晦澀，但是對工程師保持頭腦清楚十分重要。

     機械故障診斷是識別機器或者機組運行狀態，並研究機器或者機組運行狀態在診斷信息中的反應的科學。不難看出，故障診斷主要是研究機械狀態，並將其狀態異常與診斷進行對應的過程。


     在這個定義裡，對機械設備的狀態識別是這門學科研究的一個重要基礎，沒有設備狀態的描述，無從談起診斷。


     然而對於機械設備狀態的識別包含很多信息和很多方法。對於電機軸承而言，包括軸承的振動、溫度、噪音等很多內容。

     這樣看來，電機軸承的振動監測和振動分析是描述電機軸承與運行狀態的一個維度的指標。這個手段是對軸承運行狀態的識別，同時通過對軸承運行狀態的異常對應出可能存在的故障就是我們說電機軸承振動分析的一個重要概念。


     因此我們可以得出結論，電機軸承振動分析是電機軸承故障診斷的一個手段、側面，或者說是一個方法。相類似的方法還有電機軸承的溫度分析，電機軸承的噪音分析。甚至若干年前還有一些工程師通過電機電流的波動來研究電機的軸承問題。



     機械設備的故障和失效是兩個極為相似的概念。設備的故障是指設備在應達到的功能上喪失能力。失效是指設備上市了預定期限內的正常功能。一般而言故障是可以通過一定的手段恢復和排除的；而失效則是在一定時間內不可排除。


     比如，電機軸承故障，是可以通過一系列方法排除的。例如更換軸承等。


     但是對於軸承失效，通常是軸承已經損壞，並且無法進行恢復的。對於一些大型軸承有修復的可能性，但是修復之後其性能也會發生變化。



     上面講到了，軸承振動分析屬於故障診斷的一個分支。而軸承故障分析和軸承失效分析存在一定差異。用一個簡單的方法理解，當軸承在運行的時候，軸承狀態的監測扮演著「故障診斷」的角色，此時使用的方法是軸承振動分析。此時軸承不一定壞了。但是軸承一旦損壞，我們說軸承失效了，那麼打開軸承進行分析的過程就是軸承的失效分析。


     從時間先後順序上說，軸承的故障診斷和軸承的失效分析有一個先後的順序。應該是先進性軸承的振動分析，然後才能進行軸承的失效分析。


     熟悉軸承振動分析的工程師都知道，對軸承作出「外圈損傷」、「內圈損傷」、「滾動體損傷」之後，振動分析就不能進一步拿出結論來解釋為什麼軸承出現了這種損傷。


     換言之，對於一個已經損傷的軸承進行失效分析的時候，軸承的振動監測只能提示出「哪裡」，起到一個定位的作用，但是不能界定責任。並且如果軸承失效比較嚴重，很多振動混雜一起，振動的頻域分析也無法進一步確定到底是哪一個零部件出現了問題。


     這個時候，尋找軸承失效的原因就需要通過「失效分析」的手段進行分析判斷，找出導致這種失效的可能原因，所以軸承失效分析是一個「定責」的過程。英文裡我們稱軸承失效分析為root cause failure analysis（RCFA）。


     相應的，當軸承還沒有損壞，工程師不可能通過失效分析的方法判斷軸承運行狀態的好壞。因為這樣做需要拆解設備，甚至拆解軸承。而很多軸承一旦拆解並無法復原。此時使用失效分析技術是不恰當的。


     日常工作中遇到很多工程師將上述概念混淆。更有很多人幾乎號稱「振動監測」無所不能。事實絕非如此。每一個學科都有自己的邊界，都有自己的應用領域，相互承接相互配合是一個科學的態度。


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