[發明專利]軸承監控方法和系統

在審

• 申請號: 201380025037.3
• 申請日: 2013-03-27
• 公開（公告）號: CN104285138A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: K.漢密爾頓;B.默里
• 申請（專利權）人: SKF公司
• 主分類號: G01M13/04
• 分類號: G01M13/04;F16C41/00;G05B23/02;G07C3/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 郝娟君

技術領域

本發明涉及用于預測滾動元件軸承的剩余壽命、即用于預測其何時必需或期望維修、替換或翻新(重新制造)滾動元件軸承的方法、系統和計算機程序產品。

背景技術

滾動元件軸承經常用在關鍵性的應用中，它們在使用中的故障會對于最終用戶造成重大的商業損失。因此，能夠預測軸承的剩余壽命是很重要的，從而計劃干預、在某種程度上避免使用中的故障，同時使得出問題的機械停止工作以替換軸承所帶來的損失最小化。

滾動元件軸承的剩余壽命通常由運作使用中的交變應力造成的運作表面的疲勞決定。滾動元件軸承的疲勞失效由滾動元件表面和相應的軸承座圈表面的累計的剝落或點蝕引起。剝落和點蝕可導致一個或更多個滾動元件的咬死，這會依次產生過多的熱量、壓力和摩擦。

按照與它們所應用到的應用中的預期工作類型一致的計算出或預測出的剩余平均壽命，軸承被選擇用于特殊的應用。軸承剩余壽命長度可以通過考慮速度、載荷、潤滑條件等標稱運行條件預測出。例如，所謂的“L-10壽命”是平均壽命時長，在這段時長內至少90％的特定組的軸承在特定載荷條件下仍將工作。但是，由于若干原因，這種壽命預測對于維護計劃來說被認為是不足的。

一個原因在于實際運作條件可能與標稱條件完全不同。另一個原因在于，軸承的剩余壽命可能在根本上被短期事件或未計劃事件、例如過載、潤滑失效、安裝誤差等危及。而另一個原因在于，即使在使用中精確復制了標稱運作條件，疲勞過程固有的隨機特性也會在大致上相同的軸承的實際剩余壽命方面引起的大的統計學變化。

為了改進維護計劃，常見做法是監控與運作使用中軸承所受到的振動和溫度相關的物理量的值，從而能夠檢測即將發生的失效的最初跡象。這種監控通常被稱作“狀態監控”。

狀態監控帶來多方面的益處。第一個益處是用戶以受控的方式被警告軸承狀態上的惡化，由此使得商業影響最小化。第二個益處是狀態監控幫助識別不好的安裝或不好的操作實踐，例如未對準、不平衡、高振動等，如果不做校正將減少軸承的剩余壽命。

歐洲專利申請公開EP?1164550描述了狀態監控系統的實例，該系統用于監控情況，例如在機器部件、例如軸承中是否存在反常。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于預測滾動元件軸承剩余壽命的改進的方法。

該目的通過一種包括以下步驟的方法實現：測量接觸力和/或由所述滾動元件軸承的滾動接觸所發出的高頻率應力波(即，20kHz-3Mz，優選地100-500kHz或更高)，將測量數據記錄為已記錄的數據，以及使用所述已記錄的數據和國際標準化組織(ISO)滾動元件軸承壽命模型預測所述滾動元件軸承的剩余壽命，其中，載荷從接觸力的測量值確定和/或潤滑質量從滾動接觸所發出的高頻率應力波來確定，而不是通過ISO滾動元件軸承壽命模型。

剩余壽命預測因此是使用測量的負載而不是ISO滾動元件軸承壽命模型的假設的或者預測的負載和/或測量的潤滑質量而不是ISO滾動元件軸承壽命模型的假設的或者預測的潤滑質量，以及期待將來的運行條件來預測失效的可能性。

高頻率應力波伴隨著少量材料在非常短時期內的突然移位。當發生碰撞、疲勞裂紋、擦傷或磨損時，可在軸承中產生高頻率應力波。應力波的頻率取決于源頭的種類和材料特性。絕對運動傳感器，例如加速計、聲發射傳感器或超聲波傳感器，可以被用來檢測這樣的高頻率應力波并且由此提供重要的信息，協助故障檢測和嚴重性估計。由于高應力波包的離散和衰減，理想的是將傳感器盡量地靠近起始點放置。因此，傳感器可放在靠近軸承殼體的附近或是放在軸承殼體上，優選地放在負載區域。

此外，潤滑油膜可能受到過量載荷、潤滑劑的低粘度或潤滑劑被微粒材料污染、或者缺乏潤滑劑的危害。如果潤滑油膜這樣受到危害，高頻率波將通過軸承的滾動接觸發出。因此，在潤滑油膜不起作用的情況下，通過檢測傳播通過軸承環和周圍結構的高頻率應力波，可以評估出潤滑油膜的狀態。這樣，根據本發明所述的系統允許使用表示潤滑劑質量的測量值作出剩余壽命預測，而不是使用假設或預測的潤滑劑質量值。

根據本發明的實施方式，所述ISO滾動元件軸承壽命模型是ISO281滾動元件軸承壽命模型，例如ISO281:2007。

ISO281:2007詳細說明了計算在有關ISO出版物上所示的大小范圍內的滾動元件軸承的基本額定動載荷的方法，所述滾動元件軸承由按照良好制造做法的并且基本上在滾動接觸表面的形狀方面具有傳統設計的當代的、常用的、高質量的硬化滾動元件軸承鋼制造。