技術領域

本發明涉及用于預測軸承的剩余壽命、即用于預測其何時必需或期望維修、替換或翻新(重新制造)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：測量導致通過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)的事件的出現頻率，將所述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數學的剩余壽命預測模型預測所述軸承的剩余壽命，其中，累積的疲勞損壞從導致通過所述軸承的滾動接觸所發出的高頻率應力波的事件出現頻率的測量值來確定。因此，所發出的高頻率應力波的周期性或重復的模式被監控，從而能夠確定累積的疲勞損壞。也就是說，高頻率應力波可以受到監控，以觀察它們是否周期性地發生并且來源于軸承同一位置，或者它們是否是在時間或位置方面隨機地布置從而指示它們并不來源于軸承同一位置。

當滾動元件軸承在一段長時間內被使用，疲勞被累積在其滾道區域中。疲勞導致在滾道區域中的損壞，例如剝落。使用ISO?281中提供的、基于Lundberg和Palmgren的疲勞理論的剩余壽命評估公式可估算滾動軸承的標稱剩余壽命。從該公式得到的計算值對于成組的軸承有效并且是設計階段中的重要標準。但是，當該公式應用于單個軸承評估時，由于軸承運作狀態影響，從ISO?281滾動元件軸承壽命模型得到的剩余壽命計算值可能是錯的。也就是，在有利的運作狀態下，現代的、高質量的軸承可超過剩余壽命計算值相當大的余量。

在根據本發明所述的方法中，使用指示疲勞損壞的測量值而不是ISO?281的假設或預測的累積疲勞損壞值、以及預期的未來操作狀況來進行剩余壽命預測，從而預測故障的可能性。因此，可以實現比通過ISO281計算更加準確的剩余壽命預測。

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位置或是放在軸承殼體上，優選地放在負載區域。