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摘要铁路是国民经济的大动脉，它担负着全国大部分的运输任务，而机车车辆是完成这些任务的运载工具。轴承的工作状况是影响铁路运输安全的重要因素之一。机车车辆轴承是铁路机车车辆上最容易危及行车安全的易损件。因此，开展机车车辆轴承故障诊断与预报的研究，对避免重大事故、变革维修体制和促进经济发展等都具有重要的现实意义。完整的滚动轴承故障诊断过程包含信号测取、特征抽取、故障诊断三部分。本文简要介绍了滚动轴承的结构、故障形式及其成因、故障特征频率等。详细研究了故障诊断领域比较活跃的理论与方法，利用噪声法采集滚动轴承的故障信号，并搭建了现场实验台进行信号采集，同时基于DSP的高速实时性，既能快速处理大批量数据，又能对信号进行实时处理。通过信号处理算法的实时DSP实现，在理论方法研究的基础上，对车辆轴承的故障信号进行处理分析和比较，并对结果进行分析以及滚动轴承故障特征频率的计算。关键字：车辆滚动轴承；故障诊断；改进设计目录摘要................................................................1第1章绪论..........................................................31.1车辆滚动轴承故障诊断研究的目的及意义.......................31.2国内外轴承故障诊断分析技术研究现状.........................31.3车辆滚动轴承故障诊断的内容.................................4第2章车辆滚动轴承故障特征分析......................................62.1滚动轴承的类型与代号........................................62.2铁路车辆用滚动轴承的精度等级................................72.3铁路车辆用滚动轴承构造及特点................................72.3.1圆柱滚子轴承..........................................72.3.2无轴箱密封式双列双内圈圆锥滚子轴承....................82.4滚动轴承失效的基本形式.....................................11第3章滚动轴承的检修...............................................133.1滚动轴承的技术要求.........................................133.1.1轴承拆卸的技术要求...................................133.1.2辅承径向游隙.........................................133.1.4滚动轴承的检查、清洗和润滑...........................13第4章车辆滚动轴承检修的优化方案...................................154.1员工素质提升...............................................154.2检修方案改进...............................................15参考文献...........................................................16致谢...............................................................17第1章绪论1.1车辆滚动轴承故障诊断研究的目的及意义铁路是国民经济的大动脉，它担负着全国大部分运输任务，而机车车辆是完成这些任务的运载工具，其运行安全性历来受到人们的重视。状态监测与故障诊断技术则是保障列车安全的一种基本手段，是铁路安全保障体系中的重要内容和环节。诊断技术在机车车辆中的应用，是现代化运输生产发展的需要，也是科技进步的结果，它可以用来保障机车车辆的安全性和可靠性，从而提高利用率，降低维修费用。自20世纪90年代中期，我国交通运输的市场竞争日益加剧，铁路系统实施了一系列提速工程，全面启动了高速铁路研究开发计划。2000年以后，中国铁路进入了一个以高速、提速、重载、安全和信息化并重的新时期，开发生产了多种重载、快速和高速机车、车辆及动车组。随着速度、负荷的不断提高，列车的运行环境发生了变化，于是大量的新技术、新材料在新车型中得到了应用，以适应这种环境变化，这又使得机车车辆本身复杂化。因此对机车车辆的可靠性和安全性提出了更高的要求，安全保障技术成为了非常重要的课题。为满足日益加快的国民经济发展的需要，我国铁路的改革和发展正通过改良运输设备、完善技术措施、提高管理水平等向着高速重载的现代化方向发展。滚动轴承是铁路机车车辆上最容易危及行车安全的易损件，铁路车辆轴承是工作在高转速重载荷下的轴承，由于工作面（流动体与内、外圈之间）的接触应力反复作用，极易引起疲劳、裂纹、剥蚀、压痕以致断裂胶着、烧伤等现象。轴承故障可引发多种重大事故，造成人员和财产的重大损失。随着全路提速的进行，列车速度的提高和站停缩短，给列车的安全运行增加了压力。尽管在故障诊断技术中，轴承诊断的研究相对开展得比较早，各种类型的轴承诊断仪器也在很多铁路企业得到了应用，但智能化程度还比较低，诊断的准确性和可靠性仍有待进一步提高。开展车辆轴承故障诊断与预报的研究，对避免重大事故变革维修体制和促进经济发展等都具有重要的现实意义。为了彻底排除因滚动轴承故障引起的行车事故，需要两个方面进行保证：一方面是对运行的车辆进行动态监测，及时发现运行车辆的安全隐患；另一方面，在对车辆进行定期检修时，发现故障轴承使其不再投入运行。滚动轴承故障的准确诊断可以减少或杜绝事故的发生，最大限度地发挥轴承的工作潜力，节约开支，具有重大意义。因此，对滚动轴承的故障诊断和预测已经成为各国研究的热点。本课题的研究目的就是要及时可靠地对故障轴承进行信号采集检测，利用已有的故障信号分析和处理技术进行故障的分析，判断出轴承的好坏，并予以安排检修，以便及时更换部件，避免重大的事故发生。1.2国内外轴承故障诊断分析技术研究现状早期人们对滚动轴承的故障诊断是依靠听觉来加以判断，虽然熟练的技术员工能觉察到轴承发生的疲劳剥落与损伤部位，但受主观因素的影响较大。自从20世纪70年代来，工况监测与故障诊断技术不断吸收现代IT技术发展的新成果，己发展成为集数学、物理、力学、化学、现代电子技术、自动控制理论、计算机技术、信息理论与技术、人工智能等各种现代科技于一体的新兴交叉学科，该学科的主要研究内容包括故障机理、故障信息处理技术、故障诊断方法研究和监测诊断系统的开发等。滚动轴承的故障诊断在几十年的发展时间里，各种理论和方法不断产生、发展和完善，应用的领域不断扩大，诊断的有效性和准确性不断提高。总的来说，滚动轴承故障诊断的发展经历了以下几个阶段。第一阶段：利用通用的频谱分析仪诊断轴承故障。20世纪60年代中期，由于快速傅里叶变换（FFT）技术的出现和发展，振动信号的频谱分析得到了很大的发展。人们根据对滚动轴承元件有损伤时产生的振动信号特征频率的计算和采用频谱分析仪实际分析得到的结果进行比较来判断滚动轴承是否有故障。第二阶段：利用冲击脉冲技术诊断轴承故障。在60年代末期，首先由瑞典SPM仪器公司开发出冲击脉冲计，根据冲击脉冲的最大幅值来诊断轴承故障。这种方法能比较有效的检测到轴承的早期损伤类故障。第三阶段：利用共振解调技术诊断轴承故障。1974年，美国波音公司发明了一项叫做“共振解调分析系统”的专利。共振解调技术与冲击脉冲技术相比，对轴承早期损伤类故障更有效。共振解调技术不但能诊断出轴承是否有故障，而且可以判断出故障发生在哪个轴承元件上以及故障发生的大致严重程度。第四阶段：开发以微机为中心的滚动轴承监视与故障诊断系统。20世纪90年代以来，随着微机技术迅猛发展，开发以微机为中心的滚动轴承故障诊断系统引起了国内外研究者的重视。微机信号分析和故障诊断系统不但具有灵活性高，适应性强，易于维护和升级的特点，而且易于推广和应用。我国的诊断技术起步较晚，但发展迅速，机车轮对轴承的诊断一直受到铁道部、车辆段的重视。国内有很多高等院校、研究所和工厂对机车轮对轴承的检测和诊断作了大量的研究和开发。诊断工作主要立足于以机务段、车辆段的现场条件及现场需要为根本；研制仪器以便携为主，检测工作不对机车或车辆附加条件，包括安装、测试工况等；并以地面检测为主，随车运行检测为辅，对轴承的故障进行振动诊断；诊断工作与培训现场人员同时进行。因此要保证机车的安全性，还应继续加强机车故障诊断技术的开发和应用。许多设备已在许多相关部门得到使用，并取得了较满意的结果。虽然这些技术方法能够解决一定的问题，但是普遍存在以下几个问题：故障识别率低，存在较严重的故障漏检，对操作人员的要求较高，使用不便。因此机车轮对轴承的故障诊断，无论从故障信号的测取方法、故障诊断的正确率和故障诊断的方便性都需要做深一步的探讨。于是故障诊断研究迫在眉睫。1.3车辆滚动轴承故障诊断的内容滚动轴承故障诊断的目的是保证轴承在一定的工作环境（承受一定的载荷，以一定的转速运转等）下和一定的工作期间（一定的寿命）内可靠有效地运行，以保证整个机器的工作精度。与此目的相适应，轴承故障诊断就是要通过对能够反映轴承工作状态的信号的观测、分析与处理来识别轴承的状态。所以，从一定程度上说，轴承故障诊断就是轴承的状态识别。一个完整的轴承故障诊断系统应包括以下五个环节：（1）信号测取根据轴承的工作环境和性质，选择并测量能够反映轴承工作情况或状态的信号；（2）特征提取从测量的信号中以一定的信号分析与处理方法抽取出能够反映轴承状态的有用信息；（3）状态识别根据征兆，以一定的状态识别方法识别轴承的状态，即简单判断轴承工作是否正常或有无故障；（4）诊断分析根据征兆，进一步分析有关状态的情况及其发展趋势，当轴承有故障时，详细分析故障的类型、性质、部位、产生原因及趋势等；（5）决策干预根据状态及发展趋势，做出决策，如调整、维修或监视等。第2章车辆滚动轴承故障特征分析滚动轴承是机械系统中重要的支撑部件，其性能与工况的好坏直接影响到与之相连的转轴以及安装在转轴上的齿轮乃至整个机器设备的性能。据统计在使用轴承的旋转机械中大约有30%的故障都是由于轴承引起的，因此，开展对轴承的故障诊断很有现实意义。滚动轴承在使用过程中常常由于疲劳、磨损、变形过大、腐蚀、断裂、胶合等各种原因造成机器性能异常，以至无法工作。这些故障形式各种各样，但大体上可区分为疲劳剥落损伤、磨损、胶合等有代表性的三种类型。其中疲劳剥落损伤包括剥落、裂纹、压痕等滚动面发生局部损伤的异常状态，是滚动轴承故障中最常见的一种。滚动轴承由于损伤而产生故障后，在工作过程中可能反映在温升、噪声、振动等各个方面。从理论上讲，以上几个方面的症兆都可以作为滚动轴承故障的诊断依据。本文采集的滚动轴承故障信号就是噪声信号。车辆轴承噪声信号中带有大量设备运动状态的信息，通过对噪声信号进行分析，可以了解设备运行状态。2.1滚动轴承的类型与代号客车用滚动轴承采用圆柱滚子轴承，其代号有42724OT、427260T、152724QT、15272600四种，其中427240T、152724QT两种联合使用，用于RC,、RC，型车轴，前者装于轴颈内侧，后8装于轴颈外侧，42726QT、152726QT两种联合使用，用于RD，、RD，型车轴，前者装于轴颈内侧后者装于轴颈外侧，代号的意义分别为：4：表示内圈带固定单挡边。15：表示内圈带活动平挡圈。2：表示轴承类型为国柱滚子轴承。7：表示轴承外径尺寸为非标准系列。24(26)：表示轴承内径。24×5=12