前言

从设备故障谈起

电机是工业生产中的重要动力设备，轴承是电机中最易出现问题的关键零部件之一。因此电机轴承的故障诊断是电机运维工作中的一个主要工作内容。讨论电机轴承故障诊断与分析不妨从故障诊断与分析的上一级——设备说起。

一、设备设计与开发过程中的故障诊断与分析

从设备的整个生命周期角度来看，设备的故障诊断不仅仅出现在使用过程中。在设备被生产制造完成之后就已经开始对设备的一些情况进行广义上的故障诊断。这是因为，几乎没有人可以在产品完成之前确保设计、制造等环节完全正确。通常设备的设计都是根据工况要求而制定的设计任务完成的，完成的设计产品会进入生产、制造环节，最终投入使用。在设备的生产制造完成之后的检验环节，经常通过实验等方式来检验和发现原来设计、制造环节中存在的这样或者那样的问题。工程师需要对这些与设计初衷不符的问题进行分析，从而找到原因。

这些与设计初衷不符的问题如果是由设计本身的某些因素引起的，就需要根据分析的原因对设计以及制造过程进行修改。

有时候这种设备表现与设备设计初衷的不符不是设计、制造本身的问题，而是使用工况的差异引起的。这种情况下，要么调整工况，要么调整设计。但所有的行动都是基于对问题的诊断分析得到的结论。

从广义上来说，这里描述的与设计初衷不符的运行表现，也属于故障，或者可以称之为设计使用故障。在这个过程中的问题诊断与分析，对设计修改和工况调整具有重大意义。针对电机轴承而言，就是对电机轴承系统的审视，问题诊断和分析。

需要说明的是，上面提到的情况有时是因为设计、制造偏差，有时是因为对客户提出工况的理解偏差的修正。在设备出厂之前的广义故障诊断更多是对设计和制造引起的故障的发现、分析与修正过程。

二、设备运维的基本理解

设计、制造完成的合格产品将会在工厂中投入使用，此时工业设备的运维是保障工厂正常运行的一个重要工作。对于设备的使用者，希望设备运行可靠、不耽误生产；而对于设备制造厂也希望自己生产的设备不出问题，减少客户的投诉。在工业生产中，设备使用者为了保证设备可靠运行并达到最佳效率会设置专门的设备运维部门对设备进行管理，因此设备运维成为工业生产保障的重要职能。

但是说起设备运维，内容并不简单。

“运维”一词字面上理解，由“运”和“维”两方面内容组成。也就是说，设备运维包括工业生产中两种不同场景，是工程技术人员对设备的两种不同操作，设备的运行技术和设备的维修是两个不同的范畴，有其专门的定义和应用。

首先，“运”是设备的运行技术，是指对设备进行使用的技术。如何将设备使用到最佳的工作状态以发挥最大的效能是设备使用技术的关键。比如一台电机，如何让它一直工作在最佳效率点；一台锅炉如何让它的燃烧效率达到最高；一个氨法脱硫设备选择怎样的氨水投放量可以达到最好的脱硫效果又不浪费氨水……我们不难看出，设备的运行技术是在设备本身正常的情况下，将设备用到最好的技术，是关于设备使用的技术。对于电机而言，就是电机拖动技术、电机控制技术等专门领域的知识。

而设备“维”与“运”不同。前者重点在于设备的维修，而后者在于设备的使用。我们不妨再做一次拆解：所谓设备的“维修”包括设备的“维”和设备的“修”。这样的拆解不是咬文嚼字，而是说明了设备“维修”中两个重要的工作内容。“维修”中的“维”是维护保养；“修”是修理。

设备的维护保养，是指对设备进行日常的维护工作。此时，设备可能出现故障状态，也可能没有出现故障状态。事实上，很多设备的日常巡检都属于设备维护的范畴。当设备没有出现故障的时候，对设备情况进行记录；当设备出现某些异常表现的时候，根据设备的故障情况确定设备修理需求。当设备仅仅需要很小规模的修理时，通常就在设备维护保养工作中直接完成修理的工作。当设备的故障经过评估达到一定级别的时候，由维保人员提交维修需求，并根据维修计划进行合适的修理工作。

在设备的维护过程中，使用的主要手段是对设备的状态进行监控，以确保设备处于健康状态，这就是很多工程师提到的设备健康管理的概念。在健康管理的过程中，设备状态监测技术发挥着很重要的作用。通过状态监测技术发现设备处于故障状态时，要根据相应的故障诊断和分析知识进行处理。本书讨论的电机轴承故障诊断与分析很大一部分就是关于在这个工作中需要的技术，其中包括从状态监测到故障诊断与分析，最终目的是提出维修建议。这里的维修建议包含维修目标、维修方法与维修时间（预测性维护中会提出维修窗口的概念）。

设备的修理往往是确定了设备已经出现了这样那样的问题而确定需要对设备进行修理工作之后，根据维修计划定期或者不定期展开的设备调整、修理、更换等工作。到达设备的修理阶段，那么设备已经经历了从正常的运行使用到通过设备维护发现问题，再提交维修计划的各个阶段。在维修过程中，故障的诊断与分析为维修提供了方向和方法建议，因此这个环节也是故障诊断与分析最终实践的重要应用场景。

从上面的描述可以看到，设备运维、设备运行、设备维修、设备维护、设备修理有如下的层级关系（见图1）。

现在很多人用设备健康管理的概念来描述设备的运维。这是一个很贴切的概念。如果我们用人的健康管理来理解设备的运维，上述的概念就变得十分易懂了。

首先设备的运行管理用人来做类比，相当于一个健康的人发挥或者使用某种技能。比如健康的人训练射击，学习如何调动身体各个器官以最准确的方式完成射击动作，并且最大限度地命中目标。整件事情更加关注对人身体的使用。此时训练的目的是使人掌握某项技能，假设条件是人的健康以及其他状况均正常。对设备也是一样，设备的运行管理是对健康设备的最大效能利用。

设备的维护，如果用人的身体来做类比，就相当于人的定期保养。人需要白天吃饭，晚上睡觉，有时候还要进补。维护的目的是让身体保持健康，不发生疾病，不影响技能的使用，效能的发挥。对于设备而言，就是定期润滑等维护动作。

设备的状态监测与分析，如果用人的身体来做类比，就相当于人的体检。将人的身体指标进行量化，判断是否健康，然后根据判断结果制定后续治疗或者保健的方案。这个过程中不涉及对人体的治疗和使用，仅仅是对身体状态的明确化。所以设备的状态监测是对设备状态的体检，是量化反应设备情况的手段和方法。基于状态监测结果的分析，就相当于解读人体的体检报告。根据设备“体检报告”的提示，判断是否需要治疗并给出治疗的方法。

设备的维修，如果用人的身体来做类比，则相当于对病人的治疗。如前所述，根据体检结果（状态监测与分析结果），确定了病情（故障诊断与分析，完成了定位定责）之后，采取吃药或手术等治疗措施。此时已经是治病救人。对于设备来讲就需要涉及修理、更换等工作。

综上，设备的运行管理是对设备使用的最优化工作；设备的维护就是对设备本身健康状态的维护；设备的监测与分析就是对设备健康状况的探查与监督；设备的维修就是对设备故障状态的修正。

电机轴承故障诊断、分析与设备运维

电机是设备中的一种，而轴承又是设备（包括电机）里重要的零部件。因此，电机轴承的故障诊断、分析是设备运维管理中重要的一个环节，它的总体逻辑和体系涵盖于设备运维管理范畴之内。前面的描述对于电机轴承而言完全适用。

顾名思义，电机轴承故障诊断的分析对象是电机轴承，是在设备运维管理和故障诊断中已经界定出这个故障表象与轴承有关的时候，对轴承进行深入的研究和分析。然而并不是所有的表现为电机轴承故障的现象都是由轴承本身引起的，电机轴承故障诊断也与周边设备的情况有着密切的联系。所以，电机轴承有故障，则会表现为电机轴承故障现象；反之，电机轴承表现出故障现象，则不一定说明轴承本身有故障。

另外，电机轴承故障诊断与分析主要的工作内容是诊断与分析。在设备运维的领域里与设备维护管理以及设备维修关系最为紧密。在这里，我们不研究如何让轴承发挥更大效能（也就是轴承的运行管理），但是我们研究轴承出现某种非正常状态时的识别并找出导致故障的原因，同时需要给出改善建议。

总而言之，电机轴承故障诊断的对象是电机轴承；工作的内容是故障诊断与分析。诊断与分析的内容就是确定故障的类型，寻找导致故障的根本原因，以及对故障排除提出改进建议。这也是本书试图进行阐述的主题。

本书框架介绍

滚动轴承是电机中最常用的轴承类型，本书介绍的内容主要针对滚动轴承展开。从电机轴承的故障发生到最后完成维修的过程中，需要经过状态检查、状态监测、故障分析等一些过程。考虑到在这个过程中相应的技术和知识框架，本书将电机轴承故障诊断与分析总体技术划分为四个篇章进行介绍。首先对电机轴承故障诊断与分析进行概述，随后分别聚焦于电机轴承状态的检查手段介绍，电机轴承故障诊断与分析的关键技术内核介绍，以及电机轴承故障诊断与分析核心技术在现场的应用组合，也就是故障诊断实战的相关内容。

第一篇，电机轴承故障诊断与分析概述，主要介绍电机轴承运行状态信息以及故障信息的检查与监测的相应技术、手段、标准与检查方法。这些技术是电机轴承故障诊断与分析工作的基础，是后续分析判断工作的依据，是电机轴承健康管理的基本探知窗口，因此本书将这部分内容放在第一篇介绍。

第二篇，电机轴承故障诊断中的检查与测量，主要从电机轴承运行状态最常用的参数指标的测量着手，介绍了测量的方法、限值等相关内容。同时介绍了这些相应的检查方法在电机轴承故障诊断与分析中的实际操作和使用流程。

第三篇，电机轴承故障诊断与分析基本技术，主要介绍了电机轴承故障诊断与分析工作中需要使用的相关技术。这些技术本身往往都是一门相对独立的技术门类。同时这些技术的基本知识在电机轴承故障诊断工作中的综合运用构成了电机轴承故障诊断技术的主体。掌握这些技术才能真正掌握电机轴承故障诊断中的核心技术逻辑，为故障诊断提供实际的理论支撑和实践指导。

本篇从电机轴承故障诊断技术的最主要领域进行分类介绍，它们包括：电机轴承应用技术；电机轴承振动监测与分析技术；电机轴承噪声分析方法；电机轴承温度分析方法；电机轴承失效分析技术。

但是我们知道，上面提及的任何一门技术本身都不是单纯地被电机轴承故障诊断技术涵盖。电机轴承故障诊断与分析技术是包含了这些技术中和故障诊断与分析相关的内容。比如，电机轴承应用技术，除了用作电机轴承故障诊断与分析以外，更主要的功能是对轴承在电机中的合理使用提供设计、选用参考。作为轴承的应用技术，其中的核心逻辑关系在故障诊断中被用于进行正常或异常的判断。所以这门技术在故障诊断与分析工作中的应用构成了故障诊断与分析技术的一个部分。

第四篇，电机轴承故障诊断与分析的实战和应用，主要介绍了电机轴承故障诊断手段、方法以及相应技术在电机轴承故障诊断过程中的实际应用方法。这部分的主要作用是将前面两篇内容根据实际工况进行具有操作意义的组合。本篇还针对电机轴承中最常见的8类故障进行了总结。其中每一类故障的总结方法都是按照实际工程中的处理逻辑展开的。

读者在理论学习与实际应用中往往会遇到一个困难，就是学习到的理论知识与现场遇到的问题并不能实现严丝合缝的匹配。这是因为对电机轴承知识的介绍一般是从原因到分类再到呈现现象。而工程实际中当轴承出现故障的时候，首先出现的是轴承故障现象，然后才能根据现象确定属于轴承故障的哪一类，最终根据分类寻找原因。这个逻辑顺序往往和多数技术资料里的顺序相反。而之所以出现这种相反的现象是因为如果从技术阐述的完备性和逻辑性而言，显然是前者更加简便和明确。本书第三篇的描述也基本按照这种逻辑顺序进行。作为实战指导，为了跨越阐述与应用的障碍，本书第四篇对典型故障的阐述尽量遵循从现象到归类到寻因的逻辑。这与实际工况发生的顺序相符，更适合工程师与实际工况进行对应。

本书阅读建议

本书系统地阐述了电机轴承故障诊断与分析过程中的相关技术、手段和使用方法，面对不同需求的读者可以采取不同的阅读方式。

对于希望系统了解故障诊断操作的读者而言，第二篇的内容为他们提供了电机轴承故障诊断与分析实际测量操作的各种介绍，可以单独阅读第二篇相关内容。

对于希望系统了解电机轴承故障诊断与分析技术内核和逻辑联系的读者，可以单独阅读本书第三篇的相关内容。这有助于读者在梳理日常庞杂的故障诊断与分析工作之余，将碰到的现象与理论技术之间搭建畅通的桥梁，同时更加系统地梳理工作中面对的问题。同时也可以提高日常故障诊断与分析的理论水平与准确性。

本书第四篇内容可以适用于某些读者的应急需求。很多读者在面对电机轴承故障的时候，希望迅速做出判断，并予以排除。那么第四篇的介绍涵盖了电机轴承故障中的主要部分，读者可以采取查阅的方式进行阅读。如果在排除故障之余，希望提高对问题认识的理论性，则可以回头阅读第三篇的内容。

同时对于完成第三篇内容阅读的读者，可以通过对第四篇的阅读跨越前面所述的理论与实际工况之间的逻辑顺序相反的矛盾。

当然，对于电机轴承应用技术人员，如果可以系统地阅读和学习本书的相关技术，则可以更加全面地掌握整个电机轴承故障诊断与分析的大部分知识体系。

本书中在阐述技术内容的同时，还列举了几十个典型案例。这些案例全部来自作者几十年工作经历中的真实案例。在典型案例的介绍中一方面介绍了案例的情况并分析解决结果，另一方面时也详细地阐述了案例的分析过程。电机的使用者可以根据这些常见的典型电机轴承故障案例对比自己实际面对的问题，从而寻求答案。同时对电机轴承方面的从业人员也可以从案例的分析过程中学习电机轴承故障诊断与分析的思维方法。

在本书的撰写过程中，除了每一个部分的具体内容之外，各个部分内容的组织形式、排序等本身也反映了一些关于轴承故障诊断工作执行的顺序，以及对相关知识体系等的思考。对零散知识的运用本身就是一种方法论，这也是本书作者想呈现给读者的内容。

编著者

2020年10月