滚珠轴承故障诊断全解
滚动轴承故障诊断实例
滚动轴承故障诊断实例
滚动轴承故障诊断实例可以包括以下几种情况：
1. 声音异常：当滚动轴承出现故障时，可能会出现异常的噪音，如嘶嘶声、刮擦声或者咔咔声等。
这种情况下，可以通过听觉判断故障的类型和位置。
噪音一般源于滚珠或滚道表面的损伤或者磨损。
2. 振动异常：故障的滚动轴承会导致轴承运行不稳定，产生过大的振动。
可以通过振动传感器来检测振动的频率和幅度，进而判断故障的严重程度和位置。
振动异常可能是由于轴承内部松动、滚子损伤或滚道不平整等问题引起的。
3. 温度异常：滚动轴承运行时，由于磨擦和摩擦产生的热量，轴承温度会有所上升。
但是，如果滚动轴承的温度明显高于正常值，可能表明存在故障。
可以通过红外测温仪或接触式温度计来测量轴承的温度，判断是否存在异常。
4. 润滑问题：滚动轴承需要得到正确的润滑以保持正常运行。
如果滚动轴承出现故障，润滑不足或者污染等问题，会导致滚动轴承的寿命缩短。
可以通过观察润滑脂或润滑油的颜色、黏度以及滚动轴承周围是否有渗漏等来判断润滑是否正常。
上述实例中的故障诊断需要依靠专业的设备和工具，同时需要具备相应的专业知识和经验，建议请专业人士进行诊断和修复。
滚动轴承故障及其诊断方法
而一旦有了压痕，压痕引起的冲击载荷会进一步引起附近 表面的剥落。
这样，载荷的累积作用或短时超载就有可能引起轴承塑性 变形。
1滚动轴承异常的基本形式
(4).腐蚀
润滑油、水或空气水分引起表 面锈蚀（化学腐蚀）
轴承内部有较大的电流通过造 成的电腐蚀
2.3 滚动轴承的振动及其故障特征
2. 幅值域中的概率密度特征 滚动轴承正常时和
发生剥落损伤时的轴 承振动信号的幅值概 率密度分布如图。
轴承振动的概率密度分布
从图中可以看出，轴承发生剥落时，幅值分布的幅 度广，这是由于存在剥落的冲击振动。这样，从概率 密度分布的形状，就可以进行异常诊断。
3 滚动轴承故障诊断方法
2.2 滚动轴承的特征频率
➢ 为分析轴承各部运动参数，先做如下假设： (1)滚道与滚动体之间无相对滑动； (2)每个滚道体直径相同，且均匀分布在内外滚道之间 (3)承受径向、轴向载荷时各部分无变形；
方法： 研究出不承受轴向力时轴承缺陷特征频率，进而，推导出 承受轴向力时轴承缺陷特征频率
1. 不承受轴向力时 轴承缺陷特征频率
d Dm
)
fr
滚动轴承的特征频率
➢ (3) 轴承内外环有缺陷时的特征频率：
➢ 如果内环滚道上有缺陷时，则Z个滚动体滚过该缺陷时的
频率为
fi
f Bi Z
1 (1 2
d Dm
) frZ
➢ 如果外环滚道上有缺陷时，则Z个滚动体滚过该缺陷时的
频率为
fo
f Bo Z
1 (1 2
d Dm
)
f
r
Z
➢ (4) 单个滚动体有缺陷时的特征频率：如果单个有缺陷的 滚动体每自传一周只冲击外环滚道（或外环）一次，则其 相对于外环的转动频率为
滚动轴承的故障诊断
滚动轴承的故障诊断一、滚动轴承的常见故障滚动轴承是转动设备中应用最为广泛的机械零件，同时也是最容易产生故障的零件。
据统计，在使用滚动轴承的转动设备中，大约有30%的机械故障都是由于滚动轴承而引起的。
滚动轴承的常见故障形式有以下几种。
1. 疲劳剥落（点蚀）滚动轴承工作时，滚动体和滚道之间为点接触或线接触，在交变载荷的作用下，表面间存在着极大的循环接触应力，容易在表面处形成疲劳源，由疲劳源生成微裂纹，微裂纹因材质硬度高、脆性大，难以向纵深发展，便成小颗粒状剥落，表面出现细小的麻点，这就是疲劳点蚀。
严重时，表面成片状剥落，形成凹坑；若轴承继续运转，将形成大面积的剥落。
疲劳点蚀会造成运转中的冲击载荷，使设备的振动和噪声加剧。
然而，疲劳点蚀是滚动轴承正常的、不可避免的失效形式。
轴承寿命指的就是出现第一个疲劳剥落点之前运转的总转数，轴承的额定寿命就是指90%的轴承不发生疲劳点蚀的寿命。
2. 磨损润滑不良，外界尘粒等异物侵入，转配不当等原因，都会加剧滚动轴承表面之间的磨损。
磨损的程度严重时，轴承游隙增大，表面粗糙度增加，不仅降低了轴承的运转精度，而且也会设备的振动和噪声随之增大。
3. 胶合胶合是一个表面上的金属粘附到另一个表面上去的现象。
其产生的主要原因是缺油、缺脂下的润滑不足，以及重载、高速、高温，滚动体与滚道在接触处发生了局部高温下的金属熔焊现象。
通常，轻度的胶合又称为划痕，重度的胶合又称为烧轴承。
胶合为严重故障，发生后立即会导致振动和噪声急剧增大，多数情况下设备难以继续运转。
4. 断裂轴承零件的裂纹和断裂是最危险的一种故障形式，这主要是由于轴承材料有缺陷和热处理不当以及严重超负荷运行所引起的；此外，装配过盈量太大、轴承组合设计不当，以及缺油、断油下的润滑丧失也都会引起裂纹和断裂。
5. 锈蚀锈蚀是由于外界的水分带入轴承中；或者设备停用时，轴承温度在露点以下，空气中的水分凝结成水滴吸附在轴承表面上；以及设备在腐蚀性介质中工作，轴承密封不严，从而引起化学腐蚀。
滚动轴承故障诊断分析全解
滚动轴承故障诊断分析全解
滚动轴承是机械设备中的重要元件，也是故障率最高的构件。
其突发的故障可能会严重影响机械设备的正常运行，即使是轻微的故障，也会降低设备的使用寿命。
因此，对滚动轴承的故障进行及时诊断和维修，是确保轴承的正常运行的关键。
本文将对滚动轴承故障诊断进行全面阐述，以便于有助于轴承的可靠运行。
一般来讲，滚动轴承的故障可以归结为以下几类：
(1)疲劳损坏:由于长期的使用，滚动轴承中的滚动体和锥形齿轮等内部零件可能会因疲劳而损坏，最终导致轴承的故障;
(2)腐蚀破坏:由于设备运行时的温度、湿度及磨损较大，滚动轴承容易受到空气、油品及其他化学性腐蚀剂的作用，从而造成内部零件的磨损;
(3)水分侵入:滚动轴承组装后，如果存在漏油现象，则滚动轴承内部容易污染，从而导致滚动体及锥形齿轮等内部零件受损;
(4)润滑油工作性能不佳:润滑油在机械设备运行时，若由于品质或温度等原因，润滑油的性能不佳，轴承容易受到损坏;
(5)安装不良:滚动轴承安装后，若没有正确地调整轴的负荷和动转瞬间，将会对轴承组件产生振动和噪音，从而导致故障。
滚动轴承故障诊断讲诉
滚动轴承故障诊断初步1、故障原因滚动轴承的早期故障是滚子和滚道剥落、凹痕、破裂、腐蚀和杂物嵌入。
即主要故障形式：疲劳剥落、磨损、塑性变形、锈蚀、断裂、胶合、保持架损坏。
产生主要原因包括搬运粗心、安装不当、不对中、轴承倾斜、轴承选用不正确、润滑不足或密封失效、负载不合适以及制造缺陷。
2、频谱和波形特征滚动轴承它是由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成。
当滚动体和滚道接触处遇到一个局部缺陷时，就有一个冲击信号产生。
缺陷在不同的元件上，接触点经过缺陷的频率是不相同的，这个频率就称为滚动轴承的特征频率。
滚动轴承的故障特征频率的数值一般在几赫兹到几百赫兹之间，在频谱图中的1000Hz以内的低频区域轴承故障特征频率如下：1、滚动轴承故障特征频率（外圈静止）式中：Z——滚动体个数fr——转频（Hz）D——轴承节径（mm）d——滚动体直径（mm）α——接触角（1）滚动轴承内圈故障特征频率（2）滚动轴承外圈故障特征频率（3）滚动轴承滚动体特征频率（4）滚动轴承保持架特征频率2、滚动轴承故障特征频率的计算经验公式：二、滚动轴承故障诊断的要素滚动轴承由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成，每个轴承部件对应一个轴承故障特征频率。
滚动轴承的故障频率分布有一个明显的特点，往往在低频和高频两个频段内都有表现。
所以在频率分析时，可以选择在这两个频段进行分析。
根据滚动轴承的故障形式在频域中的表现形式，将整个频域分为三个频段，既高频段、中频段和低频段。
l 高频阶段指频率范围处于2000－5000Hz 的频段，主要是轴承固有频率，在轴承故障的早期，高频段反映比较敏感；中频阶段指频率范围处于800－1600Hz 的频段，一般是由于轴承润滑不良而引起碰磨产生的频率范围；l 低频阶段指频率范围处于0－800Hz 的频段，基本覆盖轴承故障特征频率及谐波；在高频段和低频段中所体现的频率是否为轴承故障频率，还要通过其他方法进行印证加以确认。
根据滚动轴承的故障特征频率在频域和时域中的表现，可将滚动轴承的诊断方法总结为三个频段；八个确认，简称三八诊断法。
滚动轴承的故障现象及原因分析
滚动轴承的故障现象及原因分析滚动轴承是机械设备中常用的一种轴承形式，由内圈、外圈、滚子和保持架组成。
它的主要作用是承载和传递旋转运动或轴向运动的载荷。
然而，在实际的使用过程中，滚动轴承可能会出现各种故障现象。
下面，我将从滚动轴承的故障现象和原因两个方面进行分析。
一、故障现象：1.轴承过热：滚动轴承过热通常表现为温度升高。
过高的温度会导致润滑剂失效，加剧摩擦和磨损，最终导致轴承损坏。
2.噪音：滚动轴承在工作时会发出异常的噪音。
噪音通常由于轴承的松动、减速器齿轮偏心或不平衡导致的振动引起，也可能是轴承部分损坏或磨损的结果。
3.卡住：滚动轴承可能会发生卡死现象，即不能正常转动。
卡住通常由于外部污染物进入轴承内部，或者内外圈之间的配合不当引起。
4.弹性不良：滚动轴承在运转时可能会出现弹性不良现象，即出现过大的变形或破裂。
弹性不良通常由于材料强度不足，或者过载运转和外部冲击引起。
5.寿命短：滚动轴承的使用寿命取决于材料质量、制造工艺和使用环境等因素。
如果这些方面存在问题，轴承的寿命可能会显著减少。
二、原因分析：1.润滑不良：润滑不良是导致滚动轴承故障的常见原因之一、润滑不良会导致轴承过热、摩擦增大和磨损加剧。
常见导致润滑不良的原因包括润滑油质量不合格、润滑油脂添加不足等。
2.过载运转：滚动轴承在过载运转时会受到较大的载荷，使得轴承的压力和摩擦增大，加速磨损和损坏。
过载运转通常是由于设备设计不合理、外部冲击或负载突然变化等原因引起的。
3.安装不当：滚动轴承的安装不当会导致内外圈之间的配合间隙不合适，产生轴承松动或过紧，引起摩擦增大和磨损。
安装不当还可能导致载荷不均匀分布，使得特定部位的轴承负荷过大而损坏。
5.材料质量问题：滚动轴承的材料质量直接影响其使用寿命和性能。
低质量的材料容易导致强度不足、易磨损和易断裂等问题，从而缩短滚动轴承的使用寿命。
综上所述，滚动轴承的故障现象和原因分析包括轴承过热、噪音、卡住、弹性不良、寿命短等故障现象，其原因包括润滑不良、过载运转、安装不当、环境污染和材料质量问题。
滚动轴承常见故障及故障程度诊断方法
滚动轴承常见故障及故障程度诊断方法滚动轴承是一种常见的机械传动部件，广泛应用于各种设备和机器中。
然而，由于长期的运转和使用，滚动轴承可能会出现各种故障。
及早诊断并解决这些故障，可以提高设备的工作效率和寿命。
下面将介绍一些常见的滚动轴承故障以及相应的故障程度诊断方法。
1.磨损故障：磨损是滚动轴承最常见的故障之一、它可能是由于振动、超负荷、不当润滑或外部杂质等因素引起的。
磨损故障的特点是滚道、轴承座和滚珠表面的磨损或变形。
在诊断方面，可以使用肉眼观察滚道和滚珠表面的磨损情况，并通过手感判断是否存在磨损故障。
2.疲劳故障：疲劳是滚动轴承的另一种常见故障。
它通常是由高载荷、频繁起停、轴向冲击或轴承内部结构缺陷等因素引起的。
疲劳故障的特点是滚珠或滚道出现裂纹或剥落。
在诊断方面，可以使用显微镜观察滚珠和滚道表面的裂纹或剥落情况，或者进行动态振动分析以检测是否存在疲劳故障。
3.温升故障：温升是滚动轴承的常见故障之一，通常是由于不当润滑、过高的润滑脂粘度、轴承过紧或过松、内部结构问题等因素引起的。
温升故障的特点是轴承运行时温度升高。
在诊断方面，可以使用红外热像仪测量轴承温度，或使用测温仪对轴承不同部位进行温度测量，以判断是否存在温升故障。
4.噪声故障：噪声是滚动轴承常见的故障之一，通常是由于轴承松动、滚珠损坏、滚子不对中、不正确的润滑或外部冲击等因素引起的。
噪声故障的特点是轴承运行时产生噪声。
在诊断方面，可以使用听诊器或声音分析仪对轴承的运行声音进行监测和分析，以判断是否存在噪声故障。
5.润滑故障：滚动轴承的润滑是保证轴承正常运行的重要因素，不当的润滑可能会导致轴承故障。
润滑故障的特点是润滑油脂污染、量不足或过多、润滑脂分解或硬化等。
在诊断方面，可以通过观察润滑油脂的颜色、质地和气味来判断是否存在润滑故障。
除了上述常见的滚动轴承故障，还有一些其他故障，如过载、轴向偏移、振动等。
对于这些故障，可以使用适当的仪器和设备，如振动测量仪、位移传感器等进行诊断和监测。
滚动轴承使用过程中常见故障及原因分析
滚动轴承使用过程中常见故障及原因分析1、滚动轴承的主要失效形式（1）疲劳点蚀：滚动轴承在载荷作用下，滚动体与内、外滚道之间将产生接触应力。
轴承转动时，接触应力是循环变化的，当工作若干时间以后，滚动体或滚道的局部表层金属脱落，使轴承产生振动和噪声而失效。
（2）塑性变形：当轴承的转速很低或间歇摆动时，轴承不会发生疲劳点蚀，此时轴承失效是因受过大的载荷（称为静载荷）或冲击载荷，使滚动体或内、外圈滚道上出现大的塑性变形，形成不均匀的凹坑，从而加大轴承的摩擦力矩，振动和噪声增加，运动精度降低。
（3）磨料磨损、粘着磨损：在轴承组合设计时，轴承处均设有密封装置。
但在多尘条件下的轴承，外界的尘土、杂质仍会侵入到轴承内，使滚动体与滚道表面产生磨粒磨损。
如果润滑不良，滚动轴承内有滑动的摩擦表面，还会产生粘着磨损，轴承转速越高，粘着磨损越严重。
经磨损后，轴承游隙加大，轴承游隙加大，运动精度降低，振动和噪声增加。
2、影响轴承使用寿命的因素1）温度：滚动轴承工作温度和轴承使用寿命的关系，主要体现在轴承额定动负荷的降低。
轴承动负荷是在工作温度低于120℃的情况下确定的轴承负荷能力，工作温度是指轴承外圈测量处的温度。
因此如果工作温度超过120℃，则滚动体与滚道接触处温度将超过轴承元件的回火温度，使轴承元件丧失原有的尺寸稳定性和工作表面硬度。
（2）游隙：滚动轴承的游隙是重要的使用特性，游隙的大小，对轴承的疲劳寿命、振动、噪声、温升和机械运转精度等影响很大，选择轴承，即要决定轴承的结构尺寸，又要选择轴承的游隙。
（3）硬度：滚动轴承元件（内、外套圈及滚动体）的材料硬度一般为HRC58～64，额定动负荷和额定静负荷是在此硬度范围内确定的。
如果轴承元件的实际硬度低于上述范围，则额定动负荷和额定静负荷应降低。
3、轴承的损坏主要有五个原因：①材料疲劳；②润滑不良；③污染；④安装问题；⑤处理不当。
大体上讲，有三分之一的轴承损坏原因是材料疲劳；有三分之一是润滑不良；另外三分之一是污染物进入轴承或安装处理不当。
滚动轴承的故障及诊断技术
滚动轴承的频谱分析
2、诊断思路
高频段 是否有 能量堆 积或峰 群出现
有：存 在早期 故障
无：没 有早中 期故障
在低频段出现轴承 的通过频率
通过频率的峰值增 大，故障恶化
滚动轴承的频谱分析
3、理论依据
1）轴承疲劳后，加速度谱图上出现高频峰群。
2）确认故障特征频率处有峰，表明存在该种故 障，若还有明显的倍频成分，表明故障严重。
• 确认外圈故障特征频率n f0处有峰，表明外 圈有故障。
• 确认内圈故障特征频率n fi处有峰，还有间 隔为1×的边频，表明内圈存在故障。
• 确认滚动体故障特征频率n zfb处有峰，还有 边频，边带间隔为保持架故障特征频率，表 明滚动体有故障。
滚动轴承的频谱分析
4、滚动轴承的故障频谱特征
第 一 阶 段 第 二 阶 段 第 三 阶 段 第 四 阶 段
测点4在高频段无能量堆积，且加速度幅值 很小。这说明测点4处的滚动轴承目前正处 在正常状态。
诊断（4）频域分析
从测点3轴向及测点4水平方向的速度幅值 谱可看出，出现了转轴旋转频率 25Hz(1450/60)及其倍频。并且基本上高次 谐波的幅值大于转频。这是典型的平行不 对中故障特征。
测点2轴向加速度时域波形，存在着冲击现 象。幅值谱图在高频段有能量堆积并有较 高的峰值。这说明电机侧测点2处滚动轴承 可能存在这着中期故障。
单位:m/s2
测试方向 水平方向 垂直方向
10月28日 19.7 15.2
12月9日 34.6 46.6
12月19日 46.0 38.6
ห้องสมุดไป่ตู้
12月27日 11.6 9.80
趋势图与趋势分析
• 频率范围大约是500-2000Hz，末期固有频率附 近出现边频。旁波振幅的大小相对于轴承损坏 频率的谐波是非常重要的指标。
滚动轴承故障诊断分析
滚动轴承故障诊断分析滚动轴承是机械设备中常见的关键部件之一，其工作状态直接关系到设备的稳定性和可靠性。
因此，对滚动轴承的故障诊断分析具有重要的意义。
本文将从滚动轴承的故障类型、故障诊断方法等方面进行详细分析，并给出相应的解决方案。
首先，滚动轴承的故障类型主要有疲劳、磨损、锈蚀、杂质和润滑不良等几种。
疲劳是滚动轴承最常见的故障类型之一、当滚动轴承在长期高速运转或负荷过重的情况下，会引起轮廓形状的改变，从而导致疲劳断裂。
对于这种故障，可以通过定期检查和维护来延长轴承的使用寿命。
磨损是指滚动轴承在摩擦和磨削的作用下，导致轴承零件表面的材料损失。
主要有磨损、磨粒和烧伤等。
对于这种故障，可以通过增加润滑剂的使用量、选择合适的润滑剂和改善润滑条件来解决。
锈蚀是指滚动轴承在潮湿环境下，由于润滑不良或长期闲置等原因，轴承表面产生氧化而导致的故障。
对于这种故障，应注意轴承的密封和润滑条件，及时更换润滑剂和防护涂层，确保轴承的正常运转。
杂质是指滚动轴承中的异物，如尘埃、粉末、金属屑等。
这些杂质会导致轴承卡死、摩擦增大等故障。
对于这种故障，应定期清洗和更换润滑剂，保持滚动轴承的清洁。
润滑不良是滚动轴承的故障的主要原因之一、轴承在运转时，需要有足够的润滑剂来减小摩擦和磨损。
如果润滑不良，会导致轴承失效。
对于这种故障，应定期检查润滑剂的使用情况和润滑条件，进行必要的维护和更换。
其次，滚动轴承的故障诊断方法主要有故障模式识别、振动分析和声学诊断等。
故障模式识别是根据滚动轴承故障表现的各种特征，进行故障模式的分类和判断。
通过对轴承工作状态的观察和记录，可以对轴承的故障模式进行准确识别，为后续的维修提供参考。
振动分析是通过对滚动轴承振动信号的采集和分析，来判断轴承的工作状态。
不同的故障模式会产生独特的振动信号，通过对这些信号的频谱分析和时域分析，可以准确诊断出轴承的故障类型和程度。
声学诊断是通过对滚动轴承工作时产生的声音进行分析和判断。
滚动轴承故障诊断
磨损 偏心 胶合 疲劳剥落损伤 内滚道损伤 外滚道损伤 滚动体损伤
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振动原因分析---故障缺陷引起的振动
滚动轴承故障诊断 振动机理
轴承磨损
随着磨损的进行，振动加速度峰值和 RMS 值缓慢上升，振动 信号呈现较强的随机性 峰值与RMS值的比值从5左右逐渐增加到5.5～6
轴承结构特点引起的振动 轴承制造装配原因引起的振动 故障缺陷引起的振动
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振动原因分析
滚动轴承故障诊断 振动机理
轴承结构特点引起的振动
滚动轴承承载时，由于不同的位置 承载的滚动体数目不同 ， 因而承载刚度会有变化，引起轴心的起伏波动 采用游隙较小的轴承或加预紧力可减小此振动
滚动轴承的承载刚度和滚子位置的关系
滚动轴承故障诊断 故障诊断技术
振动信号简易诊断法
波形因数诊断法
Xp
• 波形因数：峰值与均值之比 X • 当波形因数值过大时，表明滚动轴承可能有点蚀；而波形因数小时， 则有可能发生了磨损
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简易诊断
滚动轴承故障诊断 故障诊断技术
振动信号简易诊断法
波峰因数诊断法
• 波峰因数：峰值与均方根值之比 X rms • 不受轴承尺寸、转速及载荷的影响，也不受传感器、放大器等 一、二次仪表灵敏度变化的影响 • 当滚动轴承无故障时，Xp/Xrms，为一较小的稳定值
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常见故障形式
滚动轴承故障诊断 常见故障形式及原因
塑性变形
原因： 后果：
• 轴承受到过大的冲击载荷或静载荷 • 硬度很高的异物侵入
• 运转过程中产生剧烈的振动和噪声 • 压痕引起的冲击载荷会进一步引起附近表面的剥落
滚动轴承故障诊断分析全解
滚动轴承故障诊断分析学院名称：机械与汽车工程学院专业班级：学生姓名：学生学号：指导教师姓名：摘要滚动轴承故障诊断本文对滚动轴承的故障形式、故障原因、常用诊断方法等诊断基础和滚动轴承故障的振动机理作了研究，并建立了相应的滚动轴承典型故障(外圈损伤、内圈损伤、滚动体损伤)的理论模型，给出了一些滚动轴承故障诊断常见实例。
通过对滚动轴承故障振动机理的研究可以帮助我们了解滚动轴承故障的本质和特征。
本文对特征参数的提取，理论推导，和过程都进行了详细的阐述，关键词:滚动轴承；故障诊断；特征参数；特征；ABSTRACT ：The Rolling fault diagnosisIn the thesis ,the fault types,diagnostic methods an d vibration principle of rolling bearing are discussed.the thesis sets up a series of academic m odels of faulty rolling bearings and lists some sym ptom parameters which often used in fault diagnosis of rolling bearings . the study of vibration prin ciple of rolling bearings can help us to know the essence and feature of rolling bearings.In this paper, the parameters of the extraction, theoretical a nalysis, and process are described in detail. Keywords: Rolling Bearing; Fault Diagnosis; Symptom P arameter; Distinction Index; Distinction Rate0引言：随着科技的发展，现代工业正逐步向生产设备大型化、复杂化、高速化和自动化方向发展，在提高生产率、降低成本、节约能源、减少废品率、保证产品质量等方面具有很大的优势。
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Cx k (t ) x K (t )(1 2 ) M x
式中: x— 在齿面接触力作用下沿作用线产 生的齿轮相对位移； m1m2 M—齿轮副的等效质量，M= m m
1
2
m1为小量齿轮等效质量；m2为大 齿轮等效质；
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C— 齿轮啮合阻尼； K(t)—齿轮啮合刚度，啮合刚度随 时 间t变化； δ1—齿轮受载后的平均弹性变形； δ2—齿轮传动误差和故障激励所引 起两齿轮间的相对位移。
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工业装备故障诊断技术
第5章 齿轮和滚珠轴承故障诊断
5.2 齿轮故障的振动机理
5.2.1 齿轮传动的动态激励 故障激励: 刚度激励： 一是随着啮合点位
置的变化，参加啮合的单一轮齿 的刚度发生了变化，二是参加啮 合的齿数在变化。
传动误差：制造误差，装配误差 ，齿面损伤，外部激励。 啮合冲击 节线冲击
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工业装备故障诊断技术
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第5章 齿轮和滚珠轴承故障诊断
5.2 齿轮故障的振动机理
5.2.1 齿轮传动的动态激励
齿轮传动系统作为一个弹性的机
械系统，在动态激励力的作用下将产 生振动响应。右图所示为一对齿轮的 力学模型。如不考虑齿面摩擦力的影 响，将振动系统作为线性系统来考虑 时，其力的平衡式为：
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工业装备故障诊断技术
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第5章 齿轮和滚珠轴承故障诊断
5.2 齿轮故障的振动机理
5.2.2 齿轮故障的特征信息 齿轮工作过程中的故障信号频率基本上表现为两部分：一部分为齿 轮啮合频率及其谐波构成的载波信号；另一部分为低频成分的幅值和相 位变化所构成的调制信号。调制信号包括了幅值调制和频率调制。 啮合频率及其谐波 齿轮啮合频率： fm=f1· z1=f2· z2 式中 f1、f2——主动轮和从动轮的转速频率； z1、z2——主动轮和从动轮的齿数。 齿轮啮合情况良好，产生的啮合频率 及其谐波具有较低的幅值。轮齿的啮合状况 变坏，啮合频率的谐波成分幅值就会明显增 大。一般是磨损、间隙和游隙过大等故障。
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工业装备故障诊断技术
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第5章 齿轮和滚珠轴承故障诊断
5.2 齿Leabharlann 故障的振动机理5.2.2 齿轮故障的特征信息
幅值调制
齿面上载荷波动、节圆中心的偏心 等因素均可产生扭矩的周期性变化 ，这些因素反映在轮齿上是周期性 的啮合力变化，时而“加载”，时 而“卸载”，形成了幅值调制效应 。幅值调制就是一种调幅波，振荡 波形周期性地高低起伏，其中频率 较高的啮合频率 fm 称为载波频率； 频率较低的故障信号频率 fr 称为调 制频率。齿轮旋转一周，故障信号 重复一次
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fr
fm
2fm
3fm
4fm
f
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第5章 齿轮和滚珠轴承故障诊断
5.2 齿轮故障的振动机理
5.2.2 齿轮故障的特征信息 信号调制和边带分析 齿轮中各种故障在运行中具体反映为一个传动误差问题，传动误差 大，则齿轮在传动中发生忽快忽慢转动，并且在进入和脱离啮合时的碰 撞加剧，产生较高的振动峰值，形成短暂时间的幅值变化和相位变化。 把齿轮的啮合频率及其各次谐波看作为一个高频振荡的载波信号， 而那些周期性出现的故障信号可看作调制信号。 不同故障产生不同的调制形式，引起幅值变化的产生幅值调制，引 起频率或相位变化的产生频率调制。
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载波信号
调制信号
第5章 齿轮和滚珠轴承故障诊断 齿轮故障诊断 齿轮常见故障 齿轮振动故障的诊断 滚珠故障诊断 滚珠轴承的故障形式与原因
滚动轴承故障的监测方法
滚动轴承振动故障的诊断
2018/10/24
工业装备故障诊断技术
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第5章 齿轮和滚珠轴承故障诊断
5.1 齿轮常见故障
齿轮是最常见的机械传动零件，具有结构紧凑，效率高，寿命长， 工作可靠，理论传动比恒定不变和维护方便等优点。 主要缺点：不能缓和冲击作用。当制造不精确，材质不良，热处 理不当，使用条件恶劣，安装不正确时，往往会引起较大的振动、噪 声和断裂等故障。 齿轮副多数安装在齿轮箱内，在大型旋转机械中，既有减速用的 齿轮箱，又有增速用的齿轮箱，它的工作状态好坏直接关系到整个机 组能否正常运行，因此，要提高对机组的运行维护水平，需要重视对 齿轮和齿轮箱的状态监测和故障诊断。 在齿轮箱中，齿轮本身产生的故障比例最大，故障率达60%，其 余零件中的故障率为：轴承占19%，轴占10%，箱体占7%，紧固件占 3%，油封占1%。而从引起故障原因上分析，属于维护、操作不当又 占了最大比重。
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第5章 齿轮和滚珠轴承故障诊断
5.1 齿轮常见故障
齿面磨损： 润滑油不足或油质不清洁会造成齿面磨粒磨损，使齿 廓改变，侧隙加大，以至由于齿轮过度减薄导致断齿。一般情况下， 只有在润滑油中夹杂有磨粒时，才会在运行中引起齿面磨粒磨损。 齿面胶合和擦伤： 对于重载和高速齿轮的传动，齿面工作区温度 很高，一旦润滑条件不良，齿面间的油膜便会消失，一个齿面的金 同会熔焊在与之啮合的另一个齿面上，在齿面上形成垂直于节线的 划痕状胶合。新齿轮未经磨合便投入使用时，常在某一局部产生这 种现象，使齿轮拣伤。
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第5章 齿轮和滚珠轴承故障诊断
5.1 齿轮常见故障
齿的断裂：在运行过程中承受载荷的轮齿，如同悬臂梁，其根部收 到脉冲循环的弯曲应力作用最大，当这种周期性应力超过齿轮材料 的疲劳极限时，会在根部产生裂纹，并逐步扩展。当剩余部分无法 承传动在何时就会发生断齿现象。 齿面疲劳： 齿轮在实际啮合过程中，既有相对滚动，又有相对滑 动，而且相对滑动的摩擦力在节点两侧的方向相反，从而产生脉动 载荷。载荷和脉动力的作用使齿轮表面层深处产生脉动裙环变化的 剪应力，当这种剪应力超过齿轮材料的疲劳极限时，接触表面将产 生疲劳裂纹，随着裂纹的扩展；最终使齿面剥落小片金属，在齿面 上形成小坑．称之为点蚀。当“点蚀”扩大连成片时，形成齿面上 金属块剥落。此外，村质不均匀或局部擦伤，也容易在某一齿上首 先出现接触疲劳，产生剥落。