典型轴承故障的4个发展阶段及频谱分析
轴承失效的九个阶段
轴承失效的九个阶段轴承失效是指轴承在使用过程中出现了各种故障，导致轴承不能正常工作。
轴承失效的过程可以分为九个阶段。
第一阶段：初始阶段轴承在使用前，就有可能存在一些缺陷，如材料的不均匀性、加工精度不够等。
这些缺陷在使用过程中逐渐显现出来，但是在初始阶段，这些缺陷对轴承的性能影响不大。
第二阶段：塑性变形阶段当轴承开始工作后，由于受到载荷的作用，轴承内部的材料会发生塑性变形。
这个阶段的特点是轴承内部出现微小的变形，但是这些变形并不会对轴承的性能产生明显的影响。
第三阶段：微裂纹阶段当轴承在工作中受到较大的载荷时，轴承内部的材料会出现微裂纹。
这个阶段的特点是轴承内部出现微裂纹，但是这些裂纹并不会对轴承的性能产生明显的影响。
第四阶段：表面疲劳阶段当轴承在工作中受到重复的载荷时，轴承表面会出现疲劳裂纹。
这个阶段的特点是轴承表面出现疲劳裂纹，但是这些裂纹并不会对轴承的性能产生明显的影响。
第五阶段：裂纹扩展阶段当轴承在工作中受到重复的载荷时，轴承表面的疲劳裂纹会逐渐扩展。
这个阶段的特点是轴承表面的疲劳裂纹逐渐扩展，但是这些裂纹并不会对轴承的性能产生明显的影响。
第六阶段：局部破坏阶段当轴承表面的疲劳裂纹扩展到一定程度时，轴承表面会出现局部破坏。
这个阶段的特点是轴承表面出现局部破坏，但是这些破坏并不会对轴承的性能产生明显的影响。
第七阶段：全面破坏阶段当轴承表面的局部破坏逐渐扩展到整个轴承表面时，轴承会出现全面破坏。
这个阶段的特点是轴承全面破坏，轴承失效。
第八阶段：过度磨损阶段当轴承在使用过程中，由于润滑不良或者其他原因，轴承表面会出现过度磨损。
这个阶段的特点是轴承表面出现过度磨损，但是这种磨损并不会对轴承的性能产生明显的影响。
第九阶段：润滑失效阶段当轴承在使用过程中，由于润滑不良或者其他原因，轴承内部的润滑膜破裂，导致轴承失去润滑。
这个阶段的特点是轴承失去润滑，导致轴承失效。
轴承失效的九个阶段
轴承失效的九个阶段
轴承失效的九个阶段如下：
1. 初始化阶段：轴承在使用之前，可能存在一些初始缺陷或损伤。
2. 起始阶段：轴承开始运转后，会出现一些初始磨损和摩擦，但通常不会对性能产生明显影响。
3. 加速阶段：随着运转时间的增加，轴承的磨损和摩擦逐渐加剧，可能导致一些微小的损伤。
4. 持续性阶段：在这个阶段，轴承的磨损和摩擦加剧，可能会导致更明显的损伤，轴承开始出现异常噪音和振动。
5. 进一步磨损阶段：轴承的磨损和摩擦继续加剧，可能导致更严重的损伤，轴承的性能开始下降。
6. 严重磨损阶段：轴承的严重磨损和摩擦可能导致轴承无法正常运转，出现严重的噪音、振动和过热等问题。
7. 失效前期阶段：在这个阶段，轴承的磨损和摩擦已经达到了临界点，可能导致轴承完全失效的风险增加。
8. 失效阶段：轴承无法正常运转，无法承受正常的负载，可能导致设备停机和生产中断。
9. 终末阶段：轴承失效后，可能需要更换轴承或进行修复，以恢复
设备的正常运转。
轴承故障诊断与分析
轴承故障诊断与分析
LOGO
主要内容
1 2 3 4
轴承相关简介 滚动轴承故障诊断与分析 滑动轴承故障诊断与分析
参考文献
LOGO
轴承（Bearing）是机械中的固定机件。当其他机件在轴上彼此产生 相对运动时，用来保持轴的中心位置及控制该运动的机件，就称之为 轴承。轴承是各种机电设备中的重要组成部件,在各个机械部门有着 广泛的应用。
LOGO
小波包分析
小波包分析(Wavelet Packet Analysis) 是一种比小波分析更精细的分析方 法,它将频带进行多层次划分,并对小波变换中没有细分的高频部分做进一步 分解,从而提高时频分辨率。 小波包分解是一种分解更为精细的分解方法,它不仅对低频段部分进行分解, 而且对高频段部分也进行分解,并能根据分析信号的特征,自适应地选择相应 的频带,使之与信号频谱相匹配,从而提高时频分辨率。因此,小波包分析可以 提取振动信号中能量突出的频带,分析其频率特征,找出故障产生的根源。
故 障 诊 断 技 术
时频域分析 光纤诊断分析 油液诊断分析 轴承润滑状态监测诊断法 声学诊断分析（基于声发射）
热诊断（热成像诊断和温度诊断）
LOGO
基于振动信号诊断技术及分析
基于振动信号的诊断技术能够诊断大多数滚动轴 承故障，其优点是可在运动中测得轴承信号。目 前国内外开发生产的各种滚动轴承故障诊断与监 测仪器大都是根据振动法的原理制成的。 步骤：
LOGO
小波变换
小波变换是时间(空间)频率的局部化分析，它通过伸缩平 移运算对信号(函数)逐步进行多尺度细化，最终达到高频 处时间细分，低频处频率细分，能自动适应时频信号分析 的要求，从而可聚焦到信号的任意细节，有人把小波变换 称为“数学显微镜”。 小波分析是调和分析的重大突破。它继承和发展了Gobor 变换的局部化思想，同时又克服了窗口大小不随频率变化、 缺乏离散正交基的缺点，不仅是比较理想的局部频谱分析 工具，而且在时域也具有良好的局域性。通过小波分解能 够把任何信号(平稳或非平稳)映射到由一个小波伸缩、平 移而成的一组基函数上，在通频范围内得到分布在各个不 同频道内的分解序列，其信息量是完整的。
滚动轴承故障诊断的频谱分析
滚动轴承故障诊断的频谱分析滚动轴承在机电设备中的应用非常广泛，滚动轴承状态的好坏直接关系到旋转设备的运行状态，因此在实际生产过程中作好滚动轴承的状态监测与故障诊断是搞好设备维修与管理的重要环节。
滚动轴承在其使用过程中表现出很强的规律性，并且重复性强。
正常优质轴承在开始使用时振动和噪声均比较小，但频谱有些散乱，幅值比较小。
运动一段时间后，振动和噪声保持在一定水平，频谱比较单一，仅出现一，二倍频，极少出现三倍工频以上频谱，轴承状态非常平稳，进入稳定工作期。
持续运行后进入使用后期，轴承振动和噪声开始增大，有时出现异音，但振动增大的变化比较缓慢，此时，轴承峭度值开始突然到达一定值。
可以认为此时轴承出现了初期故障。
这时就要对轴承进行严密监测，密切注意其变化。
此后轴承峭度值又开始快速下降，并接近正常值，而振动和噪声开始显著增大，其增大幅度开始加快，其振动超过标准时（ISO2372），其轴承峭度值也开始快速增大，当轴承超过振动标准，峭度值也超过正常值时，可认为轴承已进入晚期故障，需要及时检修设备，更换滚动轴承。
1、滚动轴承故障诊断方式振动分析是对滚动轴承进行状态监测和故障诊断的常用方法。
一般方式为：利用数据采集器在设备现场采集滚动轴承振动信号并储存，传送到计算机，利用振动分析软件进行深入分析，从而得到滚动轴承各种振动参数的准确数值，进而判断这些滚动轴承是否存在故障。
采用恩递替公司的Indus3振动测量分析系统进行大中型电机滚动轴承的状态监测和故障诊断，经过近几年实际使用，其效果令人非常满意。
要想真实准确反映滚动轴承振动状态，必须注意采集信号的准确真实，因此要在离轴承最近的地方安排测点。
2、滚动轴承正常运行特点与诊断技巧滚动轴承的运转状态在其使用过程中有一定的规律性，并且重复性非常好。
例如，正常优质轴承在开始使用时，振动幅值和噪声均比较小，但频谱有些散乱(图1)这可能是由于制造过程中的一些缺陷，如表面毛刺等所致。
滚动轴承故障解释和频率计算-Read
滚动轴承故障四种类型频率
第一种频率：
随机的，超声频率 -- 振动尖峰能量( g SE )，高频加速度( HFD)和 冲击脉冲( SPM )；
第二种频率：
轴承零部件的自振频率 -- 在500到2000赫兹频率 范围内，与转速 无关 ；
第三种频率：
旋转的故障频率 --- 轴承的内环故障(BPFI)，外环 故障(BPFO)， 滚动体故障(BSF)和保持架故障(FTF)；
– 如果不对中超过0.001in/in，会产 生轴承和轴承座异常温升，和保 持架球磨损
配合松动
– 配合松动导致配合部件的相对运 动，如果这个相对运动轻微但不 间断，则产生磨损
– 这种磨损产生颗粒，并氧化成特 殊的棕色。这导致研磨和松动加 大。
– 如果松动增大到内圈或外圈的显 著运动，安装表面（孔径，外径 和侧面）将磨损和发热，引起噪 声和胱动。
腐蚀
– 其征兆是在滚道、滚子、保 持架或其他位置出现红棕色 区域
– 原因是轴承接触腐蚀性流体 和气体
– 严重情况下，腐蚀引起轴承 早期疲劳失效
– 除掉腐蚀流体，尽可能使用 整体密封轴承
ZhangHuiMin
轴承故障原因及其解决
不对中
– 不对中的征兆是滚珠在滚道上产 生的磨痕与滚道边缘不平行
，导致振动加大和磨损 – 清洁环境，工具，规范操作。新轴承的储
运。
润滑油失效
– 滚道和滚子的变色（蓝、棕）是润滑失效 的征兆，随之产生滚道、滚子和保持架磨 损，导致过热和严重故障。
– 滚动轴承的正常运行取决于各部件间存在 良好油膜
– 失效常常由润滑不足和过热引起
ZhangHuiMin
轴承故障原因及其解决
滚动轴承故障频谱分析
元件打击内外环跑道上的缺陷的间断的冲击激起它们的自振频
率。但故障扩展到微观大小时，它们开始激起这些轴承零部件
的自振频率，成为“第二个检测症兆”。故障恶化时，可引起更大
的冲击，这些更大的冲击产生更大的自振频率尖峰响应。磨损
严重时，在这些共振附近出现更多频率分量，它们中许多是这
些自振频率的 1X 转速的边带（往往，这些调制尖峰以轴承的故
华电福建湄洲湾火电营运分公司-滚动轴承故障频谱分析
频率、BSF-滚动体故障频率、BPOR-内环故障频率、BPIR外环故障频率。 FTF、BSF、BPOR、BPIR 简易计算公式。 轴承故障频率都是转速频率的非整数倍。 正常情况下滚动轴承故障频率不应存在，当存在轴承故障 频率时，可以说明轴承至少发出初始故障信号。然而，应 该明确一点：这些轴承故障频率的出现未必意味着轴承内 一定是轴承已损坏，由于轴承润滑不佳，发生金属对金属 的接触，轴承承受不适当的负载（过大的压配合-过盈配合 偏大，对不承受轴向推力的轴承施加了轴向推力，推力轴 承反向安装等等），也将出现轴承的故障频率。 内环故障频率+外环故障频率=滚动体通过频率（Nb×X）。 无论是内环还是外环故障，都有 1X 转速的边带，不转的 环边带要比转动的环边带多。如果内环两侧被 1X 转速边 带族环绕时，说明损坏的程度更严重。 解释内、外环故障往往伴有 1X 转速频率的边带？ 内环、外环故障频率的相对幅值：外环故障频率的幅值高 于内环故障频率的幅值，只要是传感器靠近外环的原因。 轴承故障频率通常出现的次序：通常轴承故障的顺序轴承 内和外环→滚动体和保持架。此后，保持架故障频率以基 频或以其它频率的边带形式出现。滚动体故障频率有时以 边带形式出现在轴承内环/外环故障频率的左右侧。
常见故障频谱分析
2020年4月
目录
1
典型故障识别
二2、
典型频谱分析
三3、
案例介绍
2
一、典型故障识别
1X频以下：轴承保持架、油膜涡动、紊流、低频响应 1X-10X频：
－不平衡，1X －不对中，1X，2X －轴弯曲，1X，2X －松动，1X－10X －叶片通过频率，叶片数X工频 大于10X频：
动相位差为180度。（此类振动是由于地脚螺栓、胎板或水泥浆松动引起，会产生1倍频的振
6
三、松动
3、轴承座松动
二、典型频谱分析
特征：径向1X、2X和3X波峰。
频谱有上显示1X，2X和3X处有振动分量，但通常没有其它谐波，在严重的情况下还会有0.5X 的的波峰。相位也被用来辅助识别这种故障。轴承和基础间有180度的相位差
结构设计不合理 制造和安装误差 材质不均匀 转子的腐蚀、磨损、结垢 零部件的松动及脱落
不同原因引起的转子不平衡故障规律接近，但各有特点，在分析时 需仔细了解设备运行历史
6
二、不对中
1、平行不对中
二、典型频谱分析
特征：径向2X波峰，径向1X低幅波峰（垂直或水平方向上）。
如果不对中轴的中心线平行但不共线，这样的不对中称为平行不对中（或相离不对中）。平 行不对中在各个轴的联结端产生剪切应力和弯曲变形。联轴器两端的轴承，会在径向（垂直 和水平方向上）上产生高强度的1X和2X振动。在多数情况下，2X处的幅度要高于1X。对于单 纯的平行不对中，轴向上1X和2X处的振幅都很小。沿联轴器检测到的振动在轴向和径向上异 相，并且轴向上的相位差为180度。
6
二、典型频谱分析 四、共振、轴弯曲、偏翘轴承
1、共振
特征：频谱中通常只在一个方向有“峰丘”出现。
轴承故障诊断技术及发展现状和前景
轴承故障诊断技术及发展现状和前景摘要本文分析了轴承故障信号的基本特征,并将共振解调技术的原理和基于振动信号的信号处理方法用于滚动轴承的故障诊断. 在实践中运用该技术手段消减了背景噪声的干扰,提高了轴承的信噪比, 取得了与实际情况完全吻合的诊断结果。
并概述了滚动轴承故障监测和诊断工程与试验应用技术的现状，并预测了滚动轴承故障监测和诊断技术应用新进展和发展方向。
关键词：滚动轴承；共振解调；小波分析；信噪比(SN R )；变速箱；故障监测；信号处理；故障诊断；应用技术。
1 轴承故障信号的基木特征机器在正常工作的条件下其转轴总是匀速转动的. 由轴承的结构可知,当轴承某元件的工作而产生缺陷时,由加速度传感器所测取到的轴承信号具有周期性冲击的特征，由信号理论可知, 时域中短暂而尖锐的冲击信号变换到频域中去时必具有宽频带的特性, 而非冲击的干扰信号则不具有上述特性，所以时域中的周期性冲击与频域中的宽频带特性构成了轴承故障信号区别于其它非冲击性干扰信号的基木特征。
2 用共振解调技术提高轴承信号的信噪比我们来考察一下用共振解调技术提高轴承信号信噪比的过程。
传感器拾取到的轴承信号包含两部分内容, 即轴承的故障信号和干扰噪声两部分。
带通滤波器的中心频率与传感器的安装片振圆频率相一致, 它将保存被传感器的共振响应所加强了的冲击性故障信号, 滤除掉频率较低的干扰噪声信号, 这种保留下来的瞬态冲击信号经过包络检波器后就形成了一个与故障冲击重复频率相一致的包络脉冲串, 然后对该脉冲串进行普分析便在低频域内得到一个与冲击币复频率相一致的峰值。
峰值的大小反映了冲击的强弱即故障的严重程度这样我们就借助共振解调技术实现了故障信号与干扰信号的分离, 并在低频域内重新得到了故障冲击的信息。
而在常规的信号分析与处理过程中一开始就使用了抗混频滤波器(低通滤波器这种分析方法没有利用轴承故障信号的特点, 经抗混频滤波器后将被传感器的共振以加强放大了的故障特征信号无情地滤除了, 所剩下的只是强大的背景噪声信号及微弱的故障特征信号, 因此用常规的信号分析方法难以排除干扰信号的影响而采用共振解调技术就可以排除背景噪声的干扰, 提高轴承故障诊断的有效率。
滚动轴承故障诊断频谱分析
滚动轴承故障诊断频谱分析滚动轴承在机械设备中扮演着重要的角色，但随着使用时间的增加，轴承可能会出现故障。
为了及时发现和诊断轴承故障，频谱分析是一种常用的方法。
本文将详细介绍滚动轴承故障的频谱分析原理、方法和应用。
频谱分析是一种将时域信号转换为频域信号的技术，通过分析频谱图可以获得轴承故障所产生的频率信息，从而诊断轴承故障类型和程度。
轴承故障通常会产生一些特征频率，如滚珠轴承故障产生的频率一般为滚动频率、内圈频率、外圈频率等。
通过对这些特征频率的分析，可以准确判断轴承故障的类型，如滚子瓦损坏、滚道脱落等。
频谱分析的方法主要有两种：时域频谱分析和频域频谱分析。
时域频谱分析是通过将时域信号进行快速傅里叶变换，将其转换为频域信号。
频域频谱分析是通过对信号进行谱分解，然后计算信号的能量谱密度，从而得到频域信号的频谱图。
这两种方法各有优劣，可以根据实际需要选择适合的方法。
滚动轴承故障的频谱分析主要包括以下几个步骤：信号采集、数据预处理、频谱分析和故障诊断。
信号采集是指通过传感器等设备将轴承运行时的振动信号采集下来，通常采集的信号有时间域振动信号、加速度信号和速度信号等。
数据预处理是对采集的信号进行滤波、降噪和修正等处理，目的是提高分析结果的准确性。
频谱分析是核心部分，可以通过FFT（快速傅里叶变换）等算法将时域信号转换为频域信号。
然后通过对频域信号进行谱分解，得到频谱图，可以观察到各种故障产生的特征频率。
故障诊断是根据频谱图的分析结果判断轴承故障的类型和程度，以及采取相应的维修措施。
频谱分析在滚动轴承故障诊断中有着广泛的应用。
它可以帮助工程师在轴承故障发生前及时发现问题，避免故障对设备造成更大的损坏。
此外，频谱分析还可以帮助工程师判断维修的紧急程度，提高设备的维修效率和可靠性。
总之，滚动轴承故障的频谱分析是一种有效的方法，可以帮助工程师及时发现和诊断轴承故障，并采取相应的维修措施。
通过合理使用频谱分析技术，可以提高设备的运行可靠性和寿命。
滚动轴承四个部件故障频谱出现情况分析
1 滚动轴承部件的故障频率是转速（N）的分数倍。
2 故障频率按频率高低排列保持架、滚子、外环、内环。
3 滚动轴承的故障频率是如何产生？从物理意义上解释？4 保持架频率FTF一般不以基频出现。
以基频方式出现以FTF的谐频出现为BSF故障频率的边带为BPFO故障频率的边带（差频、和频方式）为BPFI故障频率边带（差频、和频方式）同时伴随BSF故障频率，但滚动体不一定损坏5 滚珠、滚棒的频率BSF以其基频出现同时伴随FTF的基频出现为BPFO、BPFI故障频率的边带X个滚珠有问题，则产生X*BSF频率6 BPFO以基频及谐频出现N为边带（加、减）以FTF为边带以BSF为边带7 BPFI基频及谐频N为边带（加、减）8 内、外环故障频率的和频=滚动体通过频率9 判别轴承损坏程度在同一机器上幅值越大、损坏程度越大。
对于越低的转速，其幅值虽小，但损坏程度也大。
对于轴承故障频率的允许振动幅值没有一个标准，因受机器类型、转速、轴承故障传递通路有关。
BPFI、BPFO有N、FTF、BSF边带，指示损坏严重。
轴承故障频率存在谐波频率，如果这些频率还伴有1X转速频率或轴承其它故障频率边带的话，这时轴承的损坏、磨损将与测量所得的幅值没有关系，将说明轴承损坏严重，应尽快更换轴承。
即使有明显的滚动体故障，但不会出现BSF的基频或其谐频，而以其它频率的边带出现。
BPFI、BPFO→谐波BPFI、BPFO→BPFI、BPFO带有1X 转速边带。
在滚动轴承故障频率分析中，强调的不是幅值而是频率中的成份。
但故障进一步恶化时，其幅值反而下降。
（上述资料由麦子-Maize整理，参考ENTEK故障诊断一书，由吴震球先生翻译）。
轴承失效的九个阶段
【图文并茂】涨姿势！轴承失效9个阶段频谱图，你get了吗？滚动轴承是机器中最精密的部件,但由于种种原因，通常只有10％到20％的轴承使用寿命能达到它们的设计寿命。
动轴承在使用过程中由于很多原因造成其运行环境达不到使用要求从而导致失效或损坏，常见的失效形式有剥落、磨损、塑性变形、腐蚀、烧伤、电腐蚀、保持架损坏等。
轴承失效一般会经历9个阶段，每个阶段在频谱上会表现出不同的症状。
第1阶段，频谱如图：频率范围在20 KHz～60 KHz之间或更高；普通的频谱上不会出现任何指示，通常用峰值能量、HFD、冲击脉冲、SEE等超音频测量仪器测量。
图1 轴承失效第1阶段频谱第2阶段，频谱如图：在共振（固有）频率处发出铃叫声，共振频率还作为载波频率调制轴承的故障频率。
图2 轴承失效第2阶段频谱第3阶段，频谱如图：出现轴承故障频率；当轴承磨损进一步加剧，峰值将随着时间线性增加。
图3 轴承失效第3阶段频谱第4阶段，频谱如图：故障频率将产生谐波，这表明发生了一定程度的冲击；故障频率的谐波有时会比基频峰更早被发现；同时，时域波形中也会出现冲击脉冲显示。
图4 轴承失效第4阶段频谱建议结合对数坐标进行分析，及时发现轴承故障的早期显示。
使用加速度传感器，不要进行积分。
加速度能突出信号中的高频成分.图5 轴承失效第4阶段频谱（这个是什么图）第5阶段，频谱如图：出现更多轴承故障谐波，由于故障自身的性质，还会出现边频带；时域波形上的尖峰波将更加清晰和明显；高频率轴承检测，如峰值能量和冲击脉冲趋势持续上升；能够从频谱中看到谐波，特别是边带后，轴承磨损就已经能够用肉眼观察到了。
图6 轴承失效第5阶段频谱第6阶段，频谱如图：1X幅值增大，并出现1X的谐波，这是由于磨损引起间隙增大的结果。
图7 轴承失效第6阶段频谱第7阶段，频谱如图：故障频率及其边频带变成峰丘状，经常被叫作“干草堆”，还能听到轴承发出的噪声；高频率的轴承测量值可能会逐渐减少。
滚动轴承故障频谱特征分析
发电厂中的滚动机械很多，作为重要部件的滚动轴承广泛用于电厂各类机械驱动系统中。
滚动轴承的作用是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失，是一种精密的机械元件。
滚动轴承具有使用维护方便，工作可靠，起动性能好，在中等速度下承载能力较高等优势，也有减振能力较差，高速时寿命低，声响较大等劣势。
工作中的滚动轴承即使润滑良好，安装正确，防尘防潮严密，运转正常，最终也会因为滚动接触表面的疲劳而失效。
滚动轴承的损坏会导致机械系统出现故障，严重情况下甚至会造成人身伤害。
为保证机械系统的正确运行以及人身安全，需要采取有效的轴承故障分析方法，尽早发现故障以采取应对措施。
一、滚动轴承常见故障1.磨损。
滚动轴承内滚道与滚动体的相对运动会产生磨损；多尘环境中外界的尘土、杂质侵入到轴承内，也会使滚道与滚动体表面产生磨损；润滑不良，还会产生黏着磨损，这种黏着磨损随着轴承转速越高会日益加剧。
还有一种微振磨损，即滚动轴承不旋转但出于振动中时，滚动体与滚道接触面间存在往复的微小滑动，在滚道上产生波纹状的磨痕。
磨损产生后，表面粗糙度增大，轴承游隙加大，运动精度降低，噪声和振动都会增强。
2.疲劳剥落。
工作时轴承滚动体表面与滚道由于交变载荷的作用，先在轴承表面下一定深度处产生裂纹，裂纹逐步扩展至接触表层产生剥落坑，随着时间的增长剥落坑进一步增大会导致滚动体或滚道的局部表层金属大面积剥落，使轴承产生振动和噪声。
3.腐蚀。
当有电流通过滚动轴承内部时，滚动体和滚道间接触点处引起火花使轴承表面局部熔融，产生波纹状凹凸不平；水分、空气水分的直接侵入滚动轴承也会引起轴承表面的锈蚀。
此外，轴承套圈在轴颈或座孔中的微小相对运动也会造成微振腐蚀。
4.塑性变形。
热变形引起的额外载荷、过大的静载荷或冲击载荷、高硬度异物的侵入等情况的发生，会在滚动轴承滚道表面形成划痕或不均匀的凹痕，压痕产生后会进一步加大冲击载荷引起附近表面的剥落，引起轴承塑性变形，进一步加剧轴承振动和噪声。
滚动轴承故障诊断技术研究
滚动轴承故障诊断技术研究摘要: 滚动轴承是机器的易损件之一。
滚动轴承故障诊断的传统方法和现代方法有冲击脉冲法、共振解调法、小波分析法等。
滚动轴承诊断技术的发展方向为非线性理论、现代信号处理技术与智能诊断技术的融合、信号处理技术之间的相互融合。
关键词: 滚动轴承；故障诊断；冲击脉冲；共振解调技术；小波变换；遗传算法0 前言滚动轴承是机器的易损件之一,据不完全统计, 旋转机械的故障约有30%是因滚动轴承引起的, 由此可见滚动轴承故障诊断工作的重要性。
如何准确判断出它的末期故障是非常重要的, 可减少不必要的停机修理,延长设备的使用寿命, 避免事故停机。
滚动轴承在运转过程中可能会由于各种原因引起损坏, 如装配不当、润滑不良、水分和异物侵人、腐蚀和过载等。
即使在安装、润滑和使用维护都正常的情况下,经过一段时间运转,轴承也会出现疲劳剥落和磨损。
总之, 滚动轴承的故障原因是十分复杂的,因而对作为运转机械最重要件之一的轴承, 进行状态检测和故障诊断具有重要的实际意义, 这也是机械故障诊断领域的重点。
1 滚动轴承故障诊断技术的发展和现状1.1 国外发展概况国外对滚动轴承的监测与诊断开始于20 世纪60 年代。
至今为止的超过40 年的时间内, 随着科学技术的不断发展, 滚动轴承的诊断技术亦不断向前发展。
现在在工业发达国家, 滚动轴承工况监测与故障诊断技术己经实用化和商品化。
总的来说, 该技术的发展可以分为四个阶段。
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,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技术得到很大发展，随之而来的是各种通用的频谱分析仪纷纷问世。
人们通过频谱分析仪分析轴承振动信号频谱中是否出现故障特征频率来判断轴承是否有故障。
由于背景噪声的影响, 频谱图往往比较复杂, 轴承的特征频率在故障初期很难识别出来。
另外, 当时频谱仪的价格很昂贵, 所以没能得到普及利用。
轴承失效的九个阶段
轴承失效的九个阶段
1.起始阶段：在起始阶段，轴承表现正常，但可能存在轻微的振动、噪音或温度升高。
2. 轻微磨损阶段：轴承开始出现轻微磨损，可能会出现金属刮擦的声音。
此时轴承的寿命还有很长一段时间。
3. 加重磨损阶段：轴承的磨损不断加重，可能会出现振动、噪音和温度升高等异常现象。
此时轴承的寿命已经进入到中期。
4. 初期失效阶段：在此阶段，轴承表现出明显的振动、噪音和温度升高等异常现象。
轴承的寿命已经接近末期。
5. 晚期失效阶段：在晚期失效阶段，轴承的表现更加明显，可能会出现金属碎片、轴承锈蚀、变形等现象。
此时轴承的寿命已经到达极限。
6. 分离阶段：在分离阶段，轴承已经完全失效，无法继续运转，需要进行更换。
7. 损坏阶段：在损坏阶段，轴承已经发生严重损坏，可能会导致机器停机。
8. 腐蚀阶段：在腐蚀阶段，轴承可能会因为长期受潮、腐蚀而失效，需要进行更换。
9. 疲劳阶段：在疲劳阶段，轴承可能会因为长期受力、振动而发生疲劳断裂，导致机器停机，需要进行更换。
- 1 -。
典型轴承故障的4个发展阶段及频谱分析
典型轴承故障的4个发展阶段及频谱分析解调频谱作为一个早期指示故障的测量参数，检查正常频谱和解调频谱：1.都没有故障频率，状态良好，作为基线继续监测；2.只在解调频谱存在故障频率，早期故障指示或需要润滑；3.在两种频谱中存在谱峰值，计划下一次维修时更换轴承；4.只在正常频谱中存在谱峰值，同时在解调频谱中噪声水平升高，应立即更换。
轴承故障劣化发展不是按线性规律，而是按指数规律变化！轴承故障发展的四个阶段频谱I.初始阶段a.噪声正常b.温度正常c.可用超声、振动解调谱、声发射测量出来；d.轴承外环有缺陷e.振动总量比较小，无离散的轴承故障频率尖峰f.轴承剩余寿命大于B-10规定的10％II.第二阶段a.噪声略增大b.温度正常c.超声、声发射、振动解调频谱明显增大，轴承外环有缺陷d.振动总量略增大(振动加速度总量和振动速度总量)e.对数刻度频谱上可清楚看到轴承故障频率，线性刻度频谱上难得看到，噪声地平明显提高f.轴承剩余寿命大于B-10规定的5％III.第三阶段a.可听到噪声b.温度略升高c.非常高的超声、声发射，解调频谱通频值，轴承外环有故障d.振动加速度总量和振动速度总量有大的增加e.在线性刻度的频谱上清楚地看出轴承故障频率及其谐波和边带f.振动频谱噪声地平明显提高g.轴承剩余寿命大于B-10规定的1％IV．第四阶段a.噪声的强度改变b.温度明显升高c.超声，声发射，振动尖峰能量迅速增大，随后逐渐减小d.轴承外环处在损坏之前故障状态e. 振动速度总量和振动位移总量明显增大，振动加速度总量减小f. 较低的轴承故障频率占优势的振动尖峰，振动频谱中噪声地平非常高g.轴承剩余寿命大于B-10规定的0.2％综上所述，通过对影响，缩短股东轴承寿命的分析，得出不同轴承故障的解决、预防措施，根据滚动轴承解调分析原理得到轴承故障频谱曲线，结合滚动轴承故障发展的四个阶段特征，判断轴承工作状态，能很好的监控滚动轴承的运行状况及时准确地判断滚动轴承更换周期，确保设备的正常维修及运行。
典型故障及特征频谱
1.不平衡 不平衡故障症状特征：
振动主频率等于转子转速 径向振动占优势 振动相位稳定 振动随转速平方变化 振动相位偏移方向与测 量方向成正比
90 度
1.1 力偶不平衡 力偶不平衡症状特征：
同一轴上相位差 180 度
总存在 1X 转速频率而且占优势
1X 轴向及径向
频率
大连宇明设备诊断技术有限公司
-3-
常见典型振动故障及其典型特征谱
2.不对中 2.1 角向不对中 角向不对中症状特征：
特征是轴向振动大
联轴器两侧振动相位差 180 度
典型地为 1X 和 2X 转速大的轴
向振动
通常不是 1X，2X 或 3X 转速频 幅
率占优势
值
症状可指示联轴器故障
出现滚动轴承故障频率及其谐波频率随着磨损严重出现故障频率的许多谐波频率边带数也增多在此阶段磨损可以用肉眼看见并环绕轴承的圆周方向扩展2x1x2xfhtfht频率幅值2000赫兹1x频率幅值2x500赫兹轴承故障频率区gse总量2000赫兹频率幅值2x500赫兹轴承故障频率区gse总量2000赫兹频率幅值2x500赫兹gse总量1x1x故障第二阶段故障第三阶段故障第一阶段bpfobpfi轴承零件共振频率fn轴承零件共振频率fnn常见典型振动故障及其典型特征谱大连宇明设备诊断技术有限公司13144滚动轴承故障发展的第四阶段滚动轴承故障发展的第四阶段症状特征
气穴将产生随机的，叠加在叶片 通过频率（BPF）上的高频宽带 能量振动 通常说明进口压力不当 如果任凭气穴现象存在，则可能 导致叶轮的叶片腐蚀和泵壳体腐 蚀 声音听起来像砂石经过泵的声音
BPF----叶片通过频率
幅
值
1X
1XBPF 宽带随机谱
旋转机械故障诊断-滚动轴承
保持架旋转频率
fc
1 2
(1
d D
cosα) fr
fc 0.4 fr
轴承不良间隙或滚道磨损量增大都会激励起轴承的振动
水龙
振幅被调制 振幅未调制 振幅被调制
※ 激励起轴承组合构件的固有频率振动——加速度增大 ※ 轴承轴颈偏心严重 —— 引发的“甩转”振动越大，注意：可能有超量程位移值 ※ 减小轴承游隙是降低或消除滚动体承载刚度变化所引发振动的有效措施
cos2 α) fr
—— 滚动体的自转频率； —— 滚动体在保持架上的通过频率； —— 滚动体通过内圈或外圈的频率。
水龙
fb-1
t
fc1
三、轴承故障特征频率分析
3、轴承故障特征频率分析 ——保持架损伤 振动特征
保持架损伤的形式
※ 保持架摩擦
保持架与内滚道摩擦 保持架与外滚道摩擦
※ 保持架断裂卡死
加工装配
素
运Байду номын сангаас故障
轴系 传递
外 部
轴系平衡
因 素
轴系对中
激励
轴承和轴承座及
外壳组成的系统
传感器拾取的 综合振动信号
结构特点 滚动体数目、列数差异；滚动体在不同运转部 位发生的载荷差异等——使承载刚度发生变化 加工装配 加工波纹度；粗糙度；形位误差；装配误差 运行故障 轴承表面疲劳损伤；磨损；腐蚀
轴系不平衡力 轴系不平衡离心力使轴承产生强迫振动，
脉冲信号幅值强度作周期 变化，fi脉冲信号幅值被 调制，调制频率为： ■ 转频fr 或保持架频率fc
※ 频率结构为：
■ nfi ±fr (n=1,2,...)或
■ nfi ±fc (n=1,2,...)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
典型轴承故障的4个发展阶段及频谱分析
解调频谱作为一个早期指示故障的测量参数，检查正常频谱和解调频谱：
1.都没有故障频率，状态良好，作为基线继续监测；
2.只在解调频谱存在故障频率，早期故障指示或需要润滑；
3.在两种频谱中存在谱峰值，计划下一次维修时更换轴承；
4.只在正常频谱中存在谱峰值，同时在解调频谱中噪声水平升高，应立即更换。
轴承故障劣化发展不是按线性规律，而是按指数规律变化！
轴承故障发展的四个阶段频谱
I.初始阶段
a.噪声正常
b.温度正常
c.可用超声、振动解调谱、声发射测量出来；
d.轴承外环有缺陷
e.振动总量比较小，无离散的轴承故障频率尖峰
f.轴承剩余寿命大于B-10规定的10％
II.第二阶段
a.噪声略增大
b.温度正常
c.超声、声发射、振动解调频谱明显增大，轴承外环有缺陷
d.振动总量略增大(振动加速度总量和振动速度总量)
e.对数刻度频谱上可清楚看到轴承故障频率，线性刻度频谱上难得看到，噪声地平明显提高
f.轴承剩余寿命大于B-10规定的5％
III.第三阶段
a.可听到噪声
b.温度略升高
c.非常高的超声、声发射，解调频谱通频值，轴承外环有故障
d.振动加速度总量和振动速度总量有大的增加
e.在线性刻度的频谱上清楚地看出轴承故障频率及其谐波和边带
f.振动频谱噪声地平明显提高
g.轴承剩余寿命大于B-10规定的1％
IV．第四阶段
a.噪声的强度改变
b.温度明显升高
c.超声，声发射，振动尖峰能量迅速增大，随后逐渐减小
d.轴承外环处在损坏之前故障状态
e. 振动速度总量和振动位移总量明显增大，振动加速度总量减小
f. 较低的轴承故障频率占优势的振动尖峰，振动频谱中噪声地平非常高
g.轴承剩余寿命大于B-10规定的0.2％
综上所述，通过对影响，缩短股东轴承寿命的分析，得出不同轴承故障的解决、预防措施，根据滚动轴承解调分析原理得到轴承故障频谱曲线，结合滚动轴承故障发展的四个阶段特征，判断轴承工作状态，能很好的监控滚动轴承的运行状况及时准确地判断滚动轴承更换周期，确保设备的正常维修及运行。