滚动轴承频谱分析及故障诊断
(完整word版)滚动轴承故障诊断分析
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。
(完整word版)(整理)滚动轴承故障诊断分析章节
滚动轴承故障诊断滚动轴承是应用最为广泛的机械零件质疑，同时，它也是机器中最容易损坏的元件之一。
许多旋转机械的故障都与滚动轴承的状态有关。
据统计，在使用滚动轴承的旋转机械中，大约有30%的机械故障都是由于轴承而引起的。
可见，轴承的好坏对机器工作状态影响极大。
通常，由于轴承的缺陷会导致机器产生振动和噪声，甚至会引起机器的损坏。
而在精密机械中（如精密机床主轴、陀螺等），对轴承的要求就更高，哪怕是在轴承上有微米级的缺陷，都会导致整个机器系统的精度遭到破坏。
最早使用的轴承诊断方法是将听音棒接触轴承部位，依靠听觉来判断轴承有无故障。
这种方法至今仍在使用，不过已经逐步使用电子听诊器来替代听音棒以提高灵敏度。
后来逐步采用各式测振仪器、仪表并利用位移、速度或加速度的均方根值或峰峰值来判断轴承有无故障。
这可以减少对设备检修人员的经验的依赖，但仍然很难发现早期故障。
随着对滚动轴承运动学、动力学的深化研究，对轴承振动信号中频率成分和轴承零件的几何尺寸及缺陷类型的关系有了比较清楚的了解，FFT级数的发展也使得利用频率域分析和检测轴承故障成为一种有效的途径。
也是目前滚动轴承监测诊断的基础。
从发展的历程看，滚动轴承故障检测诊断技术大致经历了以下阶段：1961年，W.F.Stokey完成了轴承圈自由共振频率公式的推导，并发表；1964年，O.G.Gustafsson研究了滚动轴承振动和缺陷、尺寸不均匀及磨损之间的关系，这与目前诊断滚动轴承故障的方法是基本一致的；1969年，H.L.Balderston根据滚动轴承的运动分析得出了滚动轴承的滚动体在内外滚道上的通过频率和滚动体及保持架的旋转频率的计算公式。
至此，有关滚动轴承监测诊断的理论体系已经基本完成；1976年，日本新日铁株式会社研制了MCV-021A机器检测仪，其方法是通过检测低频、中频和高频段轴承的信号特征来判断轴承的工作状态；1976～1983年之间，日本精工公司也积极在滚动轴承检测仪器方面做工作，相继推出了NB系列轴承检测仪，利用1～15kHz范围内的轴承振动信号的有效值（rms）和峰峰值（p－p）来诊断轴承的故障；1980年代至今，以改良频率分析的方法来精密诊断滚动轴承的故障、确定故障位置，一直是精密诊断采取的必备方法，其中包括细化谱分析、倒频谱分析、共振解调技术、包络分析技术等。
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
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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。
滚动轴承故障诊断
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。
基于时域和频域分析的滚动轴承故障诊断
基于时域和频域分析的滚动轴承故障诊断一、本文概述随着工业技术的不断发展，滚动轴承作为旋转机械中的关键部件，其运行状态直接影响到设备的性能与安全性。
然而，由于工作环境的恶劣、长时间运行以及维护不当等因素，滚动轴承常常会出现各种故障，如疲劳剥落、磨损、裂纹等。
这些故障不仅会降低设备的运行效率，还可能引发严重的安全事故。
因此，对滚动轴承进行故障诊断技术的研究具有重要意义。
本文旨在探讨基于时域和频域分析的滚动轴承故障诊断方法。
文章将简要介绍滚动轴承的工作原理及其常见故障类型，为后续的分析和诊断奠定基础。
然后，重点阐述时域分析和频域分析的基本原理及其在滚动轴承故障诊断中的应用。
时域分析主要关注轴承振动信号的时序特征，通过提取信号中的幅值、相位、频率等信息，揭示轴承的运行状态。
而频域分析则通过对信号进行频谱转换，分析轴承在不同频率下的振动特性，进一步识别潜在的故障特征。
通过结合时域和频域分析，本文旨在提供一种全面、有效的滚动轴承故障诊断方法。
这种方法不仅能够准确识别轴承的故障类型，还能对故障程度进行定量评估，为设备的维护和管理提供有力支持。
本文还将对现有的故障诊断方法进行比较和评价，探讨各种方法的优缺点及适用范围，为相关领域的研究和实践提供参考和借鉴。
二、滚动轴承故障类型及原因滚动轴承作为机械设备中的重要组成部分，其运行状态直接影响到整个设备的性能和稳定性。
因此，对滚动轴承的故障诊断至关重要。
滚动轴承的故障类型多种多样，主要包括疲劳剥落、磨损、腐蚀、裂纹和塑性变形等。
这些故障的产生往往与多种因素有关，如材料质量、制造工艺、运行环境、操作维护等。
疲劳剥落是滚动轴承最常见的故障类型之一，主要是由于轴承在循环应力作用下，材料表面发生疲劳破坏，形成剥落坑。
疲劳剥落的原因主要包括轴承材料的疲劳强度不足、循环应力过大、润滑不良等。
磨损是轴承在运行过程中，由于摩擦力的作用导致材料逐渐损失的现象。
磨损的原因主要包括润滑不良、异物侵入、材料耐磨性不足等。
第五章_滚动轴承的故障监测和诊断
图
滚动体损伤振动情况
４、轴承偏心 当滚动轴承的内圈出现严重磨损等情况时，轴承会出现偏心 现象，当轴旋转时，轴心（内圈中心）便会绕外圈中心摆动， 如图4示，此时的振动频率为nfr（n＝1, 2,…）。
图
滚动轴承偏心振动特征
实例
• 6210轴承的监测与诊断 • 一台单级并流是鼓风机，其结构如图。该机组自 86 年 1 月30日起，测点③的振动加速度逐渐增加至正常值10倍，为 查明原因，对测点③的振动信号进行频谱分析。
第二节 滚动轴承的失效形式
滚动轴承常见的失效形式：
滚动轴承尺寸的选择2
疲劳点蚀或剥落
磨 损
胶 合
断 裂
保持架损坏
烧 伤
第三节 滚动轴承的振动
与轴承的结构有关的振动 ——无论轴承正常与否，都会产生振动
与轴承滚动表面状况有关的振动两种类型
——反映了轴承的损坏状况
一、滚动轴承的振动机理 1、承载状态下滚动轴承的振动
图 IFD法的信号变换过程
二、滚动轴承的精密诊断
１、轴承内滚道损伤 轴承内滚道产生损伤时，如：剥落、裂纹、点蚀等（如图所 示），若滚动轴无径向间隙时，会产生频率为nfi（n＝1，2,…） 的冲击振动。
图
内滚道损伤振动特征
通常滚动轴承都有径向间隙，且为单边载荷，根据点蚀部 分与滚动体发生冲击接触的位置的不同，振动的振幅大小会发 生周期性的变化，即发生振幅调制。若以轴旋转频率fr,进行振 幅调制，这时的振动频率为nfi士fr（n＝1，2…）。
２.轴承外滚道损伤
当轴承外滚道产生损伤时，如剥落、裂纹、点蚀等（如图2 所示），在滚动体通过时也会产生冲击振动。由于点蚀的位置 与载荷方向的相对位置关系是一定的，所以，这时不存在振幅 调制的情况，振动频率为nfo ( n＝1，2,…），振动波形如图 所示。
滚动轴承的精确诊断
滚动轴承的精确诊断振动故障诊断——滚动轴承的精确诊断近期将连续推出振动故障诊断相关的知识点及一些不同设备不同故障表现出的振动特征，希望对相关人员有所帮助，因想到哪写到哪，所以每条之间没有相关的顺序或关联，随着以后内容的增加，有兴趣的可自行归纳整理。
1.滚动轴承的振动频谱特征取决于轴承的结构、存在缺陷的部件、缺陷的严重程度、负载的方向，所以看似相同的故障，其频谱形式并不相同。
2.轴承故障为非同步频率。
从高频振动开始，当故障逐渐劣化后，延伸至低频振动。
3.轴承接触角的变化会导致轴承频率的变化。
因此，进行诊断时与计算频率可能存在一定的误差，在外圈静止且内圈旋转的情况下，如果接触角增大，则FTF、BPFO 和BSF增大，而BPFI减小。
4.当滚动轴承缺陷严重时，如，多个滚动体具有多个缺陷时，可能会以产生宽带或窄带噪声的频谱形式出现。
5.50、如果损伤发生在轴承外圈，那么滚子接触缺陷就会发生一次撞击。
幅值应该是一定的，因此也没有调制（边带）产生，如果是外圈旋转，则可能产生 1X 边带。
6.当一个或多个滚动体存在缺陷和严重松动时，FTF将充当调制频率。
需要说明的是无论FTF以什么样的形式出现、无论幅值大小，一旦出现，都说明故障的产生。
7.轴承保持架故障频率(FTF)通常不是以其基频出现；轴承保持架断裂时，可能出现滚动体旋转故障频率；当滚动体本身出现故障时，往往会产生不仅滚动体故障频率(BSF)，还有保持架故障频率。
8.滚动轴承外圈或内圈的疲劳剥落缺陷会产生BPFO或BPFI以及其谐波。
通常来说剥落面积就越大，其产生的谐波越多。
9.当滚珠或滚柱上的缺陷撞击滚道时，会产生滚珠旋转频率。
大多数情况下，产生的频率是BSF的两倍。
但在某些情况下并不会产生BSF或2XBSF，而是对FTF进行调制，并产生宽带噪声。
10.滚动轴承中如果间隙过大，可能导致在FTF处产生离散频率或在转速和谐波下对FTF进行调制11.对于低速设备，特别是低于100转／分转速的机器，频谱上很难看到轴承故障频率，这是因为当转速很低时，滚动体滚动通过轴承内外环上缺陷时发生的脉冲没有足够的能量。
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。
滚动轴承的故障机理与诊断
温度诊断法
总结词
通过测量轴承的温度变化，判断轴承的工作状态是否正常。
详细描述
温度诊断法是一种间接的滚动轴承故障诊断方法。通过在轴承座或轴承端盖上安装温度传感器，监测轴承的工作 温度，可以判断轴承的工作状态是否正常。如果温度过高或温差过大，可能表明轴承存在故障，如润滑不良、摩 擦过大等。
04
滚动轴承故障诊断实例
实例一：振动诊断法的应用
01
总结词
振动诊断法是通过监测滚动轴 承的振动信号来判断其运行状
态的方法。
02
详细描述
振动诊断法具有非破坏性、实 时性等优点，通过分析振动信 号的频率、幅值和波形等信息 ，可以识别滚动轴承的故障类 型和位置，以及评估故障的严
重程度。
03
总结词
振动诊断法需要使用专业的振 动测量仪器，如振动分析仪或 频谱分析仪，对滚动轴承进行
促进智能化发展
随着工业4.0和智能制造的推进，对设备的监测和故障诊断要求越来越高。滚动轴承的故 障机理与诊断研究有助于推动设备智能化的发展，提高生产效率和产品质量。
对未来研究的建议
01
加强跨学科合作
滚动轴承的故障机理与诊断涉及多个学科领域，如机械工程、材料科学
、信号处理等。建议加强跨学科合作，综合运用各学科的理论和方法，
其在实践中的可行性和效果。
THANKS
声学诊断法
要点一
总结词
通过测量轴承的声学信号，分析其频率和幅值等信息，判 断轴承的故障类型和程度。
要点二
详细描述
声在 轴承座或轴承端盖上安装声学传感器，采集轴承的声学信 号，然后分析这些信号的频率和幅值等信息，可以判断轴 承是否存在故障以及故障的类型和程度。常见的故障类型 包括轴承内圈、外圈和滚动体的故障等。声学诊断法的优 点是可以在线监测轴承的工作状态，但受环境噪声影响较 大。
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）。
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。
滚动轴承频谱分析
轴承故障特征频率的特点
1. 2. 3. 4. 轴承的故障频率与其他故障频率不同 ； 轴承故障频率是转速频率的非整数倍 ； 内外环故障频率的和频=“轴承滚动体通过频率” （滚动体个数 ×RPM） 轴承内环故障频率往往伴有1 X转速频率的边带
轴承故障特征频率的特点
5. 6. 7. 8. 9. 轴承外环故障频率的幅值高于轴承内环故障频率的幅值； 轴承故障一般在发展到滚动体和保持架出现故障之前首先出现的是内环或 外环故障频率； 轴承保持架故障频率(FTF)通常不是以其基频出现 ； 当滚动体本身出现故障时，往往会产生不仅滚动体故障频率(BSF)，还有 保持架故障频率(FTF)； 轴承保持架断裂时，可能出现滚动体旋转故障频率 ；
4. 振动总量比较小，无离散的轴承故障频率尖峰
5. 剩余寿命大于10％
II. 第二阶段
1. 噪声略增大 2. 温度正常 3. 超声，声发射，振动尖峰能量有大的增加，轴承外环有缺陷， 4. 振动总量略增大(振动加速度总量和振动速度总量) 5. 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 6. 剩余寿命5％
n=滚动体数目； N=轴的转速。
注：1.滚动轴承没有滑动；2.滚动轴承几何尺寸没有变化； 3.轴承外环固定不旋转.
经验公式
滚动轴承故障频率计算(4)
外环故障频率： BPFOe≌N(0.5n-1.2) 内环故障频率： BPFIe≌N(0.5n+1.2) 滚动体故障频率： BSFe≌N(0.2n-1.2/n) 保持架故障频率： FTFe≌N(0.5-1.2/n)
机器振动特征分析
滚动轴承故障
写给振动诊断爱好者： 本人从事从事振动诊断专业20余年，诊断各类振动故障几百次， 现场动平衡千余次，从中体会颇多，即使同一故障，不同的设备类 型表现特征也不尽相同，深知靠一己之力，穷其一生，也难窥十之 一二，在此愿借助这一平台分享个人的一些诊断经验，抛砖引玉， 与志趣相同者共同探讨现场设备振动问题。最终将之打造成为能够 合众人之力及时解决现场问题公众平台 平台刚刚建立已经汇集从事振动诊断者数十人，诚邀您的加入， 众人拾柴火焰高，觉得平台还有可取之处，请你转发！！！,若无可 取之处请您取消关注。 微信公众平台名称：振动诊断与转子平衡 微信公众号：zhend96 公众号二维码：
滚动轴承频谱分析详解
滚动轴承频谱分析详解对于滚动轴承不能只依赖振动总量来精确评估滚动轴承的状态，也不能完全依赖超声频带测量：振动尖峰能量（Spike Energy）、高频加速度（High FrequencyAcceleration-HFD）、冲击脉冲（Shock Pules－SPM）。
只有将超声测量与振动特征信号分析结合使用才是最好的评定轴承的状态。
滚动轴承一旦产生故障，会产生以下四种类型频率的每一种：随机的超声频率：频率范围5000~60000HZ，测量使用方法：振动尖峰能量、高频加速度、冲击脉冲，这些用于检测轴承的初始故障。
振动尖峰能量烈度图：高频加速度和冲击脉冲的比较烈度表：轴承部件的自振频率：频率范围500~2000HZ，轴承零部件受到冲击时，以它们的自振频率“瞬时扰动”。
在滚动轴承中，滚动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障频率为间隔，而不是1X转速频率的边带）。
轴承自振频率与转速无关，但它们的响应幅值与冲击速度成正比，意味着转速越高，响应幅值也越高。
旋转轴承的故障频率：轴承零部件故障频率与轴承的平均直径-Pa、滚动体直径-Ba、滚动体数目-Nb和接触角-ø有关。
FTF-保持架故障频率、BSF-滚动体故障频率、BPOR-内环故障率、BPIR-外环故障频率。
FTF、BSF、BPOR、BPIR简易计算公式（可参考平台内前期文章介绍）。
轴承故障频率都是转速频率的非整数倍（本人所遇确实如此，但曾看到过一篇文章说正好是转速频率整数倍）。
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。
滚动轴承故障诊断
类比判定标准
•对若干同一型号轴承在相同条件下在同一部位进行振动检测，并将
滚动轴承故障诊断振值相互比较进行判断标准
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简易诊疗
振动信号简易诊疗法
振幅值诊疗法
• 振幅值指峰值、均方根值
滚动轴承故障诊疗 故障诊疗技术
• 峰值反应是某时刻振幅最大值，因而它适合用于像表面点蚀损伤之 类含有瞬时冲击故障诊疗；对于转速较低情况（如300r/min以下）， 也常采取峰值进行诊疗
滚动轴承故障诊断
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振动测量
传感器选择与固定方式
滚动轴承振动可能是频率为1kHz以下低频脉动，也 有可能是频率在1kHz以上，数千赫兹甚至数十千赫 兹高频振动，通常二者皆有
传感器获取信号应同时覆盖上述两个频带 传感器尺寸和重量应尽可能小 提议采取钢制螺栓固定
滚动轴承故障诊断
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➢ 轴承结构特点引发振动 ➢ 轴承制造装配原因引发振动 ➢ 故障缺点引发振动
磨损 胶合 疲劳剥落损伤
滚动轴承故障诊断
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振动原因分析---故障缺点引发振动(1)
滚动轴承故障诊疗 振动机理
轴承磨损
伴随磨损进行，振动加速度峰值和RMS值迟缓上升，振动信 号展现较强随机性
峰值与RMS值比值从5左右逐步增加到5.5～6
普通所说轴承寿命就是指轴承疲劳寿命
滚动轴承额定寿命
• 在滚道或滚动体上出现面积为0.5mm2疲劳剥落坑就认为轴 承寿命终止
• 同一批轴承中，最高寿命与最低寿命能够相差几十倍甚至 上百倍，所以正确诊疗轴承故障能够合理利用轴承寿命
滚动轴承故障诊断
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常见故障形式
磨损
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广州大学学生实验报告
开课学院及实验室： 526 室2015年 12月25日
学院机械与电气工
程学院
年级、专
业、班
机械124班姓名邓庆青学号1207200145
实验课程名称机械故障诊断技术成绩
实验项目名称滚动轴承频谱分析及故障诊断指导
老师
郑文
一、实验目的
1、进一步熟悉常用信号分析仪器的使用；
2、了解常规滚动轴承的结构、特征频率及安装；
3、掌握滚动轴承的振动测量及分析方法。
通过运用振动分析手段，完成滚动轴承振动信号的测量及分析，从而提高学生进行数据采集、滚动轴承振动分析及状态评估、故障判断等方面的能力。
二、实验设备
正常滚动轴承型号为：NTN6201、加速度传感器、Data line数据采集器、ODYSSEY系统、振动试验台
轴承故障模块：故障模块中使用的是6024轴承，并利用特殊方法对轴承进行了故障处理。
轴承模块也设计成方便安装的方式（如图所示），可以快速方便的安装在齿轮箱的输入轴上。
在轴承故障模块的顶部有一个英制螺孔（1/4”-28），用来安装传感器。
轴承型号滚动体个数保持架滚动体外环内环
6204 8 0.382 1.996 3.054 4.946
三、实验要求
1、列出主要结构参数，如电机参数、轴承型号、传动比等；
2、测出并得到振动试验台测点布置图，说明测量的位置、方向及传感器安装方法等；
3、计算各特征频率，如转速，不平衡、对中不良及轴承损坏等的特征频率。
四、实验步骤
1、仪器连接；
2、测试参数选择，如频率范围（要求能测量滚动轴承的各主要频率成分）；测量单位用
速度 mm/s ；
3、取轴承模块MD711X一块，套在齿轮轴上。
4、将压紧垫片置于轴承的内环侧面，用紧固螺钉将其压紧，从而固定轴承模块，防止轴
承内环在轴承上转动。
5、启动试验台；
6、测量各测点的时域波形、频谱，并存储于分析仪中；
7、用软件将测量结果传输至计算机，并显示、打印（要求用线性坐标），标出各频谱图中主要频率峰值的频率、幅值；五、实验结果
MD7111轴承外环故障模块测试结果MD7112轴承内环故障模块测试结果
MD7113轴承滚动体故障模块的测试结果MD7114轴承保持架故障模块的测试结果六、分析
1、测量对象的结构简图
2、计算滚动轴承的特征频率
外环fi=Zn/2（1-dcos fi=Zn/2（1-dcosąß/D）ß--接触角fo--外环频率
内环fo=Zn/2（1+dcos ß /D）fb--滚动体频率f--保持架频率
保持架f=n/2（1-dcos ß /D）d--滚动体直径D--节园直径
滚动体fb=D/2d（1-d²cos² ß /D）Z--滚动体数n--轴频
3、综合判断滚动轴承的运行状态及存在的问题。
（1）MD7111轴承外环故障模块测试结果：测得数据在3.054处无法看出有明显凸峰，也即频率特征并不明显。
也即是此次试验所测的结果并不准确，不能反映轴承外环故障的特征频率，也即无法判断出是轴承的外环出现故障。
（2）MD7112轴承内环故障模块测试结果：在实验所测量得到的频谱图可看出，在4.946处波形有明显凸峰，也即其特征频率相当明显，即可初步确定是轴承内环存在故障
（3）MD7113轴承滚动体故障模块的测试结果：在实验所测量得到的频谱图看出，在1.996处波形有明显凸峰，也即其特征频率相当明显，即可初步确定是轴承滚动体存在故障
（4）MD7114轴承保持架故障模块的测试结果：测得数据在0.382处无法看出有明显凸峰，也即频率特征并不明显。
也即是此次试验所测的结果并不准确，不能反映轴承保持架故障的特征频率，也即无法判断出是轴承的保持架出现故障。