第7章典型传动部件的故障及其诊断方法-滚动轴承
机械故障诊断技术7_滚动轴承故障诊断
图 7—7 为 204 型 轴 承 加 了 30N 轴 向 力，在试验装置上进行测试分析的结 果。图7—7(a)为原信号直接用低频 信号接收法得到的频谱，图中谱峰密 集，较难寻找出故障的特征频率。
*当轴承故障进入晚期，由于剥落斑点充满整个滚道，峭度指标反而下
➢ 4．冲击脉冲法（SPM）
冲击脉冲法是利用轴承故障所激发的轴承元件固有频率的 振动信号，经加速度传感器的共振放大、带通滤波及包络检波 等信号处理，所获得的信号振幅正比于冲击力的大小。
在冲击脉冲技术中，所测信号振幅的计量单位是dB。测到
图(d)为对图(c)所示振荡波再进行包络检波处理后的波形，也就是取振 荡波形的包络线。这个包络波形就把高频成分和其他机械干扰频率剔 除掉了，成为纯低频的周期波，波的周期T仍与原始冲击频率相对应
图(e)为将图(d)所示的纯低周期包络波作为新的振动波形进行频谱分析
例：共振解调法（包络检波频谱 分析法）
当磨损量较大时，轴承便产生游隙噪声，振动增大。
2. 滚动轴承的疲劳失效
在滚动轴承中，滚动体或套圈滚动表面由于接触载荷 的反复作用，表层因反复的弹性变形而致冷作硬化，下层 的材料应力与表层出现断层状分布，导致从表面下形成细 小裂纹，随着以后的持续负荷运转，裂纹逐步发展到表面 ，致使材料表面的裂纹相互贯通，直至金属表层产生片状 或点坑状剥落。轴承的这种失效形式称为疲劳失效。
5. 滚动轴承的断裂失效
造成轴承零件的破断和裂纹的重要原因是由于运行时载荷过大 、转速过高、润滑不良或装配不善而产生过大的热应力，也有的是由 于磨削或热处理不当而导致的。
6. 滚动轴承的胶合失效
滚动轴承故障及其诊断方法
滚动轴承故障及其诊断方法
滚动轴承是一种很常见的机械元件，广泛用于工业和消费市场，用于
转动机械装置的旋转部件。
它们的主要功能是支撑和稳定轴，允许轴在指
定的位置和方向上旋转，以及在转动时减少摩擦和重复负载。
滚动轴承可
以在各种不同类型的机械设备中找到，例如汽车，风能发电机，摩托车，
电机，空调，电气箱等。
滚动轴承可以长期高效工作，但如果不适当地维护和维修它，可能会
导致故障。
常见的滚动轴承故障包括损坏，轴承旋转变慢，轴承外壳发热，内部损坏，轴键变形，低速磨擦，扭矩问题等。
解决这些问题的关键是找
出故障的根本原因，并根据现场条件采取正确的解决方案。
要有效诊断滚动轴承故障，可以采用以下方法。
1.检查外壳：检查轴承外壳表面，以及固定螺丝和轴承挡圈是否松动、弯曲或破损。
检查底座是否正确安装，轴是否紧固，以及轴承应用的负载
是否正确。
2.状态检查：检查轴承内部和外壳的温度，查看是否有油漆和碳垢，
并检查轴承内部有无异响和异常磁性。
3.拆卸检查：仔细检查轴承内部的轴承衬套、滚珠和圆柱滚道，查看
是否有损坏、磨损或异物。
滚动轴承故障诊断
滚动轴承故障诊断工课设备管理看工课141篇原创内容公众号正文 1072 字丨3分钟阅读一、滚动轴承故障诊断的方式及要点对滚动轴承进行状态监测和故障诊断的实用方法是振动分析。
实用中需注意选择测点的位置和采集方法。
要想真实准确反映滚动轴承振动状态，必须注意采集的信号准确真实，因此要在离轴承最近的地方安排测点。
另外必须注意对振动信号进行多次采集和分析，综合进行比较，才能得到准确结论。
二、滚动轴承正常运行的特点与实用诊断技巧滚动轴承在其使用过程中会表现出很强的规律性，并且重复性非常好。
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，幅值都较小，可能是由于制造过程中的一些缺陷，如表面毛刺等所致。
运行一段时间后，振动和噪声维持一定水平，频谱非常单一，仅出现一、二倍频。
极少出现三倍工频以上频谱，轴承状态非常稳定，进入稳定工作期。
继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，但振动增大的变化较缓慢。
此时，轴承峭度值开始突然达到一定数值，此时认为轴承表现为初期故障。
这时，就要求对该轴承进行严密监测，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，当振动超过振动标准时，其轴承峭度值也开始快速增大，当既超过振动标准，而峭度值也超过正常值时，认为轴承已进入晚期故障，需及时检修设备，更换滚动轴承。
轴承表现出晚期故障特征到出现严重故障(一般为轴承损坏如抱轴、烧伤、沙架散裂、滚道、珠粒磨损等)时间大都很短，设备容量越大，转速越快，其间隔时间越短。
因此，在实际滚动轴承故障诊断中，一旦发现晚期故障特征，应果断判断轴承存在故障，尽快安排检修。
三、实用的滚动轴承频谱分析与诊断技巧对于振动不大，轴承峭度不大，频谱复杂的振动信号，在现场难以判断有无故障情况时，需将振动信号采集回来，传到计算机进行精密分析。
此时，先进行常规分析，检查振动速度频谱和轴承峭度是否接近标准，观察频谱中各种频率成份。
滚动轴承故障诊断方法与技术综述
滚动轴承故障诊断方法与技术综述引言：滚动轴承作为机械设备中常用的零部件之一，承担着支撑和传递载荷的重要作用。
然而，由于使用环境的恶劣和工作条件的复杂性，滚动轴承往往容易出现各种故障。
因此，为了保证机械设备的正常运行和延长轴承寿命，对滚动轴承的故障进行准确诊断非常重要。
一、故障诊断方法1. 观察法观察法是最常用的故障诊断方法之一。
通过观察滚动轴承的外观和运行状态来判断是否存在故障。
例如，如果发现滚动轴承有异常噪声、温度升高、润滑油泡沫、振动加剧等现象，很可能是轴承出现了故障。
2. 振动诊断法振动诊断法是一种先进的故障诊断方法，可以通过检测轴承的振动信号来判断轴承是否存在故障。
通过分析振动信号的频谱图，可以确定轴承故障的类型和位置。
常用的振动诊断方法包括时域分析、频域分析和小波分析等。
3. 声音诊断法声音诊断法是一种通过听觉判断轴承故障的方法。
通过专业人员对轴承产生的声音进行听觉分析，可以判断轴承是否存在异常。
常见的轴承故障声音包括金属碰撞声、摩擦声和振动声等。
4. 热诊断法热诊断法是一种通过测量轴承的温度来判断轴承故障的方法。
由于轴承在故障状态下会产生摩擦热，因此轴承的温度可以间接反映轴承的工作状态。
通过测量轴承的温度分布，可以判断轴承是否存在异常。
二、故障诊断技术1. 模式识别技术模式识别技术是一种基于机器学习的故障诊断技术，可以根据轴承的振动信号和声音信号等特征，通过训练模型来识别轴承的故障类型。
常用的模式识别技术包括支持向量机、神经网络和决策树等。
2. 图像诊断技术图像诊断技术是一种通过图像处理和分析来判断轴承故障的技术。
通过对轴承的外观图像进行特征提取和分类，可以实现对轴承故障的自动诊断。
常用的图像诊断技术包括边缘检测、纹理分析和目标识别等。
3. 声音信号处理技术声音信号处理技术是一种通过对轴承声音信号进行滤波、频谱分析和特征提取等处理，来判断轴承故障的技术。
通过对声音信号的频谱图和时域图进行分析，可以判断轴承故障的类型和位置。
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。
第7章 滚动轴承故障诊断
2．峰值系数法
正常时，滚动轴承的峰值系数约为5，当轴承有
故障时，可达到几十。
3．峭度指标法 峭度指标Cq对信号中的冲击特征 很敏感，正常情况下其值应该在 3左右，如果这个值接近4或超过 4，则说明机械的运动状况中存 在冲击性振动。 当轴承出现初期故障时，有效值 变化不大，但峭度指标值已经明 显增加，达到数十甚至上百，非 常明显。它的优势在于能提供早 期的故障预报。
疲劳剥落损伤
疲劳剥落故障轴承的振动信号 T取决于碰撞频率，T=1/f碰
7．3 滚动轴承信号分析方法 （测试特征频率）
图7－5 滚动轴承的振动频谱
故障信号三频段（三座大山）
a). 低频段：在8kHz以下，滚动轴承中与结构和 运动关系相联系的故障信号在这个频率段，少数 高速滚动轴承的信号频段能延展到B点以外。因为 轴的故障信号、齿轮的故障信号也在这个频段， 因而这也是绝大部分在线故障监测与诊断系统所 监测的频段。 b).高频段：位于Ⅱ区，这个频段的信号是轴承故 障所激发的轴承自振频率的振动。 c). 超高频段：位于Ⅲ区，它们是轴承内微裂纹 扩张所产生的声发射超声波信号。
的剥落
胶合
原因: 在润滑不良、高速重载情况下工作时，由于摩擦发 热，轴承零件可以在极短时间内达到很高的温度， 使一个表面上的金属粘附到另一个表面上
后果: 出现压痕，产生剥落区
保持架损坏
原因：
由于装配或使用不当可能会引起保持架发生变形
后果：
保持架和滚动体之间的摩擦增大，甚至使某些滚
在滚道或滚动体上出现面积为0.5mm2的疲劳
剥落坑就认为轴承寿命终结
同一批轴承中，最高寿命与最低寿命可以相
差几十倍甚至上百倍，因此正确诊断轴承故 障可以合理利用轴承的寿命
滚动轴承故障诊断方法与技术综述
滚动轴承故障诊断方法与技术综述滚动轴承是机械设备中常见的一种元件，其作用是在旋转运动中支撑轴与轴承座之间的转动。
然而，由于长时间的使用或者操作不当，滚动轴承可能会出现故障，导致设备运行不稳定甚至完全停止工作。
因此，对滚动轴承的故障进行及时的诊断是非常重要的。
滚动轴承故障的诊断方法与技术可以分为传统的诊断方法和基于智能化技术的诊断方法。
传统的滚动轴承故障诊断方法主要包括观察法、听诊法和振动分析法。
观察法是最简单直观的一种诊断方法，通过观察滚动轴承的外观是否有异常情况，如颜色变化、表面磨损、断裂等，来判断其是否存在故障。
然而，此方法只适用于故障较为明显的情况，对于隐蔽性较强的故障无法有效判断。
听诊法是通过听取滚动轴承工作时产生的声音来判断其是否存在异常情况。
例如，当滚动轴承出现磨损或损坏时，会产生噪音，通过听诊器可以准确地判断故障的类型和程度。
然而，此方法需要专业的听诊仪器和经验丰富的技术人员，对于一般使用者来说并不容易操作。
振动分析法是一种常用的滚动轴承故障诊断方法，它通过对滚动轴承振动信号的分析来判断其是否存在故障。
滚动轴承在正常工作时会产生一定的振动，当滚动轴承出现故障时，振动信号会发生变化。
通过对滚动轴承振动信号的频谱分析、时域分析和幅值分析，可以准确地判断滚动轴承的故障类型和严重程度。
基于智能化技术的滚动轴承故障诊断方法包括人工智能、模式识别和机器学习等。
这些技术可以通过对滚动轴承振动信号进行大数据分析，利用模型和算法来自动识别故障类型和预测故障发生的概率。
相比于传统的诊断方法，基于智能化技术的方法具有更高的准确性和效率。
在实际应用中，滚动轴承故障的诊断通常是综合应用多种方法和技术。
例如，可以先通过观察法和听诊法初步判断滚动轴承是否存在故障，再通过振动分析法进行进一步的诊断，最后利用基于智能化技术的方法对故障进行确认和预测。
滚动轴承故障的诊断是保证设备正常运行的关键之一。
无论是传统的诊断方法还是基于智能化技术的方法，都需要经验丰富的技术人员进行操作和分析。
第七章 滚动轴承的故障机理与诊断
第七章滚动轴承的故障机理与诊断第一节滚动轴承故障的主要形式与原因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、水分或异物侵入、腐蚀和过载等都可能导致轴承过早损坏。
即使在安装、润滑、和使用维护都正常德情况下，经过一段时间运转，轴承也会出现疲劳剥落和磨损而不能正常工作。
总之，滚动轴承的故障原因是十分复杂的滚动轴承的主要故障形式与原因如下：1.疲劳剥落滚动轴承的内外滚道和滚动体表面既承受载荷有相对滚动，由于交变载荷的作用，首先在表面下一定深度处形成裂纹，继而扩展到接触表面使表层发生剥落坑，最后发展到大片剥落，这种现象就是疲劳剥落。
疲劳剥落会造成运转时的冲击载荷、振动和噪声加剧。
通常情况下，疲劳剥落往往是滚动轴承失效的主要原因，一般所说的轴承寿命就是指轴承的疲劳寿命，轴承的寿命试验就是疲劳试验。
试验规程规定，在滚道或滚动体上出现面积为0.5mm2的疲劳剥落坑就认为轴承寿命终结。
滚动轴承的疲劳寿命分散性很大，同一批轴承中，其最高寿命与最低寿命可以相差几十倍乃至上百倍，这从另一角度说明了滚动轴承故障监测的重要性。
2.磨损由于尘埃、异物的侵入，滚道和滚动体相对运动时会引起表面磨损，润滑不良也会加剧磨损，磨损的结果使轴承游隙增大，表面粗糙度增加，降低了轴承运转精度，因而也降低了机器的运动精度，振动及噪声也随之增大。
对于精密机械轴承，往往是磨损量限制了轴承的寿命。
此外，还有一种微振磨损。
在轴承不旋转的情况下，由于振动的作用，滚动体和滚道接触面间有微小的、反复的相对滑动而产生磨损，在滚道表面上形成振纹状的磨痕。
3.塑性变形当轴承受到过大的冲击载荷或静载荷时，或因热变形引起额外的载荷，或有硬度很高的异物侵入时都会在滚道表面上形成凹痕或划痕。
这将使轴承在运转过程中产生剧烈的振动和噪声。
而且一旦有了压痕，压痕引起的冲击载荷会进一步引起附近表面的剥落。
4.锈蚀锈蚀是滚动轴承最严重的问题之一，高精度轴承可能会由于表面锈蚀导致精度丧失而不能继续工作。
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,...)
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。
机械故障诊断技术7-滚动轴承故障诊断
声音分析法
通过分析轴承产生的声音，可 以判断轴承的健康状况和潜在 故障。
温度分析法
通过测量轴承的温度变化，可 以检测到轴承故障和润滑不良。
滚动轴承故障诊断的实际应用
1
汽车工业
滚动轴承故障诊断被广泛应用于汽车引
航空航天
2
擎及其他重要部件。
滚动轴承故障诊断在航空航天领域中用
于确保安全和可靠性。
3
能源行业
容纳轴向和径向力
滚动轴承能够容纳轴向和径向力，确保机械稳定 性和平衡。
降低噪音和振动
滚动轴承有效减少机械运行时的噪音和振动。
常见的滚动轴承故障类型
• 疲劳损伤 • 轴承过热 • 轴承锈蚀 • 轴承松动 • 轴承断裂 • 轴承颗粒腐蚀 • 轴承润滑不良
滚动轴承故障诊断的方法和技术
振动分析法
通过测量轴承运行时的振动， 可以检测到轴承故障和异常。
机械故障诊断技术7-滚动 轴承故障诊断
欢迎来到我们的演示文稿！在本次演示中，我们将重点介绍滚动轴承的故障 诊断技术。滚动轴承不仅在机械中起着关键作用，也是实现高效运行的关键 组件。
滚动轴承的功能和重要性
支撑和传递
滚动轴承支撑旋转轴，并将载荷传递给其他部件。
减少摩擦和磨损
滚动轴承减少摩擦和磨损，提高机械的工作效率 和寿命。
滚动轴承故障诊断在发电备和风力涡 轮机等能源设备中非常重要。
滚动轴承故障诊断的挑战和局限性
1 复杂的机械系统
机械系统中的许多因素和组件可能会干扰和影响故障诊断的准确性。
2 故障特征的多样性
滚动轴承故障表现出许多不同的特征，需要综合多种方法进行诊断。
3 预防性维护的挑战
滚动轴承故障诊断需要及时准确地发现问题，以避免设备停机和生产损失。
机械故障诊断技术7-滚动轴承故障诊断
• 7．1．3滚动轴承的腐蚀失效
轴承零件表面的腐蚀分三种类型。一是化学 腐蚀，当水、酸等进入轴承或者使用含酸的润滑 剂，都会产生这种腐蚀。二是电腐蚀，由于轴承 表面间有较大电流通过使表面产生点蚀。三是微 振腐蚀，为轴承套圈在机座座孔中或轴颈上的微 小相对运动所至。结果使套圈表面产生红色或黑 色的锈斑。轴承的腐蚀斑则是以后损坏的起点。
• 3） 滚动体自转频率ƒ3：
f31 2dcD o 1 s(dcD o )2 s f1
图7—3 向心推力球轴承结构简图
• 4） 保持架过内圈频率ƒ4： f4f1f21 2(1D dco)sf1
• 5） 滚动体通过内圈频率ƒ5： f5 n4fn 2(1D dco)sf1
• 6） 滚动体通过外圈频率ƒ6： f6 n2fn 2(1D dco)sf1
在冲击脉冲技术中，所测信号幅值的计量单位是dB。测到 的轴承冲击dBi值与轴承基准值dBo相减，dBo是良好轴承的测 定值。
dBN = dBi－dBo 冲击脉冲计的刻度单位就是dBN值表示的。轴承的状况分 为三个区：
（0～20）dBN 表示轴承状况良好 （20～35）dBN 表示轴承状况已经劣化，属发展中的损伤期 （35～60）dBN 表示轴承已经存在明显的损伤。
从而使其恢复力呈现非线性的特征。
由此便产生了分数谐波振动。 此外，当滚动体处于载荷下非对
图7—2滚动轴承刚度的变化
称位置时，转轴的中心不仅有垂直方向的，而且还有水平方向的移动。这
类参数的变化与运动都将引起轴承的振动，也就是随着轴的转动，滚动体
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7.1滚动轴承异常的基本形式 (5).断裂
过高的载荷会可能引起轴承零件断裂。 磨削、热处理和装配不当都会引起残余应力， 工作时热应力过大也会引起轴承零件断裂。 另外，装配方法、装配工艺不当，也可能造成 轴承套圈挡边和滚子倒角处掉块。
7.1 滚动轴承异常的基本形式 (6).胶合
所谓胶合是指一个零部件表面上的金属粘 附到另一个零件部件表面上的现象。 在润滑不良、高速重载情况下工作时，由 于摩擦发热，轴承零件可以在极短时间内达到 很高的温度，导致表面烧伤及胶合。
7.3.1 滚动轴承常用振动诊断方法
时域：有效值和峰值判断法 时域：峰值指标法 幅域：振幅概率密度分析法 时序模型参数分析法 冲击脉冲法 包络法 高通绝对值频率分析法
7.3.1 滚动轴承常用振动诊断方法
滚动体损伤振动情况
当滚动体产生损伤时，如剥落、点蚀等，缺陷部位通过内圈或外 圈滚道表面时会产生冲击振动。 在滚动轴承无径向间隙时，会产生频率为nZfRS（n＝1，2,…） 的冲击振动。 通常滚动轴承都有径向间隙，因此，同内圈存在点蚀时的情 况一样，根据点蚀部位与内圈或外圈发生冲击接触的位置不同， 也会发生振幅调制的情况，不过此时是以滚动体的公转频率fm进 行振幅调制。这时的振动频率为nzfRS±fm，如图所示。
轴承因受到过大的冲击载荷、静载荷、落入硬质异物等
在滚道表面上形成凹痕或划痕。 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。
7.1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 以及轴承套圈在座孔中或轴颈 上微小相对运动造成的微振腐蚀 (是微动磨损与腐蚀协同作用的结果)
f Bi V B 2 lm ( Dm d ) f r
Dm
1 d (1 ) fr 2 Dm
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 1 d
f i f Bi Z 2 (1 Dm ) fr Z
7.2.3 滚动轴承的振动及其故障特征
1. 滚动轴承的时域波形特征 正常情况下，滚动轴承的振动时域波形。
有两个特点 ：一是无冲击，二是变化慢。
7.2.3 滚动轴承的振动及其故障特征
轴承元件发生异常时，就会产生冲击脉冲振动：
冲击脉冲周期为基阶故障特征频率的倒数
冲击脉冲宽度在μs数量级，它将激起系统或结构 的高频响应（固有振动）
因为滚动体滚而不滑，所以滚动体与内环滚道接触点A的 速度为 V A Vi
又因外环固定，所以滚动体与接触点C的速度为
VC 0
而滚动体中心B的速度（即保持架的速度）为
1 VB VA ( Dm d ) f r 2 2
单个滚动体（或保持架）相对于外环的旋转频率为
f Bo V B 2 lm ( Dm d ) f r 1 d (1 ) fr 2 Dm
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
图(a)
7.1 滚动轴承异常的基本形式 (7).保持架损坏
由于装配或使用不当可能会引起保持架发 生变形，增加它与滚动体之间的摩擦，甚至使 某些滚动体卡死不能滚动，也有可能造成保持 架与内外圈发生摩擦等。 这一损伤会进一步使振动、噪声与发热加 剧，导致轴承损坏。
7.2 滚动轴承的振动类型及其故障特征
在工作过程中，滚动轴承的振动通常分为两类： 与轴承的弹性有关的振动，其二为与轴承滚动表面 的状况（波纹、伤痕等）有关的振动
7.2.1 滚动轴承的固有振动频率
滚动轴承在工作时，滚动体与内环或外环之间 可能产生冲击而引起轴承各元件的固有振动。
各轴承元件的固有频率与轴承的外形、材料和质量有 关 与轴的转速无关。
轴承元件的固有频率值，受安装状态的影响。 一般情况下，滚动轴承的固有频率通常可达数 千赫到数十千赫。
7.2.2 滚动轴承的特征频率
响应水平取决于系统或结构的固有频率及阻尼的 大小。
7.2.3 滚动轴承的振动及其故障特征
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，点蚀部分与滚 动体发生冲击接触的位置的不同(内圈和滚动体均滚动)载荷 受力不同，则振幅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nZfi±fr（n＝1， 2…）； 若以滚动体的公转频率（即保持架旋转频率）fm进行振幅调制，这时 的振动频率为nZfi±fm（n＝1，2，…）。
前者与异常状态无关，后者反映了轴承的损伤情况。
滚动轴承在运转时，滚动体在内、外圈之间 滚动。如果滚动表面损伤，滚动体在损伤表面转 动时，便产生一种交变的激振力。 由于滚动表面的损伤形状是不规则的，所以 激振力产生的振动，将是由多种频率成分组成的 随机振动。
7.2 滚动轴承的振动类型及其故障特征
图(b)
(1) 外环固定，内环随轴线转动时，单个滚动体（或保持架） 相对于外环的旋转频率： 由图(a)可知，内环滚道的切线速度为
Vi Di f r f r ( Dm d )
式中，fr为轴的旋转频率，d为滚动体的直径，Di为内环滚道的直径， Dm为轴承滚道节径，即内外滚道的平均值。
7.2.3 滚动轴承的振动及其故障特征
外滚道损伤振动特征
当轴承外滚道产生损伤时，如剥落、裂纹、点蚀等，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 相对位置关系是固定的（外圈固定），所以，这时不存在振 幅调制的情况，振动频率为nZfo ( n＝1,2,…），振动波形如 图所示。
7.2.3 滚动轴承的振动及其故障特征
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 1 d
f o f Bo Z 2 (1 Dm ) fr 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
f RS
( Dm d ) 1 d2 Dm f Bo (1 2 ) f r d 2 Dm d
由于滚动体具有相当大的间隙，在承受轴向力时，轴承内 外环轴向相互错开，滚珠与滚道的接触点有移动由A、B 点移动到C、E。 此时，轴承的节径不变，但内滚道的工作直径变大，外滚 道的工作直径变小，就是说滚珠的工作直径由d变为dcosa。 只须将不受轴向力时轴承缺陷特征频率计算公式进行替换 （轴承特征频率只与轴承节径和滚珠直径有关）
7.2.3 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。
7.3 滚动轴承故障诊断方法
7.3.1 振动诊断法 7.3.2 其它诊断方法
7.3 滚动轴承故障诊断方法
振动诊断法在轴承故障诊断中的优点 （1）可以检测出各种类型轴承的异常现象； （2）在故障初期就可以发现异常，并可在旋转 中测定； （3）由于振动信号发自轴承本身，所以不需要 特别的信号源； （4）信号检测和处理比较容易。
轴承
结构：由内环、外环、滚动体和保持架组成 滚动体类型有球、圆柱滚子、 滚针、圆锥滚子和球面滚子等
安装
轴承损坏
内环缺陷
7.1 滚动轴承异常的基本形式
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 异物侵入、腐蚀和过载等都可能会导致轴承过 早损坏。 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 剥落和磨损而不能正常工作。 滚动轴承的主要故障形式与原因如下：
第7章 典型传动部件的 故障及其诊断方法
机械设备的动力传递要靠传动部件实现，传动 部件的状态直接影响了整机的功能！ 典型的传动部件：滚动轴承和齿轮装置
滚动轴承故障诊断
概述
旋转机械是设备状态监测与故障诊断工作 的重点，而旋转机械的故障有相当大比例与滚 动轴承有关。 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
7.1滚动轴承异常的基本形式 (1).疲劳剥落
这是滚动轴承常见的一种异常形式。在滚动轴承中，滚道和
滚动体表面既承受载荷，又相对滚动。由于交变载荷的作用， 首先在表面下一定深度处形成裂纹，继而扩展到接触表面使表 层发生剥落坑，最后发展到大片剥落， 这种疲劳剥落现象造成运转时的冲击载荷，使得振动和噪
声加剧。
轻微剥落
严重
7.1滚动轴承异常的基本形式 (2).磨损
是滚动轴承另一种常见的异常形式。轴承滚道、 滚动体、保持架、座孔或安装轴承的轴颈，由于机械
原因及杂质异物的侵入引起表面磨损。
磨粒的存在是轴承磨损的基本原因，润滑不良会 使磨损加剧。 磨损导致轴承游隙增大，表面粗糙，增大振动和 噪声。
7.1滚动轴承异常的基本形式 (3).塑性变形
滚动轴承的几何参数主要有： 轴承节径D： 轴承滚动体中心所在的圆的直径 滚动体直径d： 滚动体的平均直径 内圈滚道半径rl： 内圈滚道的平均半径 外圈滚道半径r2： 外圈滚道的平均半径 接触角a： 滚动体受力方向与内外滚道垂直线的夹角 滚动体个数Z：滚珠或滚珠的数目