轴承振动特征分析[专业知识]
轴向轴承振动与稳定性分析
轴向轴承振动与稳定性分析轴向轴承是现代机械装置中非常重要的组件，其质量和性能对整个机械装置的工作效率和稳定性有着重要的影响。
因此，轴向轴承的振动与稳定性分析成为了工程师们必须掌握的一项技术。
首先，我们来讨论轴向轴承振动产生的原因。
轴承振动的主要原因包括以下几个方面：1. 轴承本身的制造和装配误差：轴承的制造和装配过程中难免存在一定的误差，如轴承外环的偏心度、圆度等参数不符合要求，都会导致轴承在旋转时产生振动。
2. 轴向力和径向力的不平衡：轴承工作时，由于机械装置的不平衡或者操作过程中的不同因素，轴向力和径向力会产生不平衡现象。
这些不平衡力对轴承的工作产生一定的影响，引起振动。
3. 润滑不良：轴承在工作时需要有足够的润滑剂，如果润滑不良，会增加轴承的摩擦系数，从而导致振动。
接下来，我们来讨论轴向轴承振动对机械装置稳定性的影响。
轴向轴承振动会引起以下几个方面的问题：1. 降低工作效率：轴向轴承振动会加大摩擦系数，降低轴承的工作效率，影响机械装置的整体运行效果。
2. 加剧磨损和疲劳：轴向轴承振动会导致轴承的磨损和疲劳程度增加，进而缩短轴承的使用寿命。
3. 传导振动：轴向轴承振动会通过机械装置的其他部件传导出去，引起整个机械装置的振动，影响工作环境。
为了解决轴向轴承振动问题，我们可以采取以下几种措施：1. 优化轴承制造和装配工艺：通过加强轴承的质量控制，减小制造和装配误差，降低轴承的振动产生。
2. 提高润滑效果：选择合适的润滑剂和润滑方式，保证轴承良好的工作状态，降低振动。
3. 平衡轴向力和径向力：通过调整机械装置的重心或者增加平衡设备，减小径向力和轴向力的不平衡程度，降低振动产生。
4. 定期检测和维护：定期检测轴向轴承的振动情况，及时发现问题并采取相应的维护措施，保证机械装置的稳定性和安全性。
综上所述，轴向轴承振动与稳定性分析是一项至关重要的技术，对于确保机械装置的工作效率和安全性具有重要的意义。
通过合理的分析和措施，我们可以降低轴承的振动，提高机械装置的稳定性和可靠性。
轴承振动标准
轴承振动标准轴承振动是指轴承在运转过程中所产生的振动现象，它是轴承性能的一个重要指标。
轴承振动标准是对轴承振动进行评定和监测的依据，也是确保轴承正常运转的重要保障。
在实际工程中，合理的振动标准可以有效地评估轴承的运行状态，及时发现问题并采取相应措施，从而延长轴承的使用寿命，提高设备的运行效率。
首先，轴承振动标准的制定是基于轴承的工作环境和使用要求的。
不同类型的轴承在不同的工作条件下，其振动标准也会有所不同。
一般来说，振动标准包括振动速度、加速度和位移三个方面。
振动速度是指单位时间内振动的速度，加速度是指单位时间内振动速度的变化率，位移是指振动的位移距离。
这三个参数的测量和评定可以全面地反映轴承的振动状态，从而为轴承的运行提供可靠的依据。
其次，轴承振动标准的制定还需要考虑到轴承的工作频率和工作负荷。
不同转速和负荷下，轴承的振动特性也会有所不同。
因此，振动标准应当根据轴承的工作频率和工作负荷进行调整，以保证其准确性和实用性。
同时，振动标准还应当考虑到轴承的工作温度和润滑状态等因素，这些因素都会对轴承的振动产生影响，因此也需要纳入到振动标准的考量范围之内。
最后，轴承振动标准的制定需要结合国际标准和行业标准进行参考。
国际上已经有了一些关于轴承振动的标准规范，这些标准是在长期的工程实践和科研积累的基础上形成的，具有较高的权威性和可操作性。
同时，不同行业对于轴承振动的要求也会有所不同，因此需要结合具体的行业特点和实际需求，制定适合自身行业的振动标准。
综上所述，轴承振动标准的制定是一个综合考量多种因素的复杂过程，需要充分考虑到轴承的工作环境、使用要求、工作频率、工作负荷、工作温度、润滑状态等多方面因素，同时还需要参考国际标准和行业标准，以确保振动标准的科学性和实用性。
只有合理的振动标准才能有效地评估轴承的运行状态，及时发现问题并采取相应措施，从而保障轴承的正常运转，延长轴承的使用寿命，提高设备的运行效率。
机械设备典型故障的振动特性
机械设备典型故障的振动特性1. 引言机械设备在正常运行过程中，可能会出现各种故障，其中振动故障是一种常见的故障类型。
振动特性是用来描述机械设备振动状态的重要参数，通过对振动特性的分析，可以确定故障的类型和严重程度，并采取相应的维修措施。
本文将介绍机械设备典型故障的振动特性，包括离心机械设备的不平衡振动、齿轮传动的故障振动、轴承的故障振动以及主轴的故障振动。
2. 离心机械设备的不平衡振动离心机械设备的不平衡振动是一种常见的故障类型。
当离心机械设备的转子存在不平衡时，会导致设备产生振动。
不平衡振动的特点是振动频率较低，振动幅值较大。
不平衡振动的振动特性可以通过振动传感器进行监测和分析。
常见的振动特性参数包括振动幅值、振动频率和相位。
3. 齿轮传动的故障振动齿轮传动是机械设备中常用的传动方式之一，但是在使用过程中会出现齿轮的故障，导致振动增大。
齿轮传动的故障振动可以分为齿轮啮合故障和轴承故障两种情况。
•齿轮啮合故障振动：齿轮啮合故障会导致传动系统产生周期性振动，其频率与齿轮的啮合频率有关。
常见的齿轮啮合故障包括齿轮齿面磨损、齿轮齿面脱落等。
•轴承故障振动：轴承是机械设备中常见的零部件之一，当轴承出现故障时，会导致传动系统产生高频振动。
轴承故障的振动特点包括高频率、小幅度的振动，振动信号中常含有谐波成分。
轴承是机械设备中常见的关键零部件之一，其故障会导致设备振动增大。
轴承的故障振动可以分为内圈故障、外圈故障和滚动体故障三种情况。
•内圈故障振动：内圈故障会导致轴承产生低频振动，其振动频率一般较低，并且振动幅值较大。
•外圈故障振动：外圈故障会导致轴承产生高频振动，其振动频率一般较高，并且振动幅值较小。
•滚动体故障振动：滚动体故障会导致轴承产生特定频率的振动，其频率与滚动体的旋转频率有关。
主轴是机械设备中常见的关键部件之一，其故障会导致设备振动增大。
主轴的故障振动特点与轴承的故障振动类似，包括低频振动、高频振动以及特定频率的振动。
轴承振动特征分析
轴承振动特征分析轴承是机械设备中常用的关键元件之一，其质量和工作状态对设备的性能和寿命有着重要的影响。
轴承振动特征分析是评估轴承工作状态和健康状况的重要手段，可以通过振动信号的分析和处理，获取轴承正常和异常工作状态的特征参数，从而判断轴承是否存在异常故障。
1.轴承振动信号采集与分析：通过安装合适的振动传感器（如加速度计、速度计等）在轴承或设备上采集振动信号，并进行信号分析和处理。
常用的分析方法包括时域分析、频域分析和时频域分析等。
在时域分析中，可以观察到振动信号的波形特征，如振幅和频率的变化；在频域分析中，可以通过傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，进而分析信号的频谱特征，如频率和幅值的分布；在时频域分析中，可以结合时域和频域的特点，利用小波分析等方法研究信号的瞬态特性和频率特性。
2.轴承故障诊断与判定：通过对轴承振动信号的分析，可以判断轴承是否存在故障，如内圈和外圈的裂纹、滚道的磨损、滚珠的损坏等。
常见的故障特征参数包括峰值、峰值因子、峭度、波形指标、频谱指标等。
例如，当轴承存在内圈裂纹时，振动信号会出现高频峰值，而当存在滚珠损坏时，振动信号会出现冲击信号等。
通过识别和提取这些故障特征参数，可以进行故障类型的判定和诊断。
3.轴承故障预测与预警：根据轴承振动信号的变化规律，可以对轴承的剩余寿命进行预测和评估，从而提前进行维修和更换。
常见的预测方法包括统计模型、神经网络模型、遗传算法等。
通过对大量实际运行数据的分析和建模，可以建立轴承故障预测模型，根据振动信号的变化趋势和特征参数的变化情况，预测轴承的寿命和故障时间，提前进行维修和预防措施，以降低故障风险和成本损失。
4.轴承振动特征分析的应用与发展：轴承振动特征分析已经广泛应用于各个领域，如机械制造、航空航天、电力、石油化工等，对轴承的安全运行和性能提升起到了重要的作用。
未来，随着传感技术、智能化技术等的发展，轴承振动特征分析将更加精细化和自动化，可以实时监测和分析轴承的振动信号，提前预警故障风险和进行状态评估，从而实现设备的智能化管理。
滚动轴承振动信号特性分析
滚动轴承振动信号特性分析滚动轴承是一种常见的机械元件，在机械系统中起到支撑转动轴承、减少摩擦和传递载荷的作用。
然而，由于长期使用或其他原因，滚动轴承可能会出现一些故障，如疲劳破坏、过度磨损和松动等。
因此，滚动轴承的振动信号特性分析对于故障检测和预测具有重要的意义。
滚动轴承的振动信号是由于内外圈的滚珠与滚道之间的相对运动而产生的，这些振动信号可以通过加速度传感器等设备进行采集。
基于振动信号的特性分析，可以帮助我们了解滚动轴承在运行过程中的状况，从而判断是否存在故障。
下面将从不同的角度分析滚动轴承振动信号的特性。
首先，可以从时间域来分析滚动轴承的振动信号特性。
利用时间域信号，可以直观地观察到滚动轴承振动信号的波形变化。
通过观察振动信号的幅值和周期，可以初步判断是否存在异常。
通常情况下，正常的滚动轴承振动信号应该是稳定和准周期的。
如果出现振动信号的幅值波动较大或周期不规则，可能表示滚动轴承存在故障。
其次，可以从频域来分析滚动轴承的振动信号特性。
频域分析可以将信号从时域转换为频域，通过频谱图来观察不同频率分量的强度。
通过对滚动轴承振动信号进行傅里叶变换，可以得到其频谱图。
正常的滚动轴承振动信号的频谱图应该是窄带的，且主要集中在轴承的基频和谐波频率上。
如果出现频谱图突然增加了一些频率分量，可能表示滚动轴承存在故障，如滚珠松动、内圈或外圈的损伤等。
此外，滚动轴承的振动信号还可以通过时频分析方法进行特性分析。
时频分析可以将信号的时域信息和频域信息进行联合分析，可以观察到信号在时间和频率上的变化。
通过应用时频分析方法，如短时傅里叶变换（STFT）和小波变换，可以查看滚动轴承振动信号在时间和频率上的瞬态和局部特性。
这种分析方法可以帮助我们检测滚动轴承振动信号的瞬态特征和突变情况，提高故障检测和预测的准确性。
最后，滚动轴承的振动信号特性还可以通过统计学方法进行分析。
通过统计学参数，如均值、标准差和峭度等，可以观察滚动轴承振动信号的集中程度、离散程度和峰态等特性。
偏心轴与轴承系统的振动特性分析
偏心轴与轴承系统的振动特性分析引言振动是机械系统中常见的现象，对于轴承系统来说，振动问题会直接影响其运行稳定性和寿命。
本文的主题是分析偏心轴与轴承系统的振动特性，探讨其原因和相关影响因素。
一、偏心轴产生的振动偏心轴是指轴承轴线与旋转中心轴线不重合的情况。
当偏心轴旋转时，在轴承内部会产生径向力的不平衡，从而引起振动。
偏心轴产生的振动主要包括径向振动和轴向振动两种。
1. 径向振动径向振动是指轴承系统在旋转时产生的以轴心为中心的圆周振动。
偏心轴会引起轴承系统的不平衡，使得轴承产生径向力，进而导致径向振动。
径向振动的幅值与偏心距离和转速有关，偏心距离越大、转速越高，其振动幅值越大。
2. 轴向振动轴向振动是指轴承系统在旋转时产生的以轴线为方向的线性振动。
偏心轴会导致轴承产生轴向力，进而引起轴向振动。
轴向振动与偏心距离、转速以及轴承系统的结构有关，当偏心距离较大时，轴向振动的幅值也会增加。
二、轴承系统的振动特性轴承系统的振动特性是指在特定条件下，轴承系统的振动表现以及与其相关的影响因素。
1. 振动频率振动频率是指轴承系统振动的频率，其与轴承系统的固有特性和旋转速度有关。
常见的振动频率包括轴承固有频率、共振频率等。
不同振动频率对轴承系统的运行稳定性和寿命有着不同的影响。
2. 振动幅值振动幅值是指轴承系统振动的振幅，通常使用轴向振动或径向振动的最大值来表示。
振动幅值的大小与偏心距离、转速和轴承系统的结构有关，过大的振动幅值会导致轴承系统的故障和损坏。
3. 振动形态振动形态是指轴承系统振动的波形和频谱。
通过分析振动形态，可以判断轴承系统中是否存在缺陷和故障，进而采取相应的措施进行修复和改进。
三、影响偏心轴与轴承系统振动的因素1. 偏心距离偏心距离是指轴承轴线与旋转中心轴线之间的距离。
偏心距离越大，引起的不平衡力也越大，从而产生的振动幅值也会增加。
2. 转速转速是指轴承系统的旋转速度。
转速越高，偏心轴产生的不平衡力也越大，振动幅值会随之增加。
轴承振动特征分析
06 结论与建议
结论总结
轴承故障诊断的准确性得 到提高
通过分析振动信号，可以更准确地判断轴承 的运行状态，及时发现潜在的故障。
故障模式识别更加明确
振动特征分析有助于识别轴承的故障模式，如内圈 、外圈或滚动体的故障，为后续的故障原因分析和 修复提供依据。
定量评估轴承性能
通过分析振动信号的频谱、幅值等信息，可 以对轴承的性能进行定量评估，为轴承的维 护和更换提供决策依据。
原因
主要包括轴承座刚度不足、安装 不良、基础松动等。
振动特征分析方法
通过频谱分析、波形分析、轴心 轨迹分析等方法，对轴承座的振 动信号进行采集、处理和分析， 提取出轴承座的振动特征。
实例分析结果
轴承座的振动特征主要表现为低 频振动信号，其频率与轴承座的 结构和基础有关，通过分析这些 特征可以判断轴承座的工作状态 和故障类型。
轴承振动概述
轴承振动是指轴承在运转过程中产生的振动 现象，其产生的原因主要包括轴承内部元件 的相互作用、轴承座的不稳定以及外部激励 等。
轴承振动特征分析主要通过采集轴承的 振动信号，利用信号处理技术提取特征 ，进而对轴承的工作状态进行评估。
轴承振动通常采用振动烈度来描述， 其评价指标包括加速度、速度和位移 等。
02 轴承振动产生的原因
制造误差
材料不均匀
轴承材料内部存在不均匀性，导 致在运转过程中受力不均，引起 振动。
热处理不当
轴承的热处理工艺不佳，导致材 料内部存在残余应力，在运转过 程中产生振动。
装配误差
安装位置不准确
轴承在安装过程中位置不准确，导致运转过程中受力不均， 引起振动。
装配间隙不当
轴承的装配间隙过小或过大，都会影响轴承的正常运转，产 生振动。
机器振动特征分析(2)轴承
转速愈高，预期的寿命愈短。理论的轴承寿命随轴承承受的的负 载的三次方变化。如果设计者只考虑轴承的静载和如皮带拉伸等其他 部件静载，则轴承的理论计算寿命会大打折扣。
缩短滚动轴承寿命的因素
例：
重量为2000磅 908公斤 的转子，转速为6000 公斤) 6000转 在直径为3英尺（半径为18 18英 重量为2000磅(908公斤)的转子，转速为6000转/分，在直径为3英尺（半径为18英 2000 457. 毫米）处的转子上存在一个1盎司(28．35克 的不平衡质量。 寸 =457.2毫米）处的转子上存在一个1盎司(28． 35克 )的不平衡质量。此不平衡质量产 生的离心力计算： 生的离心力计算：
轴承故障原因及其解决
• 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
轴承故障原因及其解决
• 不对中
– 征兆是滚珠在滚道上产生的磨痕与滚道边缘不平行 – 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
滚动轴承故障频率计算例
典型的轴承故障发展过程
润滑分析 声发射检测
感官
振动分析
典型的轴承故障发展过程
轴承故障劣化发展不是按线性规律，而是按指数规律变化
灾难性破坏
X
累 积 的 损 伤
1 2 3 4
阶段≈轴承剩余寿命的10-20% 阶段≈轴承剩余寿命的5-10% 阶段≈轴承剩余寿命的1-5% 阶段≈一小时至轴承剩余寿命的1%
d=滚动体直径； D=滚动轴承平均直径(滚动体中心处直径)； φ=径向方向接触角； n=滚动体数目； No=轴承外环角速度； No Ni=轴承内环角速度(=轴转速). Ni=
滚动轴承常见故障及其振动信号特征
滚动轴承常见故障及其振动信号特征轴承长时间未使用或者存储环境不良会导致轴承表面生锈,进而引发轴承锈蚀故障。
另外,轴承在工作过程中也可能因为润滑不良或者介质腐蚀等原因产生锈蚀现象。
1.6胶合轴承在长期运行过程中,可能会因为润滑不足或者介质污染等原因导致轴承内部的胶合现象。
胶合现象会导致轴承的滚动体和滚道之间失去滚动性能,从而引发轴承故障。
2轴承故障检测方法轴承故障检测的方法主要包括视觉检测、声音检测、振动检测、温度检测和油液检测等。
其中,振动检测是最常用的一种方法。
轴承在故障发生时会产生特定的振动信号,通过对振动信号进行分析可以判断轴承是否发生故障,并确定故障的类型和程度。
3轴承故障的振动信号特征轴承故障时产生的振动信号具有一定的特征,不同类型的故障会产生不同的振动信号特征。
常见的轴承故障振动信号特征包括频率、振幅、相位和波形等。
通过对这些特征的分析,可以准确地判断轴承的故障类型和程度,并采取相应的维修措施。
总之,对轴承故障的诊断和维修具有重要意义。
通过本文对轴承常见故障形式、故障检测方法和振动信号特征的分析,可以帮助工程师更好地诊断和处理轴承故障,提高设备的运行效率和安全性。
轴承锈蚀的原因之一是水分侵入。
当轴承停止工作时，温度下降，空气中的水分容易在轴承表面凝结成水珠，如果不及时清理，就会引起轴承锈蚀。
另外，保护不当也会使水分直接进入轴承，导致轴承锈蚀。
在高速高负荷和润滑不足的情况下，轴承部件会迅速升温，摩擦产生的热量能引起轴承部件接触的金属表面相互粘接，这种现象称为胶合。
轴承滚子和滚道相对运动产生的挤压力和侵入轴承滚道的杂物也会引起轴承表面的磨损。
磨损会增大轴承的游隙，降低运转精度，增加工作噪音。
常见的滚动轴承故障检测方法包括油样分析法、温度监测法、声发射法和振动法。
油样分析法通过分析轴承润滑油中的金属颗粒来判断轴承的运转状况。
温度监测法通过监测轴承附近部件的温度来观测轴承是否正常运转。
声发射法可以通过分析发声周期来判断故障类型和部位。
轴承振动特征分析
随机的超声频率振动
滚动轴承初始故障时产生的振动，从滚动轴承安装在设备上直到 它们刚发生故障之前，发生的频率范围从约5000Hz到60000Hz超 声频率范围。包括振动尖峰能量(SpikeEneey)，高频加速度(HFD)， 冲击脉冲(ShockPules)及其他。通常，以总量值评定轴承的状态， 其频谱数据信息更丰富。
由于安装不当对轴承施加了过大负荷。虽然，可能尚未发生实际损坏，但 是，如果检测不出这种故障问题并采取措施修正，则该轴承将在其预定寿命之 前很早就损坏。 15.轴承润滑不良产生的频率
特征是在900到1600Hz范围内，有3或4个尖峰，尖峰之间的差频在80到 130Hz。润滑良好的轴承可能也包括这些频率分量，然而，它们的幅值非常小， 约为1.27mm/s或更小。当润滑不良时，幅值增大到 2.54到5.08mm/s
轴承故障四个阶段的频谱
Stage 1
no apparent change on typical velocity spectrum
Stage 2
defect’s harmonic frequencies appear
滚动轴承故障频率计算(2)
保持架故障频率： FTF=(N/2)［1-（d/D）Cos φ]
滚动体旋转故障频率： BSF=(N/2)(D/d){1-[(d/D)Cos φ］²}
外环故障频率： BPFO=(N/2)n[1-(d/D)Cosφ]
内环故障频率： BPFI=(N/2)n[1+(d/D)Cosφ］
灾难性破坏
1 阶段轴承剩余寿命的10-20%
累 积 的
2 阶段轴承剩余寿命的5-10% 3 阶段轴承剩余寿命的1-5%
滑动轴承、滚动轴承振动故障症状特征分析与解决处理方法(图文并茂详解)
滑动轴承、滚动轴承振动故障症状特征分析与解决处理方法（图文并茂详解）一、滚动轴承症状特征：（一）、滚动轴承故障发展的第一阶段症状特征：1、超声波频率范围(>250K赫兹) 内的最早的指示；2、利用振动加速度包络技术（振动尖峰能量gSE）可最好地评定频谱。
（二）、滚动轴承故障发展的第二阶段症状特征：1、轻微的故障激起滚动轴承部件的自振频率振动。
2、故障频率出现在500-2000赫兹范围内。
3、在滚动轴承故障发展第二阶段的末端，在自振频率的左右两侧出现边带频率。
（三）、滚动轴承故障发展的第三阶段症状特征：1、出现滚动轴承故障频率及其谐波频率。
2、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。
3、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。
（四）、滚动轴承故障发展的第四阶段症状特征：1、离散的滚动轴承故障频率消失，被噪声地平形式的宽带随机振动取代之。
2、朝此阶段末端发展，甚至影响1X转速频率的幅值。
3、事实上，高频噪声地平的幅值和总量幅值可能反而减小。
二、滑动轴承症状特征：（一）、油膜振荡不稳定性症状特征：1、如果机器在2X转子临界转速下运转，可能出现油膜振荡。
2、当转子升速到转子第二阶临界转速时，油膜涡动接近转子临界转速，过大的振动将使油膜不能支承轴。
3、油膜振荡频率将锁定在转子的临界转速。
4、转速升高，油膜涡动频率也不升高。
（二）、油膜涡动不稳定性症状特征：1、通常出现在旋转转速的42-48%频率范围内。
2、有时，振动幅值非常大油膜涡动是固有不稳定的，因为它增大离心力，所以增大涡动力。
（三）、滑动轴承磨损/间隙故障症状特征：1、滑动轴承磨损故障后阶段将产生幅值很大的旋转转速频率的谐波频率振动。
2、当存在过大的滑动轴承间隙时，很小的不平衡或不对中将导致很大幅值的振动。
滚动轴承振动信号特性分析
西南交通大学本科毕业设计（论文）滚动轴承振动信号特性分析年级:2010级学号:**********:***专业:机械制造工艺及其设备****:***2014年 6月院系机械工程系专业机械设计制造及其自动化（机械制造）年级 2010级姓名刘元是题目滚动轴承振动信号特性分析指导教师评语指导教师 (签章) 评阅人评语评阅人 (签章) 成绩答辩委员会主任 (签章)年月日毕业设计（论文）任务书班级 2010机制1班学生姓名刘元是学号 20107151 发题日期：2014年 2月 24日完成日期： 6月 20日题目滚动轴承振动信号特性分析1、本论文的目的、意义：滚动轴承的优点众多，因此滚动轴承在工程实践中得到充分的应用。
但是滚动轴承有时的工作条件十分恶劣并且在机械设备中承载载荷、传递载荷。
滚动轴承损坏尤其是突然损坏不仅会导致机械设备的故障失效，甚至可能造成更为严重或许是灾难性的事故。
本论文主要针对滚动轴承振动信号进行研究，在对滚动轴承结构有一定了解的基础上，重点研究滚动轴承振动信号特点，并基于滚动轴承振动实测信号进行分析验证，掌握常见的信号谱分析方法，并尝试对滚动轴承零件故障进行分析。
2、学生应完成的任务（1）基于滚动轴承振动信号进行常见分析的分析方法，如时域分析、FFT分析、功率谱分析研究所实测振动信号，并得出相应结论。
（2）利用小波或其它信号分析方法研究所实测振动信号，并得出相应结论。
（3）利用MATLAB编制信号分析GUI，实现计算信号特征参数及实现简单的信号分析功能。
（4）完成毕业论文。
3、论文各部分内容及时间分配：（共 16 周）第一部分了解滚动轴承的功能、构成 (2周) 第二部分了解滚动轴承常见的失效形式(2周) 第三部分基于实测滚动轴承振动信号利用功率谱等方法分析其特性 (4周) 第四部分利用典型时频分析方法分析滚动轴承振动信号特性并编GUI(6周) 第五部分论文撰写(2周) 评阅及答辩(2周)备注(1)CNKI关于滚动轴承故障分析的论文.（2）功率谱分析、小波分析、希尔伯特-黄变换有关书籍（3）matlab编程方面的书籍指导教师：年月日审批人：年月日摘要滚动轴承在工程实践中得到了充分的应用，但是滚动轴承却十分容易损坏。
滚动轴承的振动机理与信号特征
滚动轴承的振动机理与信号特征滚动轴承的振动可由外部振源引起，也可由轴承本身的结构特点及缺陷引起。
此外，润滑剂在轴承运转时产生的流体动力也可以是振动(噪声)源。
上述振源施加于轴承零件及附近的结构件上时都会激励起振动。
一、滚动轴承振动的基本参数1．滚动轴承的典型结构滚动轴承的典型结构如图1所示，它由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成。
图1 滚动轴承的典型结构图示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r1：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α：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)承受径向、轴向载荷时各部分无变形；(3)内圈滚道回转频率为fi;(4)外圈滚道回转频率为fO;(5)保持架回转频率(即滚动体公转频率为fc)。
参见图1，则滚动轴承工作时各点的转动速度如下：内滑道上一点的速度为：Vi=2πr1fi=πfi(D-dcosa)外滑道上一点的速度为：VO=2πr2fO=πfO(D+dcosa)保持架上一点的速度为：Vc=1/2(Vi+VO)=πfcD由此可得保持架的旋转频率(即滚动体的公转频率)为：从固定在保持架上的动坐标系来看，滚动体与内圈作无滑动滚动，它的回转频率之比与d/2r1成反比。
由此可得滚动体相对于保持架的回转频率(即滚动体的自转频率，滚动体通过内滚道或外滚道的频率)fbc根据滚动轴承的实际工作情况，定义滚动轴承内、外圈的相对转动频率为一般情况下，滚动轴承外圈固定，内圈旋转，即：同时考虑到滚动轴承有Z个滚动体，则滚动轴承的特征频率如下：滚动体在外圈滚道上的通过频率zfoc为：滚动体在内圈滚道上的通过频率Zfic为：滚动体在保持架上的通过频率(即滚动体自转频率fbc)为：3.止推轴承的特征频率止推轴承可以看作上述滚动轴承的一个特例，即α＝90°，同时内、外环相对转动频率为轴的转动频率fr，此时滚动体在止推环滚道上的频率为：滚动体相对于保持架的回转频率为：以上各特征频率是利用振动信号诊断滚动轴承故障的基础，对故障诊断非常重要。
滚动轴承振动信号特性分析
滚动轴承振动信号特性分析滚动轴承在工程实践中得到了充分的应用，但是滚动轴承却十分容易损坏。
滚动轴承的运行状态通常也会直接影响到整个机械设备的性能。
滚动轴承损坏尤其是突然损坏不仅会导致机械设备的故障失效，甚至造成更为严重或许是灾难性的事故。
对滚动轴承进行特征信号分析对其故障进行诊断可以有效地避免事故发生。
关键词：滚动轴承;信号;分析为了有效地提取滚动轴承故障信号特性，提出了一种基于共振解调技术和谱峭度法相结合的方法，并且将其应用到实际的滚动轴承的数据中进行分析处理。
发现能准确的找出其故障部位并得到其故障频率。
一、轴承结构和故障机理滚动轴承是一类广泛应用的精细的机械构件。
滚动轴承的作用是将运转的轴承座和轴相互的滑动类型的摩擦转换为滚动类型的摩擦。
其一般包括四个部分：滚动体，外圈，内圈和保持架。
内圈能和轴进行配合共同旋转。
外圈则是与轴承座进行配合并且起着支撑的作用。
滚动体均匀分布在内外圈之间，对轴承的运转性能和使用寿命有着重要的影响。
保持架起着让滚子分布均匀的功能，引领滚子旋转而且具有润滑功能以及避免滚子掉落。
总体说来轴承工作时的振动通常分为以下两种：与轴承工作面的裂痕、波纹相关和与轴承弹性相关的振动。
其中与轴承表面裂痕、波纹相关振动能够反映其损伤的情况。
工作面若有损坏，当滚子在损坏面运转的时侯，某种交变的激振力将会出现。
因为轴承滚动表面损伤形状并不规则。
由此，产生的振动也会是一种随机振动并包含了多种频率成分。
通常来说，轴运转的速率以及轴承面损坏样式是激振力的频率的首要性因素。
而激振系统传递相关的因素由轴承和外壳来决定。
总而言之，轴运转的速率、外壳和轴承的振动传递因数以及轴承面损坏样式等一起确定了因轴承异常而产生的振动频率。
一般而言，轴承具有越高的振动频率则表明轴有越严重的损伤或者有越高的旋转速度，另外滚动轴承的固有振动频率会随着滚动轴承尺寸的增大而有所降低。
因而，所有异常的轴承产生振动时都不会是一个特定的频率。
轴承振动特征分析含轴承故障特征频率的特点及计算72页PPT
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
轴承振动特征分析含轴承故障特征频率 的特点及计算
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
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8轴承Βιβλιοθήκη 障原因及其解决• 正常疲劳失效 –疲劳失效指滚道和滚动体上发生龟 裂，并随之产生材料碎片剥落 –这种疲劳为逐渐发生，一旦开始则 迅速扩展，并伴随明显的振动增加 –更换轴承，和设计有更长疲劳寿命 的轴承
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轴承故障原因及其解决
• 反向载荷 –角接触轴承的设计只接受一个方向 的轴向载荷 –当方向相反时，外圈的椭圆接触区 域被削平… –结果是应力增加，温度升高，并产 生振动增大和轴承早期失效
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滚动轴承振动尖峰能量(gSE)报警值。
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滚动轴承故障的振动特征
轴承零部件的自振频率
安装在机器上的滚动轴承自振频率范围约为500到2000Hz之 间。自振频率与转速无关，无论轴的转速高低它都处在一个相同 的频率位置。
轴承故障特征频率
滚动轴承故障特征频率就是轴承故障产生的振动频率。 BPFO – 外圈故障特征频率 BPFI – 内圈故障特征频率 BSF – 滚动体故障特征频率 FTF － 保持架故障特征频率
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轴承故障原因及其解决
• 过负荷 – 引起过早疲劳，（包括过紧配合，布氏硬度凹痕 和预负荷） – 减少负荷或重新设计
• 过热 – 征兆是滚道，球和保持架变色，金色变为蓝色 – 温度超过400F(204℃)使滚道和滚动体材料退火 – 硬度降低导致轴承承重降低和早期失效 – 严重情况下引起变形，另外温升高会降低和破坏 润滑性能
轴承故障原因及其解决
• 不对中
– 征兆是滚珠在滚道上产生的磨痕与滚道边缘不平行 – 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。
机器振动特征分析（2）
滚动轴承故障
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滚动轴承故障
滚动轴承是机器中最精密的部件,公差是其余 部件的十分之一。
由于各种原因，只有10％到20％的轴承能达 到它们的设计寿命
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滚动轴承类型
深槽球轴承 针轴承 角接触球轴承
圆柱滚子轴承 球面滚子轴承
圆锥滚子轴承
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滚动轴承为什么会过早损坏？
▪ 主要因素之一是过大的动载荷即振动。 ▪ 理论计算滚珠轴承寿命公式，表明为什么作用在轴承上的动载减少轴
承的寿命：
转速愈高，预期的寿命愈短。理论的轴承寿命随轴承承受的的负
载的三次方变化。如果设计者只考虑轴承的静载和如皮带拉伸等其他
部件静载，则轴承的理论计算寿命会大打折扣。
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缩短滚动轴承寿命的因素
外环故障频率； 7. 轴承保持架故障频率(FTF)通常不是以其基频出现 ； 8. 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)； 9. 轴承保持架断裂时，可能出现滚动体旋转故障频率 ； 10. 一个以上滚动体有故障时，将产生有故障的滚动体数目×滚动体故障特征
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轴承故障原因及其解决
• 布氏硬度凹痕 – 当负荷超过滚道的弹性极限时产生 – 滚道上的凹痕增加振动（噪声） – 任何静态过负荷和严重冲击产生布氏凹痕
• 伪布式凹痕 – 在每个滚珠位置产生的椭圆形磨损凹痕，光滑， 有明显边界，周围有磨削 – 表明严重的外部振动 – 隔振和使用抗摩添加剂
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轴承故障原因及其解决
• 污染 – 污染是轴承失效的主要原因之一 – 污染的征兆是在滚道和滚动体表面有点痕，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。
滚动轴承初始故障时产生的振动，从滚动轴承安装在设备上直到 它们刚发生故障之前，发生的频率范围从约5000Hz到60000Hz超声 频率范围。包括振动尖峰能量(SpikeEneey)，高频加速度(HFD)， 冲击脉冲(ShockPules)及其他。通常，以总量值评定轴承的状态， 其频谱数据信息更丰富。
– 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，引起噪声和晃动。
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滚动轴承故障的振动特征
滚动轴承一旦产生故障，可能会产生四种类型频率的振动
随机的超声频率； 轴承零部件的自振频率； 轴承故障特征频率； 轴承故障的和频及差频。
随机的超声频率振动
▪ 其它因素：润滑不当，错误润滑剂，灰尘和其它污染物污染，储存 不当，潮气，运输或使用时嗑碰、刮伤，错用轴承型号，轴承安装 不当等。
▪ 最重要的对策是监测滚动轴承的状态，早期发现轴承故障，跟踪其 发展趋势，并知道何时需更换轴承；
▪ 正确地采集轴承振动特征信号； ▪ 分析其振动特征信号，故障诊断； ▪ 利用高频包络解调信号处理技术，更有效地监测出轴承故障。 ▪ 选择合适的监测参数如振动速度、冲击脉冲、解调谱等。
例： 重量为2000磅(908公斤)的转子，转速为6000转/分，在直径为3英尺（半径为18
英寸=457.2毫米）处的转子上存在一个1盎司(28．35克)的不平衡质量。此不平衡质 量产生的离心力计算：
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其它缩短滚动轴承寿命的因素
▪ 转子不只承受不平衡，还承受不对中、松动、气蚀或其它故障引起 的动载荷，轴承的实际寿命可能还要短。
– 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
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轴承故障原因及其解决
• 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
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轴承故障特征频率的特点
1. 轴承的故障频率与其他故障频率不同 ； 2. 轴承故障频率是转速频率的非整数倍 ； 3. 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） 4. 轴承内环故障频率往往伴有1 X转速频率的边带
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轴承故障特征频率的特点
5. 轴承外环故障频率的幅值高于轴承内环故障频率的幅值； 6. 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