轴承振动特征分析(培训资料)
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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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5
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。
优选课件
14
滚动轴承振动尖峰能量(gSE)报警值。
优选课件
15
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
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。
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。
8
轴承故障原因及其解决
• 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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9
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
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
– 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。
优选课件
13
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
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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4
缩短滚动轴承寿命的因素
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10
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。ຫໍສະໝຸດ Baidu
• 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。
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。
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6
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
机器振动特征分析（2）
滚动轴承故障
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1
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
优选课件
2
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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3
滚动轴承为什么会过早损坏？
– 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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11
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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12
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7
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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16
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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17
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
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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5
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。
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14
滚动轴承振动尖峰能量(gSE)报警值。
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15
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
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。
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。
8
轴承故障原因及其解决
• 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
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
– 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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13
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
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
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10
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。ຫໍສະໝຸດ Baidu
• 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。
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。
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6
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
机器振动特征分析（2）
滚动轴承故障
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1
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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2
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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3
滚动轴承为什么会过早损坏？
– 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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11
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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7
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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16
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