滚动轴承故障诊断分析专家版
滚动轴承故障诊断技术
滚动轴承故障诊断技术原理一、 峰值能量法：轴承一旦出现故障，如：内外环壁裂纹，滚动体点蚀，缺油等，往往产生频率很高的振动，一般是转速频率的10—50倍，其它因素如：不对中，不平衡，机座松动等，它们所造成的振动，其频率较低，往往在基频的5倍以内，通过仪器滤去各种低频信号，拾取高频分量，可得到轴承的特征信号。
峰值能量法，将信号滤波放大处理，根据其能量的大小来判断轴承的损坏程度。
二、 GS为单位表征其峰值能量1、 新轴承：0.2---0.6GS。
2、 使用中的轴承：0.5----I.0GS。
3、 有缺陷的轴承：1.0----2.5GS。
4、 损坏的轴承办2.5----5.0GS。
5、 dBm-----少量强冲击脉冲相关的最大值。
6、 dBc -----大量弱冲击脉冲相关的地毯值。
7、 δ=dBm—dBc，差值应该很小。
轴承损坏的特征是有一个较大的dBm值和较大的δ值。
轴承初始脉冲值一般在10 dB值。
使用中好的轴承脉冲值一般在20dB以下。
一般轴承初始脉冲值增大至1000倍时（60dB）认为该轴承达到报废。
一般20〈dB〈30 轻微受损。
30〈dB〈45 开始恶化。
45〈dB〈60 严重受损。
二、 轴承损坏有七种情况：1、 疲劳磨损----由于交变载荷的作用，一定深处有最大剪应力形成裂纹，发生剥落坑，滚道，滚动体，面积有0.5mm的疲劳剥落坑，该轴承寿命终结。
2、 磨损-----润滑不良，尘埃，异物侵入，表面受损。
3、 塑性变形-----过重载荷，冲击，热变形，一旦有了压痕表面剥落。
4、 锈蚀-----水份侵入轴承锈蚀，或电流通过，油膜引起火花，使表面熔触凹凸不平。
5、 断裂-----热处理，残余应力，过载，另件破裂，磨削热应力过大。
6、 胶合---润滑不良，高度重载摩擦发热导至表面烧伤及胶合，一个表面的金属粘附到另一表面上的现象。
7、 保持架损坏-----装配不当，保持架发生变形，增加摩擦，卡死，发热，噪声及振动增大。
(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
fo
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。
滚动轴承故障诊断
第二组实验轴承故障数据：数据打开后应采用X105_DE_time作为分析数据，其他可作为参考，转速1797rpm轴承型号：6205-2RS JEM SKF, 深沟球轴承采样频率：12k Hz1、确定轴承各项参数并计算各部件的故障特征频率通过以上原始数据可知次轴承的参数为：轴承转速r=1797r/min；滚珠个数n=9；滚动体直径d=；轴承节径D=39mm；：滚动体接触角α=0由以上数据计算滚动轴承不同部件故障的特征频率为：外圈故障频率f1=r/60 * 1/2 * n(1-d/D *cosα)=内圈故障频率f2=r/60 * 1/2 * n(1+d/D *cosα)=滚动体故障频率f3=r/60*1/2*D/d*[1-(d/D)^2* cos^2(α)]=保持架外圈故障频率f4=r/60 * 1/2 * (1-d/D *cosα)=2.对轴承故障数据进行时域波形分析将轴承数据导入MATLAB中直接做FFT分析得到时域图如下：并求得时域信号的各项特征：（1）有效值：；（2）峰值：；（3）峰值因子：；（4）峭度：；（5）脉冲因子：；（6）裕度因子：：3.包络谱分析对信号做EMD模态分解，分解得到的每一个IMF信号分别和原信号做相关分析，找出相关系数较大的IMF分量并对此IMF分量进行Hilbert变换。
由图中可以看出经过EMD分解后得到的９个IMF分量和一个残余量。
IMF分量分别和原信号做相关分析后得出相关系数如下：由上表得：IMF1的相关系数明显最大，所以选用IMF1做Hilbert包络谱分析。
所得Hilbert包络谱图如下：对包络谱图中幅值较大区域局部放大得到下图由以上包络图的局部放大图中可以看出包络图中前三个峰值最大也最明显，三个峰值频率由小到大排列分别为、、。
把这三个频率数值和前文计算所得的理论值进行比较可知：频率值最大为和内圈的故障理论计算特征频率f2=相近，说明此轴承的故障发生在轴承的内圈。
滚动轴承故障诊断讲诉
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。
(完整word版)滚动轴承故障诊断分析全解
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 and vibration principle of rolling bearing arediscussed。
the thesis sets up a series of academic models of faulty rolling bearings an d lists some symptom parameters which often used in fault diagnosis of ro lling bearings 。
the study of vibration principle of rolling bearings can hel p us to know the essence and feature of rolling bearings.In this paper， th e parameters of the extraction, theoretical analysis， and process are descr ibed in detail。
Keywords: Rolling Bearing; Fault Diagnosis; Symptom Parameter; Distinctio n Index; Distinction Rate0引言：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.但是,由于故障所引起的灾难性事故及其所造成的对生命与财产的损失和对环境的破坏等也是很严重的，这就使得人们对诸如航空航天器、核电站、热电厂及其他大型化工设备的可靠性、安全性提出了越来越高的要求。
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。
滚动轴承的故障诊断
滚动轴承的故障诊断摘要：滚动轴承是机械设备中最常见的零部件，其性能与工况的好坏直接影响到与之相联的转轴以及安装在转轴上的齿轮乃至整个机器设备的性能。
研究滚动轴承的失效机理，保证设备的长期安全稳定运行，均有现实的意义。
关键词：滚动轴承；故障；振动；诊断一、振动信号简易诊断法１．振幅值诊断法这里所说的振幅值指峰值XP、均值X（对于简谐振动为半个周期内的平均值，对于轴承冲击振动为经绝对值处理后的平均值）以及均方根值（有效值）Xrms。
这是一种最简单、最常用的诊断法，它是通过将实测的振幅值与判定标准中给定的值进行比较来诊断的。
峰值反映的是某时刻振幅的最大值，因而它适用于像表面点蚀损伤之类的具有瞬时冲击的故障诊断。
另外，对于转速较低的情况（如300r/min以下），也常采用峰值进行诊断。
均值用于诊断的效果与峰值基本一样，其优点是检测值较峰值稳定，但一般用于转速较高的情况（如300r/min以上）。
均方根值是对时间平均的，因而它适用于像磨损之类的振幅值随时间缓慢变化的故障诊断。
２．波形因数诊断法波形因数定义为峰值与均值之比（XP/X ）。
该值也是用于滚动轴承简易诊断的有效指标之一。
如图3-1所示，当XP/X 值过大时，表明滚动轴承可能有点蚀；而XP/X 小时，则有可能发生了磨损。
３．波峰因数诊断法波峰因数定义为峰值与均方根值之比（XP/Xrms）。
该值用于滚动轴承简易诊断的优点在于它不受轴承尺寸、转速及载荷的影响，也不受传感器、放大器等一、二次仪表灵敏度变化的影响。
该值适用于点蚀类故障的诊断。
通过对XP/Xrms值随时间变化趋势的监测，可以有效地对滚动轴承故障进行早期预报，并能反映故障的发展变化趋势。
当滚动轴承无故障时，XP/Xrms，为一较小的稳定值；一旦轴承出现了损伤，则会产生冲击信号，振动峰值明显增大，但此时均方根值尚无明显的增大，故XP/Xrms增大；当故障不断扩展，峰值逐步达到极限值后，均方根值则开始增大，XP/Xrms逐步减小，直至恢复到无故障时的大小。
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。
滚动轴承故障诊断分析 专家版
滚动轴承故障诊断分析专家版滚动轴承故障诊断分析-专家版滚动轴承故障诊断1（之国外专家版）滚动轴承故障现代工业通用机械都搭载了相当数量的滚动轴承。
一般说来，滚动轴承都就是机器中最高精度的部件。
通常情况下，它们的公差都维持在机器的其余部件的公差的十分之一。
但是，多年的实践经验说明，只有10%以下的轴承能运转至设计寿命年限。
而大约40%的轴承失灵就是由于杀菌引发的故障，30%失灵就是由于不对中或“卡住”等加装犯规，除了20%的失灵就是由负载采用或生产上瑕疵等其它原因所致。
如果机器都进行了精确对中和精确平衡，不在共振频率附近运转，并且轴承润滑良好，那么机器运行就会非常可靠。
机器的实际寿命也会接近其设计寿命。
然而遗憾的是，大多数工业现场都没有做到这些。
因此有很多轴承都因为磨损而永久失效。
你的工作是要检测出早期症状并估计故障的严重程度。
振动分析和磨损颗粒分析都是很好的诊断方法。
1、频谱特征故障轴承会产生与1x基频倍数不完全相同的振动分量――换言之，它们不是同步的分量。
对振动分析人员而言，如果在振动频谱中发现不同步分量那么极有可能是轴承出现故障的警告信号。
振动分析人员应该马上诊断并排除是否是其它故障引起的这些不同步分量。
（非转频的倍数峰值疑似为故障信息）如果看见不同步的波峰，那极有可能与轴承磨损有关。
如果同时除了谐波（基频的倍频）和边频带发生，那么轴承磨损的可能性就非常小――这时候你甚至不须要再回去介绍轴承精确的扰动频率。
2、扰动频率计算存有四个与轴承有关的扰动频率：球过内圈频率（bpi）、球过外圈频率（bpo）、保持架频率（ft）和球的磁矩频率（bs）（外圈，内圈，保持架，翻转体特征频率）。
轴承的四个物理参数：球的数量、球的直径、节径（滚柱圆心对应轴承的半径d）和接触角。
其中，bpi和bpo的和等同于滚珠/滚柱的数量。
比如，如果bpo等同于3.2x（转频），bpi等同于4.8x，那么滚珠/滚柱的数量必定就是8。
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。
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
第29页
➢ 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
第18页
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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
第8页
8
常见故障形式
磨损
机械故障诊断—第五章滚动轴承的故障诊断
f bn
=
0.424 r
E
2r
（5.1）
其中 r 为钢球的半径（m），ρ为材料密度（kg/m3）,E 为钢球的弹性模量（N/m2） 当滚动轴承为钢材时，其内外圈的固有频率可用下式计算：
f (i,o)n
= 9.4 105
h D2
பைடு நூலகம்
n(n 2 n2
1) 1
（5.2）
其中 h 为圆环的厚度（mm），D 为圆环中性轴的直径（m），n 为振动阶数（变形波数见图
第一节 滚动轴承的失效形式及振动机理 一、概述
旋转机械是设备故障诊断工作的重点，而旋转机械的故障有相当大的比例与滚 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，由此可见 故障诊断工作的重要性。
最初的轴承故障诊断是利用听棒，靠听觉来判断。这种方法至今仍然在沿用，
单个滚动体（或保持架）相对于外圈的旋转频率为
p
f oc
= VB lm
=
2 (D d) fn
pD
=
1 2
1
d D
fn
（5.5）
其中 lm 为滚道节圆周长。 如果外圈滚道上某处有一缺陷时，则Z 个滚动体滚过该缺陷时的频率为
Zf oc
=
1 2
1
d D
f
n
Z
（5.6）
如果内圈上有一处缺陷点时，Z 个滚动体滚过该缺陷时的特征频率为
硬度很高的异物侵入时都会在滚道表面形成凹痕或划痕。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，高精度的轴承可能会由于表面锈蚀导致
滚动轴承的故障诊断与失效分析(杜新定)
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2020/8/7
轴承扰动频率的计算公式
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2020/8/7
轴承失效的九个阶段(第一阶段)
在轴承失效的最初阶段，其频率范围大约在20 KHz～60 KHz之间或更高。有多种电子设备可 以用来检测这些频率，包括峰值能量、 HFD、 冲击脉冲、 SEE等超音波测量装置。在这个阶段， 普通的频谱上不会出现任何显示。
滚动轴承的故障诊断技术主要有振动诊断技术、 铁谱诊断技术、温度诊断技术、声学诊断技术、 油膜电阻诊断技术和光纤监测诊断技术等，其中， 振动、铁谱、温度诊断技术应用最普遍。
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2020/8/7
振动诊断技术(一)
轴承元件的工作表面出现疲劳剥落、压痕或局部 腐蚀时，轴承运行中会出现周期性的脉冲信号。 这种周期性的信号可有安装在轴承座上的传感器 （速度型或加速度型）来接收，通过对振动信号 的分析来诊断轴承的故障。
特点：机器无需解体；投资低，效果好；能发现 轴承的早期疲劳失效；可做磨损机理研究。
应用范围：适用于用润滑油润滑的轴承的故障诊 断，对于用脂润滑的轴承较困难。
润滑良好的轴承，由于油膜的作用，内、外圈之 间有很大的电阻。故通过测量轴承内、外圈的电 阻，可对轴承的异常作出判断。
特点：诊断快速、简便；可在线监测。
应用范围：近几年来发展的新技术，在轴承工况 监测中应用较少 .
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2020/8/7
滚动轴承振动故障诊断技术
滚动轴承是机器中最精密的部件，通常它们的公差都保 持在机器的其余部件的公差的十分之一。但多年的实践 经验表明，只有10%以下的轴承能够运行到设计寿命年 限。而大约40%的轴承失效是由于润滑引起的故障， 30%失效是由于不对中或“卡住”等装配失误，还有 20%的失效是由过载使用或制造上缺陷等其它原因所致。
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。
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滚动轴承故障诊断1（之国外专家版）滚动轴承故障现代工业通用机械都配备了相当数量的滚动轴承。
一般说来，滚动轴承都是机器中最精密的部件。
通常情况下，它们的公差都保持在机器的其余部件的公差的十分之一。
但是，多年的实践经验表明，只有10%以下的轴承能够运行到设计寿命年限。
而大约40%的轴承失效是由于润滑引起的故障，30%失效是由于不对中或“卡住”等装配失误，还有20%的失效是由过载使用或制造上缺陷等其它原因所致。
如果机器都进行了精确对中和精确平衡，不在共振频率附近运转，并且轴承润滑良好，那么机器运行就会非常可靠。
机器的实际寿命也会接近其设计寿命。
然而遗憾的是，大多数工业现场都没有做到这些。
因此有很多轴承都因为磨损而永久失效。
你的工作是要检测出早期症状并估计故障的严重程度。
振动分析和磨损颗粒分析都是很好的诊断方法。
1、频谱特征故障轴承会产生与1X基频倍数不完全相同的振动分量——换言之，它们不是同步的分量。
对振动分析人员而言，如果在振动频谱中发现不同步分量那么极有可能是轴承出现故障的警告信号。
振动分析人员应该马上诊断并排除是否是其它故障引起的这些不同步分量。
（非转频的倍数峰值疑似为故障信息）如果看到不同步的波峰，那极有可能与轴承磨损相关。
如果同时还有谐波（基频的倍频）和边频带出现，那么轴承磨损的可能性就非常大——这时候你甚至不需要再去了解轴承准确的扰动频率。
2、扰动频率计算有四个与轴承相关的扰动频率：球过内圈频率（BPI）、球过外圈频率（BPO）、保持架频率（FT）和球的自旋频率（BS）（外圈，内圈，保持架，滚动体特征频率）。
轴承的四个物理参数：球的数量、球的直径、节径（滚柱圆心对应轴承的半径D）和接触角。
其中，BPI和BPO的和等于滚珠/滚柱的数量。
例如，如果BPO等于3.2 X（转频），BPI等于4.8 X，那么滚珠/滚柱的数量必定是8。
轴承扰动频率的计算公式如下：注意：BS的值可能会加倍，因为所给的公式针对的是球撞击内圈或外圈的情况。
如果有庇点的滚球/滚柱同时撞击内圈和外圈，那么其频率值应该加倍。
需要说明的是由于受到各种实际情况如滑动、打滑、磨损、轴承各参数的不精确（如直径可能不完全精确）等的影响，我们所计算出来的频率值可能会与真实值有小范围的差异。
在检查过程中你可能会经常涉及到滚珠的数目，对于轴承而言你所能了解到的信息可能只有滚珠（或滚柱）的数目。
如果能够根据频谱（或其它地方）确定其中一个的扰动频率，我们就可以根据它计算出其它的频率。
对于四个扰动频率计算还有一个近似的经验公式可供参考。
对于8～12个滚珠/滚柱的轴承：BPO通常等于滚珠数量的0.4倍，BPI是滚珠数量的0.6倍，而FT等于0.4 X。
3、轴承失效的九个阶段有人把轴承失效划分为四个阶段，在此我们为了描述得更加详细将它细分为九个阶段。
第一阶段：在轴承失效的最初阶段，其频率范围大约在20 KHz～60 KHz之间——或更高。
有多种电子设备可以用来检测这些频率，包括峰值能量、HFD、冲击脉冲、SEE等超音频测量装置。
在这个阶段，普通的频谱上不会出现任何显示。
第二阶段：由于轴承上的庇点增大，使它在共振（固有）频率处发出铃叫声。
同时该频率还作为载波频率调制轴承的故障频率。
第三阶段：出现轴承故障频率。
开始的时候我们只能观察到这个频率本身。
图中所示为轴承内圈故障时的频谱显示。
当轴承磨损进一步加剧后，在故障频率（例子中的BPI）处的波峰值将会升高。
大多数情况下波峰值将随着时间线性增加。
第四阶段：随着故障的发展，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可能会比基频波峰更早被发现。
因此，我们首先要查找频谱中的非同步波峰，并查证是否有谐波。
对应的时域波形中同时也会出现冲击脉冲的显示。
故障频率及其谐波的幅值在开始阶段都比较低。
如果你仅仅通过线性坐标图表来查看数据，很容易错过这些重要的故障信号。
因此，建议结合对数坐标来进行分析，从而及时发现轴承故障的早期显示。
如果你想要进行轴承的早期故障预报，那么就应该使用加速度为单位来采集高频时域波形（使用加速度传感器）——也就是说，不要进行积分。
加速度能突出信号中的高频成分，这对于我们的应用来说是很理想的方法。
第五阶段：随着故障状态的恶化，轴承的损坏更加严重，振动级将继续升高，同时出现更多的谐波。
由于故障自身的性质，这时还会出现边频带。
时域波形上的尖峰波将更加清晰和明显，你甚至能够通过测量尖峰间的时间间隔来计算故障频率。
高频率的轴承检测，如峰值能量和冲击脉冲所得到的趋势都在持续上升。
此时引起调制的原因有二个：第一种情形是当内圈出现故障时，如果它位于加载区域时，产生的冲击会更加剧烈，从而产生更高的振幅。
当内圈故障位置移出加载区后，其振幅又会降低，并在轴承顶部达到最小值。
在这种情况下内圈的故障频率将被（内圈的）旋转频率所调制，于是我们可以在频谱中看到1 X 边频带出现。
如果滚珠出现问题，也会因相同的原因，产生调制。
当滚珠运转在载荷区会产生比运转在非载荷区更强烈的冲击。
越接近载荷区，振幅越高。
滚珠沿轴承以保持架频率FT滚动。
该频率低于1 X——典型的FT 大约等于0.4 X。
当我们能够从频谱中观察到谐波，特别是边频带后，轴承上的磨损就已经能够用肉眼观察到了。
这时候，你就可以建议更换轴承了。
滚动轴承故障诊断2第六阶段：1X处的幅值增大，并出现1X的谐波，这是由于磨损引起间隙增大的结果。
第七阶段：现在我们看见故障频率及其边频带变成峰丘状，经常被叫作"干草堆"。
这是由于宽带噪声所致。
在*近机器的地方，你还能听到轴承发出的噪声。
在这个阶段，高频率的轴承测量量可能会逐渐减少。
如果你用测量工具测到的振幅有下降趋势，不要以为是情况出现好转，而应该尽快去定购用来更换的轴承了！第八阶段：频谱中的“干草堆”将继续扩大，谐波随着松动的增加而增大，高频率的轴承测量显示出的趋势可能会继续降低，但重要的是整个噪声水平都在上升。
你能清晰的听到轴承发出的声音，这预示着轴承即将报废。
第九阶段：到了这个阶段以后，频谱会变得平直，因为机器已经不能运转了！4、解调频谱及在滚动轴承诊断中的应用振动解调可以在滚动轴承故障发展的初始阶段检测到故障信息，并且可以跟踪轴承的故障发展，在轴承故障的不同阶段中以不同的信息反映轴承不同的故障状态。
4-1使用和认识解调以上已经论述了如下事实：在轴承故障的早期阶段可以观察到在机器固有频率处的振动。
轴承在固有频率上产生“鸣叫”。
轴承的损坏所引起的冲击导致轴承“鸣叫”。
因此，我们实际得到的是故障频率的边频带。
（如在第二阶段上的图示）在轴承失效的晚期，我们也能观察到存在1X边频带或保持架转速的边频带调制，他们分别代表了轴承内圈和滚珠的故障。
（如在第五阶段上的图示）4-2解调结合上述两种情形，我们会想：如果能够检测到故障频率边频带的轴承共振是否就还能给出非常早的轴承磨损警告呢？答案是肯定的。
但是由于测量的是高频低幅信号，因此它容易被其他振源信号所掩盖。
一种解决方法就是对信号进行解调。
简单的说，就是首先使用高通滤波器过滤主要的低频成份，然后进行检波（解调），接着为了抗混频还需要使用低通滤波器去除高频信号。
仔细查看频谱，你会在原始信号中发现许多振动源，特别是那些比轴承共振幅值还高的地方。
如果我们查看时域波形，会发现正弦信号与密集的高频杂波相伴。
动态的高频杂波来源于轴承的“鸣叫”。
首先是要通过高通滤波器滤掉低频信号并让高频信号通过。
滤波器可以设置成让高于2000HZ的频率通过（用于轴承分析）。
结果信号仍然包含高频成份，但较高振幅的信号应已经被过滤掉了。
时域波形上也只剩下轴承的冲击信号，这才是最重要的信息。
滚动轴承故障诊断3其次，我们将频率坐标上部的边频带“迭放”到“基带”上。
可以用解调器来实现，实际上它就相当于一个典型的整流器（翻转所有的负向信号）。
整流的过程中会去掉负向信号，剩下的就只是正向信号了。
如（Rectified signal整流信号图所示）之后，我们滤掉来自其他调制源的残余信号。
一些解调器产品允许手动控制滤波器，然而大多数情况下该功能都由数据采集器中的抗混频滤波器来完成（基于选择的频率范围）。
对时域波形而言，所有的高频信息都被滤掉。
有人也把它叫做“包络检定器”。
解调测试最重要的是选择频率范围。
一般的原则是：范围应控制在15~20X（也就是运行速度的15~20倍）之间。
我们的目的是要确保最后只留下需要的调制信号。
机器可能多半会有其他的调制信号源，因此最佳的规则是：把频率范围设定为整个边频带宽度的一半。
到最后，留下的信号应该是有一系列很强的谐波——这取决于故障的严重程度了。
解调频谱与普通振动频谱相比有些不同。
你不是根据振幅大小来确定故障的严重程度，而是通过测量数据间的对比分析来进行判断，最重要的是将波峰和噪声水平进行比较。
一般说来当损坏程度较低时波峰将非常小。
随着故障破坏的进一步发展，振动波峰将逐渐从噪声中凸显出来。
当出现严重故障时，波峰值将高出噪声水平约20 dB（100 X）。
（10lg(a/b)->a/b=100）当轴承破坏非常严重处于前面所述的第七或第八阶段时，噪声水平将上升到接近波峰处。
这是一个非常糟糕的信号——预示着轴承即将完全失效！该过程也可适用于机器的其它故障分析：齿轮啮合分析、电机电流分析、电动机气隙偏心分析和其它调制信号源。
（注：在齿轮箱中经常会发生频率调制，这可能导致分析振幅解调数据时得到错误的结果。
这个问题已超出本讨论的范围，但必须对此有所认识。
）轴承的解调测试的一个好处是能够帮助你查明具体哪个轴承出现了故障。
如果你不知道轴承的详细参数，也不知道故障频率，或你知道了故障频率，但机器上有多个同样的轴承。
那么我们可以对所有的轴承进行检测，或只取其一个作诊断测试，都能把问题轴承找出。
5、冲击脉冲法、峰值能量法、高频检测法等（仅作简单论述）不同的监测公司往往采用了不同的监测技术。
其中包括：冲击脉冲法、峰值能量法、高频检测法等等。
简单的说，这些方法就是利用轴承发生故障时出现的症状进行诊断，故障轴承开始会出现瞬态冲击，然后发生共振或发出鸣叫声。
而前面讨论的解调技术将产生一种频谱，冲击脉冲法（SPM）、峰值能量法和其它一些技术则能够产生一个（或两个）能显示出趋势的值。
随着趋势值的升高，轴承损坏的可能性也跟着增加。
基本原理：由冲击产生的振动把能量注入到所有的频率中。
在0-3KHz正常频率段内，因为混有其它振动信号源而很难被检测到。
但当达到传感器的共振频率时，除了瞬态冲击波外没有其它强的振动信号源（不平衡、不对中等都是在较低的频率段显示的故障）。
因此瞬态冲击可以单独激发传感器产生共振，并使该频率的信号被增强。
需要注意的是你虽然可以从大多数的数据采集系统中得到趋势数据（通过峰值能量法、高频检测法等），但你不能仅仅利用这一个读数（冲击脉冲读数）与标准值的比较来判断轴承的状态。