轴承状态监测与故障诊断技术
轴承故障诊断与预测技术研究
轴承故障诊断与预测技术研究一、前言轴承是企业生产过程中非常重要的一个部件，如何提高轴承的使用寿命和可靠性是企业工程技术人员关注的重点。
轴承故障是因为在使用的过程中承载超过轴承额定承载能力而产生的，严重影响企业的生产效率和经济效益。
因此，如何有效地诊断轴承故障和预测轴承性能退化状态成为企业工程技术研究的热点和难点。
二、轴承故障诊断技术1.基于信号处理的故障诊断技术信号处理是轴承故障诊断技术最重要的一部分，通过对采集到的振动信号，识别出其中的故障特征信息进行故障诊断。
现阶段已经发展出很多不同的故障诊断方法，包括功率谱密度分析法、小波分析法、时域统计学方法等等。
这些方法都具备一定的优点，但是由于轴承工作环境的复杂性，单一的方法并不能满足所有情况的诊断需要，需要结合多种诊断方法进行综合分析。
2.基于数据融合的故障诊断技术数据融合是指将来自多个传感器的数据进行集成分析，通过提高故障特征的可靠性和准确性来提高轴承的诊断效果。
目前最常用的数据融合方法是主成分分析（PCA）和独立成分分析（ICA），通过这些方法可以将数据降至低维度，提高故障特征的显著性，从而提高轴承故障的诊断能力。
三、轴承故障预测技术由于轴承的寿命和可靠性直接影响企业的生产效率和经济效益，因此对于轴承预测技术的研究日益受到重视。
轴承的预测技术是通过对轴承状态进行持续监测、分析和预测，及时发现轴承的性能下降趋势并采取有效措施，从而提高轴承寿命和可靠性。
1.基于统计学的预测技术统计学方法主要是通过历史数据和经验知识对未来轴承性能进行预测。
目前最常用的统计学方法是基于时间序列分析的ARIMA模型和基于监督学习的支持向量机（SVM）模型。
这些方法通过对历史数据进行建模和预测，可以有效地预测轴承未来可能出现的问题，提高轴承的可靠性和寿命。
2.基于机器学习的预测技术机器学习是最新的一种预测技术，通过对大量数据进行训练和学习，可以准确地预测未来可能出现的轴承故障。
轴承故障诊断与分析
轴承故障诊断与分析
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主要内容
1 2 3 4
轴承相关简介 滚动轴承故障诊断与分析 滑动轴承故障诊断与分析
参考文献
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轴承（Bearing）是机械中的固定机件。当其他机件在轴上彼此产生 相对运动时，用来保持轴的中心位置及控制该运动的机件，就称之为 轴承。轴承是各种机电设备中的重要组成部件,在各个机械部门有着 广泛的应用。
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小波包分析
小波包分析(Wavelet Packet Analysis) 是一种比小波分析更精细的分析方 法,它将频带进行多层次划分,并对小波变换中没有细分的高频部分做进一步 分解,从而提高时频分辨率。 小波包分解是一种分解更为精细的分解方法,它不仅对低频段部分进行分解, 而且对高频段部分也进行分解,并能根据分析信号的特征,自适应地选择相应 的频带,使之与信号频谱相匹配,从而提高时频分辨率。因此,小波包分析可以 提取振动信号中能量突出的频带,分析其频率特征,找出故障产生的根源。
故 障 诊 断 技 术
时频域分析 光纤诊断分析 油液诊断分析 轴承润滑状态监测诊断法 声学诊断分析（基于声发射）
热诊断（热成像诊断和温度诊断）
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基于振动信号诊断技术及分析
基于振动信号的诊断技术能够诊断大多数滚动轴 承故障，其优点是可在运动中测得轴承信号。目 前国内外开发生产的各种滚动轴承故障诊断与监 测仪器大都是根据振动法的原理制成的。 步骤：
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小波变换
小波变换是时间(空间)频率的局部化分析，它通过伸缩平 移运算对信号(函数)逐步进行多尺度细化，最终达到高频 处时间细分，低频处频率细分，能自动适应时频信号分析 的要求，从而可聚焦到信号的任意细节，有人把小波变换 称为“数学显微镜”。 小波分析是调和分析的重大突破。它继承和发展了Gobor 变换的局部化思想，同时又克服了窗口大小不随频率变化、 缺乏离散正交基的缺点，不仅是比较理想的局部频谱分析 工具，而且在时域也具有良好的局域性。通过小波分解能 够把任何信号(平稳或非平稳)映射到由一个小波伸缩、平 移而成的一组基函数上，在通频范围内得到分布在各个不 同频道内的分解序列，其信息量是完整的。
轴承故障检测、诊断、分析技巧
为了尽可能长时间地以良好状态维持轴承本来的性能，必须保养、检测、检修、以求防事故于未然，确保运转的可靠性，提高生产性、经济性。
对长期运行中的设备来讲，平时的检测跟踪尤为重要，检测项目包括轴承的旋转音、振动、温度、润滑剂的状态等，根据检测结果，设备维护人员可以准确地判断设备的问题点，提早作出预防和解决方案。
一、异常旋转音分析诊断异常旋转音检测分析是采用听诊法对轴承工作状态进行监测的分析方法，常用工具是木柄长螺钉旋具，也可以使用外径为20mm左右的硬塑料管。
相对而言，使用电子听诊器进行监测，更有利于提高监测的可靠性。
轴承处于正常工作状态时，运转平稳、轻快，无停滞现象，发生的声响和谐而无杂音，可听到均匀而连续的“哗哗”声，或者较低的“轰轰”声。
异常声响所反映的轴承故障如下：1、轴承发出均匀而连续的“咝咝”声，这种声音由滚动体在内外圈中旋转而产生，包含有与转速无关的不规则的金属振动声响。
一般表现为轴承内加脂量不足，应进行补充。
若设备停机时间过长，特别是在冬季的低温情况下，轴承运转中有时会发出“咝咝沙沙”的声音，这与轴承径向间隙变小、润滑脂工作针入度变小有关。
应适当调整轴承间隙，更换针入度大一点的新润滑脂。
2、轴承在连续的“哗哗”声中发出均匀的周期性“嗬罗”声，这种声音是由于滚动体和内外圈滚道出现伤痕、沟槽、锈蚀斑而引起的。
声响的周期与轴承的转速成正比。
应对轴承进行更换。
3、轴承发出不规律、不均匀的“嚓嚓”声，这种声音是由于轴承内落入铁屑、砂粒等杂质而引起的。
声响强度较小，与转数没有联系。
应对轴承进行清洗，重新加脂或换油。
4、轴承发出连续而不规则的“沙沙”声，这种声音一般与轴承的内圈与轴配合过松或者外圈与轴承孔配合过松有关系。
声响强度较大时，应对轴承的配合关系进行检查，发现问题及时修理。
二、振动信号分析诊断轴承振动对轴承的损伤很敏感，例如剥落、压痕、锈蚀、裂纹、磨损等都会在轴承及振动测量中反映出来。
所以，通过采用特殊的轴承振动测量器（频率分析器等）可测量出振动的大小，通过频率分布可推断出异常的具体情况。
状态监测技术在高速旋转设备轴承故障诊断中的应用
处理设 备故障创造了条件
一
、
膨 胀／ 缩 机结 构 和 性 能简 介 压
Ｉ 石 油 大 然 气 公 刮 使 用 的 膨 胀／ 缩 机 为 Ｅ ３Ｄ型 径 向 ： 海 压 Ｃ． 透 平 膨 胀 ／ 缩 机 组 （ 国 ＭＡ Ｉ 司 生 产 ） 其 设 计 转 速 压 美 Ｆ公 ， ２ ５０／ ｉ， 口温度 一 ８ ． 口温度 一 ８ ， 胀 比 ２９ ６ ０ ｒ ｎ进 ｍ ３℃ ７℃ 膨 ．。内部 主
迫开 启 主 、 两 台 润 滑 油泵 来 维 持膨 胀 机 的运 行 ＝ 副
单 台油泵不能满足轴承润滑故障出现后 ，首先对两台油泵
的供 油量 、 滑 油粘 度 及 管路 系统 进 行 了检 查 ， 有 发 现 异 常 ， 润 没
尽管不排除油泵设计选小的可能 ，但咨询厂家后认为可能性不 大。这样就将重点放在 了膨胀／ 压缩机本体身上 ， 怀疑膨胀机和 压缩机两端轴承的需油量加大而引起单台油泵供油不足 。按照 设计 ， 轴承的需油量在正常情况下小 于单 台油泵的供油量， 多余
文 献标 识 码
Hale Waihona Puke 膨胀／ 压缩机组一直是石油天然气行业 的关键核心设备 ， 由 于它的高转速 、 超低温和润滑及密封的严要求 ， 在操作 、 维护 和 故障排除方而的技术要求相对很高 。为了确保它住生产中能够
安全 可靠 和连 续 的运 行 ，装 置 在设 计 和 出 厂 时就 配 备 了 完善 的 各 类 在线 监 测 仪 表 ， 为 充 分利 用 状态 监 测 技 术 来 跟踪 、 究 和 这 研
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。
滚动轴承监测技术之冲击脉冲法介绍_0
滚动轴承监测技术之冲击脉冲法介绍_0冲击脉冲法（Shock Pulse Method）是一种用于滚动轴承监测的技术。
这种方法可以通过分析滚动轴承中的冲击脉冲信号，来判断轴承的健康状况和剩余寿命。
冲击脉冲法的基本原理是：当滚动轴承发生故障时，轴承内部会产生冲击脉冲信号。
这些信号可以通过适当的传感器和监测设备进行采集和分析。
在正常运行状态下，轴承内部的载荷会均匀地分布在滚动体和滚道之间。
但是，当轴承受到损坏或磨损时，载荷分布会变得不均匀，产生冲击和振动。
这些冲击和振动将通过轴承壳传播出来，形成冲击脉冲信号。
冲击脉冲信号的特征包括幅值、频率和能量等。
通过对这些特征进行分析，我们可以判断轴承是否存在故障，并评估其剩余寿命。
一般来说，故障越严重，冲击脉冲信号的幅值和能量就越大，频率也会发生变化。
冲击脉冲法在轴承监测中具有以下优点：1.非接触性：冲击脉冲法只需要在轴承外部设置适当的传感器，无需拆卸轴承或直接接触轴承内部，因此对轴承的监测不会对轴承本身造成额外的损伤。
2.灵敏性：冲击脉冲法可以有效地检测到轴承内部的微小损伤或磨损。
即使在早期故障阶段，冲击脉冲信号的变化也会被准确地捕捉到。
3.实时性：冲击脉冲法采用实时监测方法，可以随时对轴承的状态进行监测和评估。
这样可以及时发现潜在的故障并采取相应的维修措施，避免因故障而导致的生产停机和损失。
4.可靠性：冲击脉冲法的结果可靠性较高。
通过与其他传统的振动分析方法进行对比，冲击脉冲法能够提供更准确和可靠的故障诊断结果。
冲击脉冲法是一种非常有效的滚动轴承监测技术。
它不仅能够检测轴承是否存在故障，还能够评估轴承的剩余寿命。
通过及时监测和诊断轴承的状况，我们可以采取相应的维修和保养措施，提高设备的可靠性和使用寿命。
因此，冲击脉冲法在工业生产中具有重要的应用价值。
滚动轴承的故障诊断PPT演示课件
诊断
磨屑
好 有 无 好 好 好 有 好 有 有 不可
方法
轴承间隙
无 无 无 好 好 有 无 无 无 无 不可
油膜电阻
无 无 无 好 好 好 好 有 无 无 可
滚动轴承故障诊断
15
各种诊断方法的灵敏度
故
障
信
号 强 度
振
动
缺 陷 故 障 界
分 析 灵 敏 度
限
噪 声
灵 敏 度
测 温 分 析
分
缺
析
陷
灵
灾
轴承内部有锈蚀
滚动轴承故障诊断
7
轴承失效形式—点蚀
▪ 现象： 滚道面或滚动体表面 上有小坑和片状剥落
▪ 原因： 载荷过大 润滑不良 预载过大 间隙过小
滚动轴承故障诊断
8
轴承失效形式—压痕
▪ 现象： 滚道面上有滚动体的压痕
▪ 原因： 装配不当 静载荷过大 冲击载荷过大 异物侵入
滚动轴承故障诊断
9
轴承失效形式—烧伤、胶合
定义
Sf
xrm s x
Cf
xm ax xrm s
If
xm ax x
CL f
xm a x xr
Kv xr4ms
敏感性
差 一般 较好 好 好
稳定性
好 一般 一般 一般 差
表中：x －平均幅值， xr－方根幅值， －峭度
滚动轴承故障诊断
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峰值指标用于轴承诊断
峰值指标Cf不受振动信号绝对大小的影响，适用于检测 滚动面剥落与裂纹等故障，但不适于检测磨损。
▪ 现象： 滚道面变色、软化、 熔合
▪ 原因： 转速过高 润滑不良 装配不当
滚动轴承故障诊断
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。
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。
轴承故障诊断技术及发展现状和前景
轴承故障诊断技术及发展现状和前景摘要本文分析了轴承故障信号的基本特征,并将共振解调技术的原理和基于振动信号的信号处理方法用于滚动轴承的故障诊断. 在实践中运用该技术手段消减了背景噪声的干扰,提高了轴承的信噪比, 取得了与实际情况完全吻合的诊断结果。
并概述了滚动轴承故障监测和诊断工程与试验应用技术的现状，并预测了滚动轴承故障监测和诊断技术应用新进展和发展方向。
关键词：滚动轴承；共振解调；小波分析；信噪比(SN R )；变速箱；故障监测；信号处理；故障诊断；应用技术。
1 轴承故障信号的基木特征机器在正常工作的条件下其转轴总是匀速转动的. 由轴承的结构可知,当轴承某元件的工作而产生缺陷时,由加速度传感器所测取到的轴承信号具有周期性冲击的特征，由信号理论可知, 时域中短暂而尖锐的冲击信号变换到频域中去时必具有宽频带的特性, 而非冲击的干扰信号则不具有上述特性，所以时域中的周期性冲击与频域中的宽频带特性构成了轴承故障信号区别于其它非冲击性干扰信号的基木特征。
2 用共振解调技术提高轴承信号的信噪比我们来考察一下用共振解调技术提高轴承信号信噪比的过程。
传感器拾取到的轴承信号包含两部分内容, 即轴承的故障信号和干扰噪声两部分。
带通滤波器的中心频率与传感器的安装片振圆频率相一致, 它将保存被传感器的共振响应所加强了的冲击性故障信号, 滤除掉频率较低的干扰噪声信号, 这种保留下来的瞬态冲击信号经过包络检波器后就形成了一个与故障冲击重复频率相一致的包络脉冲串, 然后对该脉冲串进行普分析便在低频域内得到一个与冲击币复频率相一致的峰值。
峰值的大小反映了冲击的强弱即故障的严重程度这样我们就借助共振解调技术实现了故障信号与干扰信号的分离, 并在低频域内重新得到了故障冲击的信息。
而在常规的信号分析与处理过程中一开始就使用了抗混频滤波器(低通滤波器这种分析方法没有利用轴承故障信号的特点, 经抗混频滤波器后将被传感器的共振以加强放大了的故障特征信号无情地滤除了, 所剩下的只是强大的背景噪声信号及微弱的故障特征信号, 因此用常规的信号分析方法难以排除干扰信号的影响而采用共振解调技术就可以排除背景噪声的干扰, 提高轴承故障诊断的有效率。
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。
滚动轴承的实用监测技术——冲击脉冲法
一、滚动轴承故障诊断技术的发展滚动轴承是旋转机器中的重要零件，在各机械部门中应用最为广泛。
因它具有一系列显著的优点，例如：摩擦系数小，运动精度高，对润滑剂的粘度不敏感，在低速下也能承受载荷。
有些轴承还能同时承受径向和轴向力，但是，滚动轴承也是机器中最易损坏的零件之一。
据统计，旋转机械的故障有30%是由轴承引起的。
所以对滚动轴承的故障监测和诊断一直是近年来国内外发展机械故障诊断技术的重点。
其发展状况如下：·最原始的方法是将听音棒（或螺丝刀）接触轴承座部位，靠听觉来判断有无故障。
虽然训练有素的人能觉察到轴承刚发生的疲劳剥落与损伤部位，但受主观因素的影响较大。
·出现各种测振仪后，可用振动位移、速度或加速度的均方根值或峰值来判断轴承有无故障，这可减少对人为经验的依赖。
但仍很难发现早期故障。
·60年代瑞典一公司发明了冲击脉冲计（Shock Pulse Meter）来检测轴承损伤，既快速、简单又准确，代表仪器是MEPA-10A；SPM-43A。
·70年代日本新日铁株式会社研制了MCV-021A机器检测仪（Machine Checker），可分别在低频、中频和高频段检测轴承的异常信号。
另有油膜检查仪，可探测油膜状况而对其润滑状态进行监测。
·80年代日本精工公司（NSK）相继研制了轴承监视仪NB-1、NB-2、NB-3、NB-4型。
利用1KHZ～15KHZ范围内的轴承振动信号，测量其RMS值和峰值来检测轴承的故障。
由于去掉了低频干扰，灵敏度有所提高，其中还有报警设置。
随着对滚动轴承的运动学、动力学的深入研究，对轴承的振动信号中的频率成分和轴承零件的几何寸及缺陷类型的关系有了较清楚的了解。
加之，快付里叶变换技术的发展，开创了用频域分析方法来检测和诊断轴承的故障。
以上研究奠定了这方面的理论基础，现已有多种信号处理技术用于滚动轴承的故障诊断和监测。
如频率细化技术、倒频谱、色络谱等，在信号预处理上采用了各种滤波技术，如相干波，自适应滤波等，提高了诊断灵敏度。
轴承故障诊断技术的应用与发展
轴承故障诊断技术的应用与发展随着机械设备的自动化和智能化程度不断提高，对轴承故障诊断技术的需求也越来越迫切。
目前的轴承故障诊断技术主要包括声学方法、振动分析法、热成像法、电涡流检测法等，在实际应用中得到了广泛的应用。
本文将分别从这几个方面介绍轴承故障诊断技术的应用与发展。
一、声学方法声学方法是利用声音传播的特性对轴承进行诊断的方法，主要包括声发射法和声表面波法。
声发射法是将轴承安装在特制的测试系统中，在轴承工作时对其发生的声信号进行监测与分析，从而判断轴承是否存在故障。
声表面波法则是通过声表面波的传播速度和波形的改变来判断轴承的故障情况。
这两种方法的主要优点是无需拆卸轴承即可进行检测，但是其检测精度和可靠性相对较低，往往需要结合其他方法进行验证。
二、振动分析法振动分析法是利用振动信号对轴承进行诊断的方法，该方法主要包括时域分析、频域分析和小波分析法。
时域分析是将振动信号通过微处理器进行处理，得出时域波形和频率分布图，从而判断是否存在故障。
频域分析法则是通过将振动信号进行傅里叶变换，将信号转换为频率分布图，从而判断轴承的故障类型和位置。
小波分析法则是针对信号非稳态的情况下对信号进行分析，从而得出轴承故障的类型和位置。
振动分析法的优点是精度高、检测范围广，适用于各种工况。
但是该方法需要专业的仪器设备和操作人员，成本相对较高。
三、热成像法热成像法是利用红外线相机对轴承进行诊断的方法，该方法主要通过检测轴承表面温度分布的变化来判断轴承的故障类型和位置，比如局部过热或润滑不良等。
这种方法的优点是无需拆卸轴承即可进行检测，同时检测速度快、可靠性高，适用于不同形状的轴承。
但是其准确性受环境温度和湿度等因素影响较大，需要考虑去除干扰因素。
四、电涡流检测法电涡流检测法是利用涡流感应原理进行轴承故障诊断的方法，该方法主要通过检测涡流信号的变化来判断轴承的故障类型和位置。
这种方法的优点是能够检测非金属材料的轴承，比如陶瓷轴承等，并且能够检测轴承的纵向和横向缺陷。
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注：检测方法的适用性：○－有效；△－有可能性；×－不适用
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2、滚动轴承特征频率与振动信号特征
特征频率：1969年H. L. Balderston根据滚动轴承的运动分析得出 了滚动轴承的特征频率计算公式。
设轴承外圈固定，内圈（即轴）的旋转频率为 fs ，轴承节径为D， 滚动体直径为d，接触角为a，滚动体个数为z。假定滚动体与内外 圈之间纯滚动接触。
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• 滚动体的公转频率为 • 滚动体的自转频率为 • z个滚动体与外圈上某一固 定点接触的频率为 • z个滚动体与内圈上某一固 定点接触的频率为
fs d (1 cos a ) 2 D 2 D d 2 fb 1 cos a f s 2d D fc
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（3）轴承制造装配的原因 加工面波纹度引起的振动：由轴承零件的加工面（内圈、外圈 滚道面及滚动体面）的波纹度引起的振动和噪声在轴承中比较 常见，这些缺陷引起的振动为高频振动（比滚动体在滚道上的 通过频率高很多倍）。高频振动及轴心的振摆不仅会引起轴承 的径向振动，在一定条件下还会引起轴向振动。 轴承偏心引起的振动：当轴承游隙过大或滚道偏心时都会引起 轴承振动，振动频率为n×fn，n＝1，2,… 滚动体大小不均匀引起轴心摆动：滚动体大小不均匀会导致轴 心摆动，还有支承刚性的变化。振动频率为fc和nfc士fn，fc为保 持架回转频率。 轴弯曲引起轴承偏斜：轴弯曲会引起轴上所装轴承的偏移，造 成轴承振动。轴承的振动频率为nfc士fn。
检测方法 损伤现象 剥 落 裂 纹 压 痕 磨 损 腐 蚀 污 斑 烧 伤 生 锈 可否在转动中测定 振动和声音 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ △ 可以 温 度 × × × △ △ △ ○ × 可以 磨损颗粒 ○ △ × ○ ○ ○ △ ○ 不可以 轴承间隙 × × × ○ ○ △ × × 不可以 油膜电阻 × × × ○ ○ ○ ○ △ 可以
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z d 1 cos a fs 2 D z d f i z f s f c 1 cos a f s 2 D f o zf c
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正常轴承的振动信号特征 （1）轴承结构特点引起的振动 滚动轴承在承载时，由于在不同位臵承载的滚子数目不同， 因而承载刚度会有所变化，引起轴心的起伏波动。 要减少这种振动的振幅可以采用游隙小的轴承或加预紧力 去除游隙。 （2）轴承刚度非线性引起的振动 滚动轴承的轴向刚度常呈非线性，特别是当润滑不良时， 易产生异常的轴向振动。 •在刚度曲线呈对称非线性时，振动频率为fn, 2 fn, 3 fn,… ； •在刚度曲线呈非对称非线性时，振动频率为分数谐频（fn为 轴回转频率）。
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故障轴承振动信号特点
（1）疲劳剥落损伤 当轴承零件上产生了疲劳剥落坑后，在轴承运转中会因为 碰撞而产生冲击脉冲。在滚动轴承剥落坑处碰撞产生的冲击 力的脉冲宽度一般都很小，大致为微秒级。所以其频谱可从 直流延展到100～500kHz。 （2）磨损 随着磨损的进行，振动加速度峰值和RMS值缓慢上升，振 动信号呈现较强的随机性，峰值与RMS值的比值从5左右逐渐 增加到5.5～6。如果不发生疲劳剥落，最后振动幅值可比最初 增大很多倍。
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（5）胶合 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。 （6）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。
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滚动轴承常见故障
滚动轴承特征频率与振动信号特征 滚动轴承故障简易诊断法
滚动轴承故障精密诊断法
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1、滚动轴承常见故障 （1）磨损 滚道和滚动体相对运动和尘埃异物会引起表面磨 损；润滑不良会加剧磨损 使轴承游隙增大，表面粗糙度增 加，降低了轴承运转精度，表现为振动水平及噪声的增大 （2）表面损伤 当损伤点滚过轴承元件表面时要产生突变的 冲击脉冲力－> 宽带信号，激发轴承系统的高频固有振动。 损伤故障产生的冲击振动成分可分为两类： 一类是由于轴承元件的工作表面损伤点在运行中的反复撞击 与之相接触的其它元件表面而产生的低频振动成分，其频率 与转速和轴承的几何尺寸有关； 另一类是由于损伤冲击作用而诱发的轴承系统的高频固有振 动成分
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