滚动轴承振动与噪声
各类轴承的作用
推力球轴承推力球轴承是可分离型轴承,只能承受轴向载荷.单向轴承只能承受一个方向的轴向载荷,双向轴承能承受两个方向的交变轴向载荷.推力球轴承在工作中必须加以轴向予紧.它们主要适用于车床顶心,汽车离合器,减速机等.双向推力角接触轴承适用于机床主轴,单向推力角接触适用于丝杠支承.推力轴承分为推力球轴承和推力滚子轴承.推力球轴承又分为推力球轴承和推力角接触球轴承.由带滚道的垫圈与球和保持架组件构成与轴配合的滚道圈称做轴圈,与外壳配合的滚道圈称做座圈.双向轴承则将中圈与轴配合.单向轴承可承受单向轴向负荷,双向轴承可承受双向轴向负荷.座圈的安装面呈球面的轴承具有调心性能,可以减少安装误差的影响.此类轴承主要应用于汽车转向机构,机床主轴.推力滚子轴承分为推力圆柱滚子轴承,推力调心滚子轴承,推力圆锥滚子轴承,推力滚针轴承.推力圆柱滚子轴承主要应用于石油钻机,制铁制钢机械.推力调心滚子轴承该类轴承主要应用于水力发电机,立式电动机,船舶用螺旋桨轴,塔吊,挤压机等.推力圆锥滚子轴承此类轴承主要用途:单向:起重机吊钩,石油钻机转环.双向:轧钢机辊颈.平面推力轴承在装配体中主要承受轴向载荷，其应用广泛。
虽然推力轴承安装操作比较简单，但实际维修时仍常有错误发生，即轴承的紧环和松环安装位置不正确，结果使轴承失去作用，轴颈很快地被磨损。
紧环安装在静止件的端面上，即错误装配。
紧环内圈与轴颈为过渡配合，当轴转动时带动紧环，并与静止件端面发生摩擦，在受到轴向作用力(Fx)时，将出现摩擦力矩大于内径配合阻力矩，导致紧环与轴配合面强制转动，加剧轴颈磨损。
因此，推力轴承安装时应注意以下几点。
(1)分清轴承的紧环和松环(根据轴承内径大小判断，孔径相差O.1～O.5mm)。
(2)分清机构的静止件(即不发生运动的部件，主要是指装配体)。
(3)无论什么情况，轴承的松环始终应靠在静止件的端面上。
NTN圆锥滚子的类型:1.NTN单列圆锥滚子轴承:单列圆锥滚子轴承分为公制系列和英制系列两种。
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
25
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。
关于滚动轴承振动与噪声的相关性分析
关于滚动轴承振动与噪声的相关性分析在工业生产中，各种机械设备的组成，都有轴承的运作，轴承的性能好坏对于机械设备的运转具有重要的影响。
在滚动轴承运行的过程中，会出现振动和噪声，对于轴承的性能和质量有所影响。
文章通过对滚动轴承振动与噪声的相关性进行分析，为轴承的有效运行提供了基础条件。
标签：滚动轴承；振动；噪声；相关性在如今的轴承应用中，振动与噪声已经成为了衡量轴承性能的主要标准之一，但是长久以来对于振动和噪声的相关性研究一直在继续，却没有一个统一的结论。
关于轴承振动与噪声的相关性在领域内一直都是备受瞩目并且争议不断的话题，说法莫衷一是。
下面谈一下个人的浅见，仅供参考。
1 振动与噪声的本质关系物体的振动是在一定的条件下进行的往复运动，在运动状态中，从极大值和极小值之间交替变化。
声音是物体在振动的过程中，当达到一定的条件时，通过一定的介质被人所感知，成为声音。
所以说有声音的物体都是在振动的，但是振动着的物体却不一定有声音，只有在一定的条件下才会产生声音。
而噪声是声音的一种，是一种不在规律范围内的，对于人来讲，从主观上或者是心里上不愿意接受的，称之为噪声。
所以说振动和噪声的逻辑关系可以理解为，有噪声就肯定是有振动，但是有振动不一定产生噪声，需要在特定的条件下才会有噪声。
2 轴承振动与噪声的特性轴承振动与噪声，既有一般机械振动与噪声的共性，又有其特性。
除了润滑、安装和使用过程中引起的振动与噪声之外，轴承本身具有以下振动与噪声特性。
2.1 轴承的振动特性2.1.1 轴承振动的原因非常复杂，振动形式有径向振动、轴向振动以及许多耦合振动。
2.1.2 由于轴承结构所致，其本身具有无法避免的固有振动：滚动体通过承载区振动；套圈受载弯曲变形振动。
2.1.3 在现有制造水平下，轴承振动主要与套圈滚道和滚动体的波纹度有关，而与圆度和表面粗糙度非显著相关。
2.1.4 轴承振动包含从低频到高频的各种频率成分的振动，即其振动频率是处处密实的。
轴承结构对振动与噪声的影响
轴承结构对振动与噪声的影响1.滚道声滚道声是由于轴承旋转时滚动体在滚道中滚动而激发出一种平稳且连续性的噪声，只有当其声压级或声调极大时才引起人们注意。
其实滚道声所激发的声能是有限的，如在正常情况下，优质的6203轴承滚道声为25～27dB。
这种噪声以承受径向载荷的单列深沟球轴承为最典型，它有以下特点：a.噪声、振动具有随机性；b.振动频率在1kHz以上；c.不论转速如何变化，噪声主频率几乎不变而声压级则随转速增加而提高；d.当径向游隙增大时，声压级急剧增加；e.轴承座刚性增大，总声压级越低，即使转速升高，其总声压级也增加不大；f.润滑剂粘度越高，声压级越低，但对于脂润滑，其粘度、皂纤维的形状大小均能影响噪声值。
滚道声产生源在于受到载荷后的套圈固有振动所致。
由于套圈和滚动体的弹性接触构成非线性振动系统。
当润滑或加工精度不高时就会激发与此弹性特征有关的固有振动，传递到空气中则变为噪声。
众所周知，即使是采用了当代最高超的制造技术加工轴承零件，其工作表面总会存在程度不一的微小几何误差，从而使滚道与滚动体间产生微小波动激发振动系统固有振动。
尽管它是不可避免的，然而可采取高精度加工零件工作表面，正确选用轴承及精确使用轴承使之降噪减振。
2.落体滚动声该噪声一般情况下，大都出现在低转速下且承受径向载荷的大型轴承。
当轴承在径向载荷下运转，轴承内载荷区与非载荷区，若轴承具有一定径向游隙时，非载荷区的滚动体与内滚道不接触，但因离心力的作用则可能与外圈接触，为此，在低转速下，当离心力小于滚动体自重时，滚动体会落下并与内滚道或保持架碰撞且激发轴承的固有振动和噪声，并且有以下特点：a.脂润滑时易产生，油润滑时不易产生。
当用劣质润滑脂时更易产生。
b.冬季常常发生。
c.对于只作用径向载荷且径向游隙较大时也易产生。
d.在某特定范围内也会产生且不同尺寸的轴承其速度范围也不同。
e.可能是连续声亦可能是断续声。
f.该强迫振动常激发外圈的二阶、三阶弯曲固有振动，从而发出该噪声。
锥形滚子轴承的振动与噪声原因分析
锥形滚子轴承的振动与噪声原因分析锥形滚子轴承是一种常见的滚动轴承，广泛应用于各种机械设备中。
然而，随着机械设备的运行，锥形滚子轴承常常会出现振动和噪声问题，给设备的正常运行和使用带来困扰。
本文将从几个方面对锥形滚子轴承的振动和噪声原因进行分析，并提出相应的解决方法。
首先，锥形滚子轴承的振动和噪声问题可能与润滑不良有关。
如果润滑油不足或质量不合格，会导致轴承的运转不平稳，从而引发振动和噪声。
此外，如果润滑系统存在故障或管道堵塞等问题，也会对轴承的正常润滑造成影响，进而引起振动和噪声。
因此，解决这一问题的关键在于保证轴承的充分润滑和润滑系统的正常运行。
定期检查润滑油的充足程度和质量，清理润滑系统中的杂质，及时更换故障部件，可以有效减少振动和噪声问题的发生。
其次，锥形滚子轴承的振动和噪声也与轴承本身的质量和制造工艺有密切关系。
如果轴承的质量不达标或存在制造缺陷，其运转过程中会产生不均匀的力和应力分布，从而引起振动和噪声。
另外，如果安装不当或零部件配合间隙过大，也会导致轴承的振动和噪声增加。
因此，在选择和安装锥形滚子轴承时，要尽量选择品质可靠的产品，并保持合适的安装工艺和零部件配合间隙。
合理选择轴承润滑方式和使用轴承防尘罩等措施，可以有效减少振动和噪声问题。
此外，锥形滚子轴承的振动和噪声还与轴承的额定负荷和转速有关。
如果使用过大或过小的负荷，轴承的使用寿命将大大降低，从而带来振动和噪声问题。
同样，过高的转速也会引起轴承的振动和噪声增加。
因此，在实际应用中，要根据机械设备的运行要求和轴承的额定负荷和转速范围，合理选择和使用锥形滚子轴承，以避免振动和噪声问题的发生。
最后，锥形滚子轴承的振动和噪声还可能与外界环境和工作条件有关。
如果机械设备长期处于恶劣的环境中，如高温、潮湿或灰尘较多的条件下，轴承的振动和噪声问题将更加突出。
此外，如果工作条件不稳定或受到外界冲击和震动，也会对轴承的正常运转产生不利影响。
因此，要在设计和使用机械设备时，考虑到外界环境和工作条件的因素，采取相应的保护措施，如增加轴承的密封性、安装减震装置等，以减少振动和噪声的问题。
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。
滚动轴承振动测量方法新国标标准介绍与分析
10
25
20
30
40
/
/
/
25
30
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140
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200
50
70
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225
300
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100
140
400
600
800
400
800
1200
140
170
650
975
1300
600
1200
1600
170
200
900
滚135动0 轴承180振0 动测800量方16法00 新 2000
状态下测量，转速误差规定为设定值的
1 2
%
。
轴承类型
表2 振动测量转速及频段的设定值
向心球轴承 （第2部分）
调心滚子轴承、 圆锥滚子轴承 （第3部分）
圆柱滚子轴承 （第4部分）
外径（mm）
转速设定值（r/min）
老行标 （r/min）
频段划分
L
设定值
（Hz）
M
H
>10~200
>30~200
>30~100
轴承外径 D
与轴承内圈旋转轴线间的径 与轴承内圈旋转轴线间的角
向偏差
度偏差
H
β
>
≤
max.
max.
mm
mm
º
10
25
0.2
25
50
0.4
50
滚动轴承微动磨损的影响因素
太原科技大学滚动轴承微动磨损的影响因素设计名称材料课程设计姓名 __________________________________班级 __________________________________学号 __________________________________指导教师评分等级2017年03 月16 日滚动轴承微动磨损的影响因素[ 摘要] 摩擦力矩是滚动轴承质量性能的一项重要影响系数。
它能够影响轴承的振动和噪声，而且影响轴承内的温度变化。
轴承运转中温度上升过大会引起润滑油变质和轴承因过热而损坏。
摩擦力矩同时还影响着主机的功耗，同时还关系着精密机械仪表动作和信息传递的准确性，例如陀螺仪轴承摩擦力矩的大小及其平稳性是影响惯性导航漂流率的一项重要因素。
一些特殊用途的轴承对摩擦力矩的要求更高。
迄今为止，关于滚动轴承摩擦力矩的研究已经取得了不错的进展，为轴承技术的发展提供了一定的指导和促进作用。
[ 关键词] 滚动轴承摩擦力矩不确定性非线性特征、摩擦力矩（一）摩擦力矩的介绍滚动轴承摩擦力矩是指滚动摩擦、滑动摩擦和润滑剂摩擦的总和产生的阻滞轴承运转的阻力矩。
静态力矩（也称启动力矩）是指滚动轴承两套圈从静止状态到开始相对转动的瞬间所需克服的摩擦阻力矩。
动态力矩是指轴承内外套圈相对转动时所需克服的摩擦阻力矩。
在测量时一般把最大力矩、平均力矩和力矩差作为评定轴承动态摩擦性能参数。
本课题主要研究动态力矩，它测量的是滚动轴承在旋转过程中的摩擦力矩值，表现为一个时间数据序列。
轴承各组件之间相互接触和运动，故滚动轴承在旋转过程中存在着摩擦阻力。
只要有摩擦就会损失能量，并且阻碍运动。
滚动轴承的摩擦主要由滚动体与套圈滚道之间的滚动摩擦与滑动摩擦；保持架与滚动体和套圈引导面之间的滑动摩擦（无保持架时为滚动体之间的滑动摩擦）；滚子端面与套圈档边间的滑动摩擦；润滑剂的粘性阻力；密封装置的滑动摩擦等方面组成，其大小取决于轴承的类型、尺寸、负荷、转速、润滑、密封等多种因素。
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。
轴承异响的30种声音原因
轴承发响的30种原因正常运转的轴承声音1、轴承若处于良好的连转状态会发出低低的呜呜或嗡嗡声音。
若是发出尖锐的嘶嘶音，吱吱音及其它不规则的声音，经常表示轴承处于不良的连转状况。
尖锐的吱吱噪音可能是由于不适当的润滑所造成的。
不适当的轴承间隙也会造成金属声。
2、轴承外圈轨道上的凹痕会引起振动，并造成平顺清脆的声音。
大的金属噪音原因1：异常负荷，对策：修正配合，研究轴承游隙，调整与负荷，修正外壳挡肩位置。
原因2：安装不良，对策：轴、外壳的加工精度，改善安装精度、安装方法。
原因3：润滑剂不足或不适合，对策：补充润滑剂，选择适当的润滑剂。
原因4：旋转零件有接触，对策：修改曲路密封的接触部分。
规则噪声原因1：由于异物造成滚动面产生压痕、锈蚀或伤痕，对策：更换轴承，清洗有关零件，改善密封装置，使用干净的润滑剂。
原因2：（钢渗碳后）表面变形，对策：更换轴承，注意其使用。
原因3：滚道面剥离，对策：更换轴承。
不规则噪声11.轴承与轴的配合太松(轴的直径偏小或紧定套未旋紧)；12.轴承的游隙太小，旋转时过紧(紧定套旋紧得过头了)；13.轴承有噪声(滚子的端面或钢球打滑造成)；14.轴的热伸长过大(轴承受到静不定轴向附加负荷);15.轴肩太大(碰到轴承的密封件并发生摩擦)；16.座孔的挡肩太大(把轴承发的密封件碰得歪曲)；17.迷宫式密封圈的间隙太小(与轴发生摩擦)；18.锁紧垫圈的齿弯曲(碰到轴承并发生摩擦)；19.甩油圈的位置不合适(碰到法兰盖并发生摩擦)；20.钢球或滚子上有压坑(安装时用锤子敲打轴承所造成)；21.轴承有噪音(有外振源干扰)；声压信号，并经一定的分析方法提取其中的异常声成分，是异常声的直接测量方法。
（二）、振动检测法：是异常声的间接检测方法，又可分为定性检测法和定量参数检测法。
其中，定性检测法又分为监听异常声法和观察振动波形法。
定量参数检测法是指用被测轴承振动信号中与异常声有关的实测参数值如：振动的峰值，波峰因数来评价轴承的异常声。
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。
滚动轴承振动产生的可能原因及其特征频率
滚动轴承振动产⽣的可能原因及其特征频率通过前⾯的⽂章《滚动轴承的运动学》，我们了解了滚动轴承运转产⽣的特征频率，但实际上，除了这些频率之外，还存在⼀些其他的频率成分。
产⽣这些复杂的振动频率的原因可以分两类：第⼀类为外界激励所引起的，如轴不平衡、不对中、临界转速、结构共振等，这些故障（或缺陷）可以按照它们各⾃的特征频率来处理；第⼆类是由于滚动轴承⾃⾝结构特点以及故障缺陷所引起的。
通常，滚动轴承不会仅受到⼀种激励作⽤，更多是两种激励同时作⽤引起轴承振动，这就使得振动频谱更为错综复杂，对轴承的故障诊断增加难度。
另⼀⽅⾯，除了存在各⾃的特征频率成分及其谐波之外，还会存在相互调制效应，产⽣边频带。
当轴承各元件出现各种故障时，《滚动轴承的运动学》中的轴承频率公式提供了频率成分的理论计算，这些计算是基于这样的假设：当轴承各元件遭遇故障时，会产⽣⼀个理想的脉冲。
对于轴承局部故障，如滑动和点蚀，会产⽣短时尖的冲击，这些冲击将激起结构共振，相应的振动通过外部安装在轴承座上的传感器能测量到。
每次遭遇⼀个局部故障产⽣的冲击，测量到的振动信号将是按指数衰减的正弦振荡。
1载荷引起的振动滚动轴承在运转过程中，如受到通过轴⼼的轴向载荷，可以认为各个滚动体平均分担，即各滚动体受⼒相等。
但在受到径向载荷F r作⽤时，内圈沿径向载荷⽅向会移动⼀段路径δ0，如图1中虚线所⽰，此时上半圈滚动体不受⼒，下半圈的各个滚动体由于接触点上的弹性变形量δi不同⽽承受不同的载荷Q i。
处于F r作⽤线最下端位置的滚动体受⼒Q0最⼤，对应的变形量δ0也最⼤。
下半圈受载荷作⽤的其他各接触点滚动体的法向变形量为δi与径向载荷⽅向处变形量δ0的关系为图1 轴承元件上的受⼒分析各个接触点法向⼒Q i与沿径向载荷⽅向处的法向⼒Q0的关系为因此，在受载荷作⽤的半圈内，各接触点处的受⼒⼤致呈余弦分布状态，并引起相应规律的应⼒变化。
滚动轴承各元件在⼯作时承受变动的接触应⼒，如单颗滚动体受到的接触应⼒从⼩变⼤，然后再变⼩的周期性变化，⽽在不受载荷的半圈内不受接触应⼒作⽤，内圈上的某⼀点的接触应⼒也有类似的规律。
动车组滚动轴承故障轨边声学检测技术及应用
技术应用0 引言我国动车组具有运行速度高、连续高速运行里程长的特点，滚动轴承承受的动态载荷较大，容易出现轴承故障。
当前对动车组和客车车辆滚动轴承的检测主要依靠车载轴温报警装置进行在线监控和定期进行人工检查。
车载轴温报警装置主要监控轴承晚期故障，一旦出现轴温报警必须立即停车检查，严重影响行车秩序，造成巨大社会影响[1]。
定期人工检查无法及时监测轴承故障，而且受个人主观因素影响，容易出现故障漏检、漏判。
迫切需要采用先进技术及设备开展动车组和客车车辆滚动轴承早期故障检测和诊断，有效预防滚动轴承事故的发生。
目前，国内外在列车滚动轴承故障轨边声学诊断领域做的比较成熟的有美国TTCI和澳大利亚Track IQ公司，其研制开发的滚动轴承故障轨边声学诊断系统在全世界均有70多套应用。
2003年开始，我国与Track IQ等国外公司合作，引进了滚动轴承故障轨边声学诊断系统（Trackside Acoustic Detection System，TADS），为适应我国的铁路状况，逐步实现国产化。
试验过程中对TADS 的硬件进行了全面消化吸收，对软件进行联合开发，对系统的组网方式进行了改进，取得了良好效果[2]。
我国动车领域运用的LM滚动轴承故障轨边声学诊断系统（即LM系统），通过引进先进的动车组TADS系统并将其国产化，采用先进的轨边声学指向跟踪技术、声音频谱分析技术和计算机智能识别技术对动车组和客车车辆滚动轴承外、内圈滚道和滚动体裂纹、剥离、磨损及腐蚀等故障进行早期诊断及分级报警，适用于各型CRH系列动车组及客车车辆滚动轴承故障的在线动态检测。
1 滚动轴承故障及检测机理1.1 滚动轴承故障客车车辆滚动轴承一般由外圈、内圈、滚动体和保持架四部分组成。
（1）内圈与轴相配合并与轴一起旋转。
动车组滚动轴承故障轨边声学检测技术及应用厉 浩：上海铁路局车辆处，工程师，上海，200071张 渝：西南交通大学，副教授，四川 成都，610031彭朝勇：西南交通大学，讲师，四川 成都，610031摘 要：滚动轴承是走行装置中的一个关键零部件，在列车运行过程中承受的动态载荷较大，容易出现轴承故障，对车辆运行产生重大影响。
轴承装配的质量指标和基本的要求
轴承装配的质量指标和基本的要求滚针轴承装配的质量指标主要有：通用要求、精度公差、游隙值、振动与噪声、注脂量等。
轴承装配的基本要求是：在保证装配质量指标的前提下，使合套率最高。
1轴承通用要求轴承通用要求包括：残磁、表面质量、清洁度、旋转灵活性、包装等。
其中表面质量．包括标志、美观、粗糙度等，不允许有磕碰伤、裂纹、压伤、黑皮、毛刺、锈蚀等现象。
旋转灵活性，指经过合套装配后的成品轴承，转动起来应投有卡死、卡滞、骤停等不良现象。
2精度套差精度公差包括外形尺寸公差、形位公差和旋转精度公差。
尺寸公差、形位公差和旋转精度公差是指轴承装配成成品后，成品轴承的内径、内圈宽度、外径、外圈宽度、公称宽度、径向跳动、轴向跳动等技术参数，它是轴承性能的直接表现形式。
滚动轴承尺寸公差、形位公差和旋转精度已经被列为国家标准或行业标准，经过了科学分析和实际验证，这些参数的大小直接影响主机的安装和使用精度。
国家标准规定，轴承精度从低到高分为：P0、P6、P5、P4和P2级。
不同工况下选不同精度等级的轴承，而相应精度等级的轴承应满足国家标准或行业标准规定的相应精度技术参数的要求。
3轴承游隙轴承游晾依据测量方向的不同分为轴向游隙和径向游隙。
径向游隙是轴承内圈、外圈和滚动体组配的依据，是国家标准等规定中重要的技术质量要求项目，也是重要的检查项目。
从轴承应用氟寅来说，游隙也是重要的技术指标之一，轴承能否获得满意的性能．很大程度决定于其径向游隙。
从轴承的设计和使用方面可以将游隙分为：设计游隙、原始游隙、安装游脓和工作游隙。
轴承装配后达到的游脒是原始游隙，在主机安装后游隙又有变化，称为安装游黩(或叫配合游隙)，而轴承在实际运转过程中的游隙称为工作游隙。
轴承工作时，温升使内、外圈温差变化，会使安装游隙减少，同时，负荷作用使滚动体和套圈产生弹性变形，又会增大游隙。
一般情况下工作游隙略大于安装游隙，为了得到最满意的工作性能．应选择适宜的工作游隙。
滚动轴承的振动机理与信号特征(1)
滚动轴承的振动机理与信号特征（1） 中国设备管理网（2005-06-13）文章来源：中国设备管理网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：V i=2πr1f i=πf i(D-dcosa)外滑道上一点的速度为：V O=2πr2f O=πf O(D+dcosa)保持架上一点的速度为：V c=1/2(V i+V O)=πf c D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。
轴承振动特征分析含轴承故障特征频率的特点及计算
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
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］
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
轴承故障特征频率的特点
12. 评定的低速机器的轴承状态:
评定尤其是低于100转／分转速的机器轴承状态时，推荐采集时域波形和 (FFT)频谱二者。当转速很低时，滚动体滚动通过轴承内外环上缺陷时发 生的脉冲没有足够能量产生清楚的，可以检测出来的FFT谱中的频率，但 是在时域波形中仍然可能清楚的看出来。
保持架故障频率：
FTFe≌N(0.5-1.2/n)
估算公式
n=滚动体数目； N=轴的转速。
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《轴承》 2001. №. 9
周期和轴承规格 、 转速及损伤位置有关 ,可通过包 络分析或共振协调技术予以诊断 。 近期研究表明 ,对有一个或多个损伤时 ,其振 动与噪声关系一致 ,频谱特征相同 ,但振动特征表 现更为明显 ,因此故障诊断及异常声检测多采用 测振技术来实现 。 轴承零件圆周上有损伤的振动频率 ( 外圈固 定) 见表 1 。
( 6) 该强迫振动常激发外圈的二阶 、 三阶弯曲固有
・3 7 ・
滚道声在各类型轴承中均可发生 , 是轴承不 可避免的特有固性 。它是由于轴承旋转时滚动体 在滚道中滚动而激发出一种平稳且连续性的噪 声 ,只有当其声压级或声调极大时才引起人们注 意 。其实滚道声所激发的声能是有限的 , 如在正 常情况下 ,优质的 6203 轴承滚道声为 25～27 dB 。
2. 3. 1 损伤噪声
当轴承滚动面有各种伤痕 、 压痕 、 腐蚀等情况 时 ,会产生一定周期性的振动与噪声 。当转速一 定时 , 其周期保持不变 ; 随着转速的降低 , 其周期 变得更长 ,若滚道有伤其声连续不断 ; 若滚动体有 伤则其声或无或间断出现 ,但他必是周期性的 ,其
当轴承在径向载荷作用下运转 , 其内部只有
表1
损伤部位 内滚道 外滚道 滚动体 脉冲频率/ Hz
Dw 1 α Z f 1+ cos 2 r dp Dw 1 α Z f 1cos 2 r dp dp f 1Dw r Dw dp
2
壁厚差等偏差引起与转轴同频率的振动 ;f c 振动 则是由于滚动体尺寸相互差或分布不均而引起与 滚动体公转频率相同的振动 ;f r - 2f c 振动是由于 滚动体直径相互差导致转轴刚性变化引起的振 动。
2. 3 使用过程对振动与噪声的影响
在轴承旋转过程中保持架的自由振动以及它 与滚动体或套圈相撞击就会发出此噪声 。它在各 类轴承中都可能出现 , 但其声压级不太高而且是 低频率的 。其特点为 : ( 1) 冲压保持架及塑料保持 架均可产生 。( 2) 不论是稀油还是脂润滑均会出 现 。( 3) 当外圈承受弯矩时最易发生 。( 4) 径向游 隙大时容易出现 。 由于保持架兜孔间隙及保持架与套圈间隙在 轴承成品中不可避免地要存在 , 因此彻底消除保 持架声十分困难 ,但可通过减少装配误差 ,优选合 理的间隙和保持架窜动量来改善 。 另一种保持架特殊声是由于保持架与其他轴 承零件引导面间的摩擦引发保持架的自激振动而 发生的喧啸声 。为此可设计特殊保持架结构和选 用精良的润滑剂来有效防止 。 当轴承在径向载荷作用下且油脂性能差的情 况下 ,运转初期会听到 “咔嚓 、 咔嚓” 噪声 , 这主要 是由于滚动体在离开载荷区后 , 滚动体突然加速 而与保持加相撞而发出的噪声 , 这种撞击声不可 避免但随着运转一段时间后会消失 。
2. 4 其他原因对振动与噪声的影响
1 பைடு நூலகம் 2
kg ( Hz) W
( 1)
图2
式中 W
k
外圈质量 弹性系数 ( 与轴向力 、 轴承尺寸及 材质有关 , 尤其是径向游隙影响最 大)
g
重力加速度
如果外圈视为弹性体则构成套圈的弯曲固有 振动 。它可分为两种 : 套圈圆环平面内的弯曲振 动即径向弯曲固有振动和伴随着垂直于圆环平面 的变形 、 扭曲的振动即轴向弯曲固有振动 。其固 有频率近似计算如下 : ( 1) 径向弯曲固有频率
f =
α cos
α为轴承接触角 。 注:
如果轴承应用高粘度油脂 , 有时噪声会被掩 盖且声压级不高 ,但振动十分明显 ,此时只有更换 新轴承才能解决 ,防止措施是文明作业和生产 。
2. 3. 2 污物噪声
当轴承清洗不净 ,润滑剂含有灰尘 、 污物或有 异物侵入时会造成非周期性振动和噪声 , 其噪声 无规则 ,不固定 。尤其是小型和微型轴承对它十 分敏感 。当有污物存在时 ,不仅会损伤滚动面 ,而 且还会降低轴承使用寿命 。为此可采取 : ( 1) 采用 高纯净度润滑剂 。( 2) 改进清洗方法 ,提高轴承洁 净度 。( 3) 提高轴承部件密封性能等措施予以防 止。
3 轴承振动与噪声频率
3. 1 套圈的固有频率
前面所述的众多振动大部分 是由轴承套圈固有频率形成的 , 而外圈的固有频率比内圈低得
图1
多 ,因此更易激发振动 , 而成为更重要的研究对 象 。套圈的固有振动包括 : ( 1) 外圈惯性矩系统角 向固有振动 ( 如图 1 所示 ) 。 ( 2) 外圈质量系统的 轴向固有振动 ( 如图 2 所示 ) 。 ( 3) 套圈弯曲固有 振动 。 图 1 和图 2 的振动均把外 圈 视 为 刚 体 。 图1 是由于外圈径向惯性矩和轴承倾 斜方向的弹性形成角向固有振 动 ;图 2 是以外圈质量和轴承轴 向弹性形成的轴向固有振动 , 其 频率近似为
2. 1. 5 滚动体通过振动
一般地说 ,轴承零件工作表面相当坚硬 ,其硬 度在 60 HRC 以上 ,但是 ,若表面在精加工后受到 磕碰 、 外物撞击或使用过程中磨损 、 剥落 、 锈蚀及 外物锓入等引起损伤 , 即使是微小的伤痕也会引 发轴承的强迫振动 。这一类属于使用维护不当造 成的 , 此外防尘盖 、 密封圈压入不当引起滚道变 形 ,也是此类问题 。
2. 1. 2 落体滚动声
2 轴承振动与噪声的分类
不论当代轴承制造技术如何先进 , 轴承在运 转过程中总会出现振动与噪声 ,如滚道声 ,这种噪 声是轴承固有的 , 是轴承运行时不可避免的基本 特性 ,常称为基础噪声 。此外轴承结构设计 、 制造 过程中滚动表面几何形状误差 、 轴承洁净度 、 滚动 表面磕碰伤以及安装使用均会引发轴承振动与噪 声。
f = Zf c ( Hz)
它是金属间滑动摩擦产生相当剧烈的尖叫 声 ,尽管此时轴承温升不高 ,对轴承寿命和润滑脂 寿命也无多大影响 ,也不影响旋转 ,但不悦耳声令 人不安 ,尤其是承受径向载荷的大型短圆柱滚子 轴承常有此噪声 , 其特点为 : ( 1) 轴承径向游隙大 时易产生 。( 2) 通常出现在脂润滑中 ,油润滑则较 罕见 。( 3) 随着轴承尺寸增大而减小 ,且常在某转 速范围内出现 。( 4) 冬季时常出现 。( 5) 它的出现 是无规则的和不可预知的 ,并且与填脂量及性能 、 安装运转条件有关 。 这种噪声可采用减小轴承径向游隙和采用浅 度外圈滚道结构来防止 。
2. 1. 4 保持架声
式中 Z
滚动体数量
而其振幅则与轴承类型 、 径向载荷 、 径向游隙及滚 动体数目有关 。通常该振幅较小 , 若振幅大时才 形成危害 ,为此常采用减小径向游隙或施加适当 的预载荷来降低 。
2. 2 轴承的加工对振动与噪声的影响
除轴承结构影响振动与噪声外 , 轴承零件的 加工精度误差 ( 沟形偏差 、 圆形偏差 、 滚动体相互 差、 套圈壁厚差 、 波纹度和粗糙度等 ) 都会引起轴 承的振动与噪声 ,因此 ,在某种程度上说是难于避 免的 。 轴承零件工作表面精加工 ( 指内滚道 、 外滚 道、 滚动体表面) 即便采用最精密的加工技术也会 存在波纹度 、 圆度 、 表面粗糙度等微观几何形状误 差 ,当轴承运转时 , 若上述参数较大时 , 由于弹性 支承的作用便形成一定频率的振动与噪声 , 有时 称它为波纹度声 。其频率与转速有关 , 这是它与 其他噪声的不同之处 。转速一定时 , 它具有一定 的振动频率且有时相当刺耳 , 当转速加快或减慢 时噪声更为敏感且频率随转速增高或降低 。
化 ,噪声主频率几乎不变而声压级则随转速增加 而提高 。( 4) 当径向游隙增大时 , 声压级急剧增 加 。( 5) 轴承座刚性增大 , 总声压级越低 , 即使转 速升高 ,其总声压级也增加不大 。( 6) 润滑剂粘度 越高 ,声压级越低 ,但对于脂润滑 ,其粘度 、 皂纤维 的形状大小均能影响噪声值 。 滚道声产生源在于受到载荷后的套圈固有振 动所致 。由于套圈和滚动体的弹性接触构成非线 性振动系统 。当润滑或加工精度不高时就会激发 与此弹性特征有关的固有振动 , 传递到空气中则 变为噪声 。众所周知 , 即使是采用了当代最高超 的制造技术加工轴承零件 , 其工作表面总会存在 程度不一的微小几何误差 , 从而使滚道与滚动体 间产生微小波动激发振动系统固有振动 。尽管它 是不可避免的 , 然而可采取高精度加工零件工作 表面 ,正确选用轴承及精确使用轴承使之降噪减 振。
《轴承》 2001. №. 9
滚动轴承振动与噪声
洛阳轴承 ( 集团) 公司 ( 河南洛阳 471039) 赖俊贤 徐惠娟 一 拖 工 程 机 械 公 司 ( 河南洛阳 471039) 刘海婴 这种噪声以承受径向载荷的单列深沟球轴承为最 典型 , 它有以下特点 : ( 1) 噪声 、 振动具有随机性 。
《轴承》 2001. №. 9
振动 ,从而发出该噪声 。 通过采用预载荷方法可有效降低该噪声 , 减 少装机后轴承工作径向游隙 , 选用良好润滑剂亦 能有所改善 ,有些国外企业采用轻型滚动体 ,如陶 瓷滚子或空心滚子等技术措施来防止这种噪声的 产生 。
2. 1. 3 尖鸣声
若干个滚动体承受载荷 , 由于与套圈的弹性接触 构成的 “弹簧” 支承使滚动体在通过径向载荷作用 线时产生了周期性振动 , 而转轴中心因此会上下 垂直移动或作水平方向移动 , 同时引发噪声 。这 类振动称之为滚动体通过振动 , 尤其是在低速运 转时表现更为明显 。理论和实验表面其振动频率 与滚动体公转频率 f c 有关 ,即
f rn =
在注有润滑脂的接触式密封轴承中 , 由于密 封唇与套圈沟槽间接触而摩擦 , 有时会形成自激 振动和噪声 。最好的办法是设计不同型式的密封 圈或选用良好的润滑剂解决 。近期国外轴承企业 已开发检测仪器以诊断和监测该类噪声 。 有时在采用脂润滑时 , 运转初期会听到某种 异常声 ,它是由于滚动体与滚道间的润滑剂被搅 拌而产生不规则的噪声 , 当运行终止时该噪声也 终止 ,这是一种不令人注意的润滑剂声 ,其声压级 极低而不引人关注 。 第三种类型的振动是产生 f r 、 f c 及 f r - 2f c 频 率的振动 ,其中 f r 振动是由于转轴不平衡或内圈