滚动轴承故障诊断

第三阶段（轴承缺陷间隔频率及其倍频） 在第三阶段的初期，轴承缺陷间隔频率开始显现；随着 故障缺陷的发展，更多的缺陷间隔频率的倍频出现，围 绕这些间隔频率及其倍频以及固有频率的边频带的数量 也逐步增多，冲击包络值继续增大；尤其当缺陷间隔频 率周围的许多边频带清晰可见时，或者通过包络值加以 确认已进入第三阶段的后期，表明此时的轴承缺陷已肉 眼可见，并向周围扩展，应在此时更换轴承。 第三阶段频谱图的特点是间隔频率及其倍频的显现，尤 其是间隔频率和固有频率及其倍频周围的边频带增多及 清晰可见。


第二阶段（轴承固有频率） 轴承产生轻微缺陷，缺陷产生的冲击激起了轴 承元件固有频率的振动或轴承支承部件的共振， 其频率范围一般为500Hz~20kHz。到第二阶 段末期，在固有频率的周围开始出现边频带， 冲击包络值也有所增大，从0.5g增长到1.0g。 第二阶段频谱图的特点是仅显现出轴承的固有 频率成分，后期附有边频带。
第一阶段，即轴承开始出现故障的萌芽阶段，
这时温度正常，噪声正常，振动速度总量及频 谱正常，但尖峰能量总量及频谱有所征兆，反 映轴承故障的初始阶段。这时真正的轴承故障 频率出现在超声段大约20～60kHz范围。

第二阶段，温度正常，噪声略增大，振动速 度总量略增大，振动频谱变化不明显，但尖峰 能量有大的增加，频谱也更加突出。这时的轴 承故障频率出现在大约500Hz～2kHz范围。

第三阶段，温度略升高，可耳听到噪声，振动 速度总量有大的增加，且振动速度频谱上清晰 可见轴承故障频率及其谐波和边带，另振动速 度频谱上“噪声地平”明显升高，尖峰能量总 量相比第二阶段变得更大、频谱也更加突出。 这时的轴承故障频率出现在大约0～1kHz范围。 建议于第三阶段后期予以更换轴承，那么此时 应该已经出现肉眼可以看到的磨损等滚动轴承 故障特征。
滚动轴承故障诊断
滚动轴承故障诊断

滚动轴承在旋转机械中应用最为广泛，同时也 是最易损坏的元件之一。旋转机械的许多故障 都与滚动轴承有关，轴承的工作好坏对机械的 工作状态有很大影响，其缺陷会导致设备产生 异常振动和噪声，严重时甚至损坏设备。对滚 动轴承进行正确的状态监测及诊断，是现代化 企业的设备优化管理及预知维修的一个重要方 面
谢谢
诊断实例

使用ENTEK公司的 DP1500数据采集器 采集现场振动数据（主要是振动速度、 尖峰能量的总量和频谱），回传到计算 机在软件中进行趋势、频谱的分析诊断。
外圈，内圈，滚动体和保持架的作用
其中内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转， 外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用，滚 动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内 圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响着 滚动轴承的使用性能和寿命，保持架能使滚动 体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋 转起润滑作用。
4个阶段

1.故障初始阶段 2.轻微故障阶段 3.宏观故障阶段 4.故障最后阶段

根据研究结果，一般 的，如果滚动轴承的 整个使用寿命是L10， 那么从轴承安装投入 使用时计起，在它的 前80%L10。寿命时 间段内，轴承是一切 正常的。
轴承失效的四个阶段及各阶段内的主要特 征频率成分

第四阶段，温度明显升高，噪声强度明显改变， 振动速度总量和振动位移总量明显增大，振动 速度频谱上轴承故障频率开始消失，被更大的 随机的宽带高频“噪声地平”取代；尖峰能量 总量迅速增大，并可能出现一些不稳定的变化。 绝不能让轴承在故障发展的第四阶段中运转， 否则将可能发生灾难性破坏。

而接下来对应滚动轴承故障发展，其剩余寿命在第一阶段为 10%～20%L10，第二阶段为5%～10%L10，第三阶段为1%～ 5%L10，第四阶段约为1h或者1%L10。因此，在实际工作中面 临轴承问题时，考虑到轴承故障发展的第四阶段具有不可预见的 突发危害性，于第三阶段后期予以更换轴承，这样既可以避免故 障的扩大和更严重事故的发生，又能尽量保证滚动轴承的使用寿 命，并且根据此时轴承上也已经出现肉眼可以看到的磨损、零部 件损坏等滚动轴承故障特征，比较有说服力。至于轴承故障发展 的第三阶段后期的识别，则需要依据上述理论特征再结合实际的 温度、噪声、速度谱、尖峰能量谱、速度和尖峰能量的总量趋势 及实际经验予以综合考虑
此图为2009年1月8日在定期检测中发现的某电机外侧轴承水平方向 振动频谱图。该电机功率350kW，转速2980r/min，轴承型号为 SKF7214。



根据公式可算出 滚动体滚过内圈 滚道上的一点的 频率为f=462.939 滚动体滚过外圈 滚道上的一点的 频率为f=309.727

从频谱图可看出，在常规的0～1kHz范围内， 出现了明显的轴承内圈故障频率并附有边带， 同时出现外圈故障频率及其2、3倍谐波。综合 考虑判断该轴承的内圈外圈出现故障，并已处 于滚动轴承故障发展的第三阶段后期，为避免 故障扩大损坏设备应该予以更换

轴承制造商瑞典SKF公司提供的轴承失效的四 个阶段及各阶段内主要特征频率成分的示意图， 十分简明地概括了轴承失效的主要特征，可用 来做为滚动轴承故障诊断的小结。


第一阶段（超声频率） 轴承最早期出现的问题表现在超声频率的异常，其频 率范围开始为250~350kHz。此后随故障发展，频率 范围下移到20~60kHz，此时可通过共振解调法的包 络检波技术测得，能量值一般为0.5g，实际大小与测 点位置、轴承型号、转速有关。可通过采集加速度包 络值来确认轴承是否进入失效的第一阶段。 第一阶段频谱图（经过包络检波处理）的特点是“干 净” ，即除了工频、二倍频等常规振动频率外，轴承 故障的各特征频率均无显现。


第四阶段（随机宽带振动） 轴承失效接近尾声，工频也受影响而明显增大， 并产生许多倍频成分，特别是原先为离散的、幅 值较突出的缺陷间隔频率和固有频率及其倍频开 始“消失” ，代之的是随机的宽带高频“噪声 振动” ，高频噪声振动和它的包络值初期不仅 不增大，甚至有所减小，但在轴承最终失效前， 冲击包络值会大幅度增大。 第四阶段频谱图的特点是间隔频率和固有频率被 随机宽带高频“噪声振动”所淹没。
滚动轴承的结构


将运转的轴与轴座之间 的滑动摩擦变为滚动摩 擦，从而减少摩擦损失 的一种精密的机械元件， 叫滚动轴承。滚动轴承 一般由外圈，内圈，滚 动体和保持架组成。 各个元件的作用
引起滚动轴承振动的原因

滚动轴承工作时的振动，除了由外界激励因此引起之 外，属于轴承本身故障所引起的振动主要有下列几种 原因
(1)滚动体通过载荷方向产生的振动 (2)套圈的固有振动 (3)轴承弹性特性引起的振动 (4)套圈滚道和滚动体波纹度引起的振动 (5)滚动体大小不均匀和内外圈偏心引起的振动 (6)滚道接触表面局部性缺陷引起的振动 (7)润滑不良 (8)装配不正确，轴颈偏斜产生的振动



ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
滚动轴承缺陷产生的间隔频率

当滚动体和滚道接触处遇到一个缺陷时，就有 一个冲击信号产生。缺陷在不同元件上，接触 点经过缺陷的频率是不相同的，这个频率就称 为冲击的间隔频率或特征频率如表所示。间隔 频率可以根据轴承的转速、轴承零件的形状和 尺寸由轴承的简单运动关系分析中得到。
滚动轴承故障发展的四个阶段

一般把滚动轴承故障的发展分为4个阶段