频谱分析滚动轴承、齿轮和电气故障(课堂PPT)
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滚动轴承 分析技术
解释包络谱图 – 正如 ‘包络’ 章节所讨论的, 包络谱图任一峰值的实际振 幅都不如频谱相对于背景噪声的振幅那么重要, 这意味了什么 ? 你的分析器 检测到的噪声级将对你看见的峰值振幅有很大的影响。 不象速度, gSE (使 用已知的单位) 将被其它条件影响，例如轴承载荷和润滑程度等。 润滑不 良，甚至是缺乏润滑都将引起整个频率范围本底或背景噪声 频谱。 运行 的轴承正常的gSE 振幅范围在 0.05 gSE 到2 gSE之间。 振幅等级没有普通 的规则– 它们将随机器和环境改变。 还需要其它的分析方法。
图 5 – 比较峰值 (125dB)， 噪声干扰级 (~102dB)。 差别12dB以上, 应该 观察轴承来确定轴承的损坏速度。 注意左上角的 Scale (dB)。
5
滚动轴承 延迟失效症状
图1、典型的包络图说明在轴承缺陷频率处有冲击。 振幅可能减小，同时轴承状态变得更糟糕。
图 2 典型的速度FFT说明早期的轴承缺陷。 早期振幅可能非常小。 应该注意的是加速度频谱比
•前面的图3和图4说明在一个月后两个读数相等。 •注意图3包络图中的改善。 这是因为冲击力强度减小了 。
•也要注意如图4速度FFT所示的，轴承的恶化。
•与轴承频率有关的振幅明显增大 (故障频率谐波) 暗示
轴承状态非常恶劣。
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滚动轴承 典型症状
前两页展示的是轴承故障如何在速度频谱和gSE频谱上的典型处理 过程。 但是轴承故障的形成还有很多途径。 监测轴承故障有很多种有效 的方法。 包括使用加速度频谱，时域图和超声波噪声监测等 (例如振动 脉冲)。 分析者必须能 “感觉到” 轴承正在出故障，并找到适当的监测 方法适应这种需要。振动速度频谱包括:
3
图3表示的是冲击频率 的包络图。 最大峰值是: 1x 故障频率。
图 4 – 速度 FFT谱 – 说明轴承的“状态” (即 它的损伤程度)。
故障频率在早期的谐
波振幅很小 (甚至不容易 注意到)。
在早期的速度或加速度 FFT中，没有典型的 1x故 障频率的峰值。
为了分析, 跟踪轴承故 障频率 (正如包络图中观 察到的一样) 并使用谐波 来排列出最高的频率峰值。
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在前两页的例子中，每一个都有所展现。 有故障高频区, 特殊的 故障频率谐波，还有一些发生在1x 故障频率 (非常容易与 3x rpm 混淆, 尤其是缺乏高频征兆的时候发生– 这是可能的，尽管很少 见)。 当然相应的在加速度频谱上更趋于高频症状 ，这是因为在加速度 频谱对低频振动不敏感。 这很有利，除非你有3中讨论的不寻常 的症状，。 这种情况下你几乎没有轴承故障的任何迹象。
图 3典型的包络图说明轴承故障Biblioteka Baidu率的影响
图 4 典型的速度FFT说明轴承早期故障。 在早期振幅可能非常小。 应 该注意的是加速度频率将比速度频率更清楚到展现高频峰值。
4
测量冲击力强度 (轴承损坏速度) 可以通过重新缩放包络图比
例来获得dB (对数测量) 并和背景噪声干扰级比较轴承缺陷峰 值频率 (图 5)。
滚动轴承故障
评价滚动轴承状态是振动分析中最重要的工作。 不利的是,轴承损坏时 所产生的振动征兆变化很大。 但是, 轴承在恶化时通常有一些可预测的症状。 考虑到这项任务的重要性，并提高分析者预测轴承状态的可能性, 在处理过 程中尽可能使用各种分析方法是十分重要的。 包括:
速度或加速度频谱，频率范围在30,000 到 120,000 cpm。 包络频谱，如ESP, gSE, HFD****,等。 这些频谱对由轴承缺陷产生 的冲击能量十分敏感 (滚珠或滚动体撞击缺陷类似于汽车撞到马路的坑– 产生冲击能量)。 时域图将比频谱具有更强的诊断能力- 尤其是对低速旋转的设备。 因为大多数分析者使用速度频谱分析数据, 我们将主要讨论有关速度频 谱上的 一些应用情况。 使用加速度频谱的优点是一些特殊的频率能更清楚
的显现 (相对于低-中频率范围振幅它的振幅更大)。
但是在分析轴承时的绝对最小值应使用包络频谱。 其相应的发展也将论
述。
****振幅单位由厂商自己定 – 每一个都有自己的名字，或是单位的首
写字母. 例如:
CSI (Emerson) 使用峰值；Entek (Rockwell Automation)使用 gSE
速度频谱的高频峰值更清楚。
6
进一步监测轴承故障: •在轴承故障的后期, 明显的脉冲 (冲击力) 通常强度 降低了，这是由于轴承部件磨损了。
•图 2 表示，速度频谱说明了轴承故障的进展特征。 •速度频谱上最后看见了1x的故障频率。
•背景噪声峰值继续增加，信号形状继续变形 ，这是由 于轴承磨损，并且部件也趋于失效。 •速度 FFT继续说明轴承的 “状态”。 轴承有多糟糕 ? 现在更差了。
1、即使在轴承缺陷的早期, 也可能产生与与摩擦或冲力有关的高频振动。 2、轴承的缺陷产生的冲击信号最早出现在包络图频谱中 (Fig 3)。 3、包络信号包括gSE (IRD), HFD (SKF) , ESP (DI), Peakvue (CSI), 振动脉冲等。 4、采集的信号将包括有一定间隔的冲击脉冲，这相当于故障频率。 5、在故障早期, 时域图比速度或加速度频谱更适合作为分析工具。 6、图 3和图4说明了 两种 “典型的”图 (Fig. 3是包络谱, Fig. 4是速度谱) ， 说明轴承故障在早期的特征。
(脉冲能 – 缩略为IRD) ；SKF 使用 HFD (高频域) 和 ESP (包络信
号处理 – 缩略为DI)
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滚动轴承早期故障症状
图 1 – 由于缺陷引起的冲击频 率等于滚动体数x RPM。
图 2: 产生两个频率。 与FFT 图有关的装配轴承共振频率 和与包络图有关的冲击频率。
2
轴承缺陷中转动件早期故障的症状:
1) 在速度和加速度FFT中， 存在故障高频区。 较宽的频率带能造成 特殊频率辨认困难。 故障高频区的频率范围取决于装配轴承的共振 频率。 2) 轴承故障频率谐波明显 (3x - 10x 故障频率)。 形成的谐波哪部分 最多，表明最大振幅取决于轴承的共振频率范围。 3) 低频谐波的形成 (1x, 2x)很少有甚至没有高频征兆。 这可能容易与 运行速度谐波混淆 ，但这非常异常- 比前两种可能要少见。
滚动轴承 分析技术
解释包络谱图 – 正如 ‘包络’ 章节所讨论的, 包络谱图任一峰值的实际振 幅都不如频谱相对于背景噪声的振幅那么重要, 这意味了什么 ? 你的分析器 检测到的噪声级将对你看见的峰值振幅有很大的影响。 不象速度, gSE (使 用已知的单位) 将被其它条件影响，例如轴承载荷和润滑程度等。 润滑不 良，甚至是缺乏润滑都将引起整个频率范围本底或背景噪声 频谱。 运行 的轴承正常的gSE 振幅范围在 0.05 gSE 到2 gSE之间。 振幅等级没有普通 的规则– 它们将随机器和环境改变。 还需要其它的分析方法。
图 5 – 比较峰值 (125dB)， 噪声干扰级 (~102dB)。 差别12dB以上, 应该 观察轴承来确定轴承的损坏速度。 注意左上角的 Scale (dB)。
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滚动轴承 延迟失效症状
图1、典型的包络图说明在轴承缺陷频率处有冲击。 振幅可能减小，同时轴承状态变得更糟糕。
图 2 典型的速度FFT说明早期的轴承缺陷。 早期振幅可能非常小。 应该注意的是加速度频谱比
•前面的图3和图4说明在一个月后两个读数相等。 •注意图3包络图中的改善。 这是因为冲击力强度减小了 。
•也要注意如图4速度FFT所示的，轴承的恶化。
•与轴承频率有关的振幅明显增大 (故障频率谐波) 暗示
轴承状态非常恶劣。
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滚动轴承 典型症状
前两页展示的是轴承故障如何在速度频谱和gSE频谱上的典型处理 过程。 但是轴承故障的形成还有很多途径。 监测轴承故障有很多种有效 的方法。 包括使用加速度频谱，时域图和超声波噪声监测等 (例如振动 脉冲)。 分析者必须能 “感觉到” 轴承正在出故障，并找到适当的监测 方法适应这种需要。振动速度频谱包括:
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图3表示的是冲击频率 的包络图。 最大峰值是: 1x 故障频率。
图 4 – 速度 FFT谱 – 说明轴承的“状态” (即 它的损伤程度)。
故障频率在早期的谐
波振幅很小 (甚至不容易 注意到)。
在早期的速度或加速度 FFT中，没有典型的 1x故 障频率的峰值。
为了分析, 跟踪轴承故 障频率 (正如包络图中观 察到的一样) 并使用谐波 来排列出最高的频率峰值。
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在前两页的例子中，每一个都有所展现。 有故障高频区, 特殊的 故障频率谐波，还有一些发生在1x 故障频率 (非常容易与 3x rpm 混淆, 尤其是缺乏高频征兆的时候发生– 这是可能的，尽管很少 见)。 当然相应的在加速度频谱上更趋于高频症状 ，这是因为在加速度 频谱对低频振动不敏感。 这很有利，除非你有3中讨论的不寻常 的症状，。 这种情况下你几乎没有轴承故障的任何迹象。
图 3典型的包络图说明轴承故障Biblioteka Baidu率的影响
图 4 典型的速度FFT说明轴承早期故障。 在早期振幅可能非常小。 应 该注意的是加速度频率将比速度频率更清楚到展现高频峰值。
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测量冲击力强度 (轴承损坏速度) 可以通过重新缩放包络图比
例来获得dB (对数测量) 并和背景噪声干扰级比较轴承缺陷峰 值频率 (图 5)。
滚动轴承故障
评价滚动轴承状态是振动分析中最重要的工作。 不利的是,轴承损坏时 所产生的振动征兆变化很大。 但是, 轴承在恶化时通常有一些可预测的症状。 考虑到这项任务的重要性，并提高分析者预测轴承状态的可能性, 在处理过 程中尽可能使用各种分析方法是十分重要的。 包括:
速度或加速度频谱，频率范围在30,000 到 120,000 cpm。 包络频谱，如ESP, gSE, HFD****,等。 这些频谱对由轴承缺陷产生 的冲击能量十分敏感 (滚珠或滚动体撞击缺陷类似于汽车撞到马路的坑– 产生冲击能量)。 时域图将比频谱具有更强的诊断能力- 尤其是对低速旋转的设备。 因为大多数分析者使用速度频谱分析数据, 我们将主要讨论有关速度频 谱上的 一些应用情况。 使用加速度频谱的优点是一些特殊的频率能更清楚
的显现 (相对于低-中频率范围振幅它的振幅更大)。
但是在分析轴承时的绝对最小值应使用包络频谱。 其相应的发展也将论
述。
****振幅单位由厂商自己定 – 每一个都有自己的名字，或是单位的首
写字母. 例如:
CSI (Emerson) 使用峰值；Entek (Rockwell Automation)使用 gSE
速度频谱的高频峰值更清楚。
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进一步监测轴承故障: •在轴承故障的后期, 明显的脉冲 (冲击力) 通常强度 降低了，这是由于轴承部件磨损了。
•图 2 表示，速度频谱说明了轴承故障的进展特征。 •速度频谱上最后看见了1x的故障频率。
•背景噪声峰值继续增加，信号形状继续变形 ，这是由 于轴承磨损，并且部件也趋于失效。 •速度 FFT继续说明轴承的 “状态”。 轴承有多糟糕 ? 现在更差了。
1、即使在轴承缺陷的早期, 也可能产生与与摩擦或冲力有关的高频振动。 2、轴承的缺陷产生的冲击信号最早出现在包络图频谱中 (Fig 3)。 3、包络信号包括gSE (IRD), HFD (SKF) , ESP (DI), Peakvue (CSI), 振动脉冲等。 4、采集的信号将包括有一定间隔的冲击脉冲，这相当于故障频率。 5、在故障早期, 时域图比速度或加速度频谱更适合作为分析工具。 6、图 3和图4说明了 两种 “典型的”图 (Fig. 3是包络谱, Fig. 4是速度谱) ， 说明轴承故障在早期的特征。
(脉冲能 – 缩略为IRD) ；SKF 使用 HFD (高频域) 和 ESP (包络信
号处理 – 缩略为DI)
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滚动轴承早期故障症状
图 1 – 由于缺陷引起的冲击频 率等于滚动体数x RPM。
图 2: 产生两个频率。 与FFT 图有关的装配轴承共振频率 和与包络图有关的冲击频率。
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轴承缺陷中转动件早期故障的症状:
1) 在速度和加速度FFT中， 存在故障高频区。 较宽的频率带能造成 特殊频率辨认困难。 故障高频区的频率范围取决于装配轴承的共振 频率。 2) 轴承故障频率谐波明显 (3x - 10x 故障频率)。 形成的谐波哪部分 最多，表明最大振幅取决于轴承的共振频率范围。 3) 低频谐波的形成 (1x, 2x)很少有甚至没有高频征兆。 这可能容易与 运行速度谐波混淆 ，但这非常异常- 比前两种可能要少见。