滚动轴承故障解释和频率计算
滚动轴承内外圈都旋转的故障特征频率计算公式
滚动轴承是一种常见的旋转机械零部件，它承担着重要的转动功能。
在滚动轴承工作过程中，如果遇到内外圈都旋转的故障，就需要对其特征频率进行计算和分析。
本文将介绍滚动轴承内外圈都旋转的故障特征频率计算公式，希望能够为相关领域的研究和实践提供帮助。
一、滚动轴承内外圈都旋转的故障特征频率计算公式1. 滚动轴承内外圈都旋转的故障特征频率公式如下：f = (P/2) * (1 - (d/D)) * (n/60)其中，f为故障特征频率，P为滚动体的数量，d为滚动体直径，D为滚动道直径，n为转速。
2. 在计算滚动轴承内外圈都旋转的故障特征频率时，需要注意以下几点：(1) 滚动体的数量对故障特征频率有影响，一般来说，滚动体数量越多，故障特征频率越高。
(2) 滚动体直径和滚动道直径的比值(d/D)也会影响故障特征频率，当d/D接近1时，故障特征频率较低；当d/D远离1时，故障特征频率较高。
(3) 转速的变化会直接影响到故障特征频率的计算，转速越高，故障特征频率越高。
二、滚动轴承内外圈都旋转的故障特征频率计算实例分析以某型号滚动轴承为例，其内外圈都旋转的故障特征频率计算如下：1. 已知数据：滚动体数量P=14，滚动体直径d=6mm，滚动道直径D=20mm，转速n=1800rpm。
2. 按照公式进行计算：f = (14/2) * (1 - (6/20)) * (1800/60) = 7 * 0.7 * 30 = 1470Hz。
通过以上实例分析可知，滚动轴承内外圈都旋转的故障特征频率为1470Hz。
这个特征频率对于故障诊断和预防具有重要意义，需要在相关实际应用中加以重视。
三、滚动轴承内外圈都旋转的故障特征频率计算公式的应用意义滚动轴承内外圈都旋转的故障特征频率计算公式的应用意义主要体现在以下几个方面：1. 故障诊断和预防：通过计算故障特征频率，可以帮助实现滚动轴承内外圈都旋转故障的诊断和预防工作，及早发现并解决故障问题，提高设备的可靠性和稳定性。
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
轴承滚动体故障频率计算公式
轴承滚动体故障频率计算公式引言：轴承是工业设备中常见的零部件之一，用于支撑和定位旋转机构的轴承件。
在使用过程中，由于各种原因，轴承滚动体可能会出现故障，导致设备性能下降甚至无法正常工作。
为了预测轴承滚动体的故障情况，工程师们提出了轴承滚动体故障频率计算公式。
本文将介绍该公式的计算方法和应用。
一、轴承滚动体故障频率计算公式的定义轴承滚动体故障频率是指单位时间内轴承滚动体发生故障的次数。
轴承滚动体故障频率计算公式是根据轴承滚动体的几何参数和工作条件来计算的，其表达式如下：F = (Z * n * d) / (2 * 10^6)其中，F为轴承滚动体故障频率（次/小时）；Z为轴承滚动体的数量；n为轴承滚动体的旋转速度（rpm）；d为轴承滚动体的直径（mm）。
二、轴承滚动体故障频率计算公式的应用轴承滚动体故障频率计算公式可以用于评估轴承滚动体的寿命和故障情况，为轴承的设计和维护提供参考依据。
具体应用如下：1. 寿命评估：根据轴承滚动体故障频率计算公式，可以计算出单位时间内轴承滚动体发生故障的次数。
通过与轴承的额定寿命进行比较，可以评估轴承的使用寿命是否满足要求。
如果轴承滚动体故障频率较大，说明轴承的使用寿命较短，需要考虑更换或维修轴承。
2. 设备维护：根据轴承滚动体故障频率计算公式，可以预测轴承滚动体的故障情况，及时进行设备维护。
当轴承滚动体故障频率超过一定阈值时，说明轴承存在故障的风险，需要进行维护。
通过定期监测轴承滚动体故障频率，可以制定合理的维护计划，提高设备的可靠性和稳定性。
3. 轴承设计：轴承滚动体故障频率计算公式可以作为轴承设计的参考依据。
在轴承设计过程中，可以通过调整轴承滚动体的数量、直径和旋转速度等参数，来控制轴承滚动体故障频率。
通过合理设计，可以提高轴承的使用寿命，降低故障频率，提高设备的可靠性。
结论：轴承滚动体故障频率计算公式是一种重要的工程计算方法，可以用于评估轴承寿命、设备维护和轴承设计。
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
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。
滚动轴承故障解释和频率计算-Read
滚动轴承故障四种类型频率
第一种频率：
随机的，超声频率 -- 振动尖峰能量( g SE )，高频加速度( HFD)和 冲击脉冲( SPM )；
第二种频率：
轴承零部件的自振频率 -- 在500到2000赫兹频率 范围内，与转速 无关 ；
第三种频率：
旋转的故障频率 --- 轴承的内环故障(BPFI)，外环 故障(BPFO)， 滚动体故障(BSF)和保持架故障(FTF)；
– 如果不对中超过0.001in/in，会产 生轴承和轴承座异常温升，和保 持架球磨损
配合松动
– 配合松动导致配合部件的相对运 动，如果这个相对运动轻微但不 间断，则产生磨损
– 这种磨损产生颗粒，并氧化成特 殊的棕色。这导致研磨和松动加 大。
– 如果松动增大到内圈或外圈的显 著运动，安装表面（孔径，外径 和侧面）将磨损和发热，引起噪 声和胱动。
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
ZhangHuiMin
轴承故障原因及其解决
不对中
– 不对中的征兆是滚珠在滚道上产 生的磨痕与滚道边缘不平行
，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
ZhangHuiMin
轴承故障原因及其解决
滚动轴承故障频谱分析
元件打击内外环跑道上的缺陷的间断的冲击激起它们的自振频
率。但故障扩展到微观大小时，它们开始激起这些轴承零部件
的自振频率，成为“第二个检测症兆”。故障恶化时，可引起更大
的冲击，这些更大的冲击产生更大的自振频率尖峰响应。磨损
严重时，在这些共振附近出现更多频率分量，它们中许多是这
些自振频率的 1X 转速的边带（往往，这些调制尖峰以轴承的故
华电福建湄洲湾火电营运分公司-滚动轴承故障频谱分析
频率、BSF-滚动体故障频率、BPOR-内环故障频率、BPIR外环故障频率。 FTF、BSF、BPOR、BPIR 简易计算公式。 轴承故障频率都是转速频率的非整数倍。 正常情况下滚动轴承故障频率不应存在，当存在轴承故障 频率时，可以说明轴承至少发出初始故障信号。然而，应 该明确一点：这些轴承故障频率的出现未必意味着轴承内 一定是轴承已损坏，由于轴承润滑不佳，发生金属对金属 的接触，轴承承受不适当的负载（过大的压配合-过盈配合 偏大，对不承受轴向推力的轴承施加了轴向推力，推力轴 承反向安装等等），也将出现轴承的故障频率。 内环故障频率+外环故障频率=滚动体通过频率（Nb×X）。 无论是内环还是外环故障，都有 1X 转速的边带，不转的 环边带要比转动的环边带多。如果内环两侧被 1X 转速边 带族环绕时，说明损坏的程度更严重。 解释内、外环故障往往伴有 1X 转速频率的边带？ 内环、外环故障频率的相对幅值：外环故障频率的幅值高 于内环故障频率的幅值，只要是传感器靠近外环的原因。 轴承故障频率通常出现的次序：通常轴承故障的顺序轴承 内和外环→滚动体和保持架。此后，保持架故障频率以基 频或以其它频率的边带形式出现。滚动体故障频率有时以 边带形式出现在轴承内环/外环故障频率的左右侧。
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和频与差频 --- 轴承的若干故障频率之间及与其它 振源频率之间相 加或相减
滚动轴承故障发展的四个阶 段
第 一 阶 段 ：滚动轴承故障初始阶段 第 二 阶 段 ：滚动轴承轻微故障阶段 第 三 阶 段 ：滚动轴承宏观故障阶段 第 四 阶 段 ：滚动轴承故障最后阶段
滚动轴承故障发展的第一阶 段
– 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
– 不对中的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温升，和保 持架球磨损
配合松动
轴承故障原因及其解决
正常疲劳失效
– 疲劳失效指滚道和滚动体上发生 碎裂，并随之产生材料碎片脱落
– 这种疲劳为逐渐发生，一旦开始 则迅速扩展，并伴随明显的振动 增加
– 更换轴承，和设计有更长疲劳寿 命的轴承
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
现场设备
润滑 松动
滚动轴承的故障监测
最原始的滚动轴承故障诊断方法是用听音棒接触轴承部位，依靠听觉来 判断轴承有无故障。后来采用各式测振仪器并利用振动位移、速度或加 速度的均方根值或峰值来判断轴承有无故障（如恩态克、SKF、CSI等 离线故障诊断仪器）。
滚动轴承的监测位置：振动波的传播路径是通过轴-滚动轴承-轴承座。 对于滚动轴承的监测，我们一般选用轴承座三个方向（水平、垂直和轴 向）进行监测，就可以掌握旋转机械的一些故障特征，如不平衡、不对 中、松动和滚动轴承等故障。
– 配合松动导致配合部件的相对运 动，如果这个相对运动轻微但不 间断，则产生磨损
– 这种磨损产生颗粒，并氧化成特 殊的棕色。这导致研磨和松动加 大。
– 如果松动增大到内圈或外圈的显 著运动，安装表面（孔径，外径 和侧面）将磨损和发热，引起噪 声和胱动。
滚动轴承故障发展过程的四阶段
灾难性破坏
X
累积 的损 伤
噪声正常 轴承温度正常 可以用超声，振动尖峰能量，声发射
测量出来，轴承外环有缺陷 振动总量比较小。无离散的轴承故障
频率尖峰 轴 承 剩 余 寿 命 大 于 B-10 规 定 的 百 分 之
轴承故障原因及其解决
过负荷
– 引起过早疲劳，（包括过紧配合，布 式硬度凹痕和预负荷）
– 减少负荷或重新设计
过热
– 征兆是滚道，球和保持架变色，从金 色变为蓝色
– 温度超过400F使滚道和滚动体材料退 火
– 硬度降低导致轴承承重降低和早期失 效
– 严重情况下引起变形，另外温升降低 和破坏润滑性能
1 阶段轴承剩余寿命的百分之十至五
4 阶段一小时至轴承剩余寿命的百分之一
4
12
3
通常约百分之八十至九十的轴承寿命
时间
滚动轴承四种类型故障频率 1.随机的，超声频率-gSE ,HFD ,SPM； 2.轴承零部件自振频率-500至2000赫兹范围，与转速无关； 3旋转的故障频率-内环BPFI，外环BPFO，滚动体BSF和保 持架FTF故障频率 4.和频与差频-轴承若干故障频率之间及其它振源频率相加或相减得出的频率
滚动轴承故障四种类型频率
第一种频率：
随机的，超声频率 -- 振动尖峰能量( g SE )，高频加速度( HFD)和 冲击脉冲( SPM )；
第二种频率：
轴承零部件的自振频率 -- 在500到2000赫兹频率 范围内，与转速 无关 ；
第三种频率：
旋转的故障频率 --- 轴承的内环故障(BPFI)，外环 故障(BPFO)， 滚动体故障(BSF)和保持架故障(FTF)；
– 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
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
滚动轴承故障发展过程的四阶段中典型特征
第一阶段：1噪声正常；2.温度正常；3.可用超声，振动尖峰能量gSE声发 射测量出来，轴承外环有缺陷；4.振动总量较小，无离散的轴承故障频率尖 峰；5.轴承剩余寿命大于B-10规定的百分之十。
第二阶段：1.噪声略增大；2.温度正常；3.超声，声发射，振动尖峰能量 gSE明显增大，轴承外环有缺陷；4.振动总量略增大(振动加速度总量和振 动速度总量)；5.在对数刻度的频谱上可清楚地看到轴承故障频率，而在线 性刻度的频谱上则很难看到；噪声地平明显提高；6.轴承剩余寿命大于B10规定的百分之五。
第三阶段：1.可以听到噪声；2.温度略升高；3.非常高的超声，声发射，振 动尖峰能量gSE，轴承外环有故障；4.振动加速度总量和振动速度总量大增 ；5.在线性刻度频谱上清楚地看出轴承故障频率及其谐波频率和边带频率； 6.振动频谱的噪声地平明显提高；7. .轴承剩余寿命大于B-10规定的百分之 一。
第四阶段：1.噪声的强度改变；2.温度明显升高；3.超声，声发射，振动尖 峰能量gSE迅速增大，随后逐渐减小，轴承外环处于损坏之前的故障状态 ；4.振动速度总量和振动位移总量明显增大，振动加速度总量减小；5.频率 较低的轴承故障频率尖峰占优势，振动频谱中噪声地平非常高；6.轴承剩余 寿命大于B-10规定的百分之零点二。
轴承
轴承损坏
轴承
轴承：分为滚动轴承和滑动轴承两部分， 对于汽轮发电机组 、空气 压缩机组和石化的大机组都是使用滑动轴承。一般滚动轴承应用于高速 轻载的工况下，对于大多数通用设备（如风机、水泵、电机等）、冶金 行业的轧机、纸业的造纸机等都使用滚动轴承。
滚动轴承是应用最广泛的机械零件之一,适用于各种行业(如电力、冶 金、石化等）。滚动轴承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，大约有30%的旋转机械故障都是有轴 承故障引起的。