轴承故障诊断技术
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。
滚动轴承故障及其诊断方法
滚动轴承故障及其诊断方法
滚动轴承是一种很常见的机械元件，广泛用于工业和消费市场，用于
转动机械装置的旋转部件。
它们的主要功能是支撑和稳定轴，允许轴在指
定的位置和方向上旋转，以及在转动时减少摩擦和重复负载。
滚动轴承可
以在各种不同类型的机械设备中找到，例如汽车，风能发电机，摩托车，
电机，空调，电气箱等。
滚动轴承可以长期高效工作，但如果不适当地维护和维修它，可能会
导致故障。
常见的滚动轴承故障包括损坏，轴承旋转变慢，轴承外壳发热，内部损坏，轴键变形，低速磨擦，扭矩问题等。
解决这些问题的关键是找
出故障的根本原因，并根据现场条件采取正确的解决方案。
要有效诊断滚动轴承故障，可以采用以下方法。
1.检查外壳：检查轴承外壳表面，以及固定螺丝和轴承挡圈是否松动、弯曲或破损。
检查底座是否正确安装，轴是否紧固，以及轴承应用的负载
是否正确。
2.状态检查：检查轴承内部和外壳的温度，查看是否有油漆和碳垢，
并检查轴承内部有无异响和异常磁性。
3.拆卸检查：仔细检查轴承内部的轴承衬套、滚珠和圆柱滚道，查看
是否有损坏、磨损或异物。
轴承故障诊断原理
轴承故障诊断原理引言：轴承是工业中常见的一种重要零部件，广泛应用于各种机械设备中，承担着支撑和传递载荷的重要功能。
然而，由于工作环境的恶劣和长时间的使用，轴承往往容易出现各种故障。
因此，轴承故障的诊断和预测具有重要意义。
本文将介绍轴承故障的诊断原理，帮助读者更好地了解轴承故障的表现和诊断方法。
一、振动信号分析法振动信号分析法是一种常见的轴承故障诊断方法。
通过采集轴承振动信号，分析其频谱和波形，可以判断轴承故障类型。
例如，当轴承内环故障时，振动信号的频谱会出现特征频率和倍频的峰值，波形会有明显的冲击和脉冲信号。
而当轴承外环故障时，振动信号的频谱则会出现特征频率和倍频的谷值，波形会有较为规则的周期性振动。
通过分析振动信号，可以准确判断轴承故障类型，并及时采取维修措施。
二、声音信号分析法声音信号分析法是另一种常用的轴承故障诊断方法。
通过采集轴承工作时的声音信号，分析其频谱和波形，可以判断轴承故障类型。
例如，当轴承出现裂纹或磨损时，会产生高频的杂音信号；当轴承出现滚珠错位或脱落时，会产生低频的冲击声。
通过分析声音信号，可以快速准确地判断轴承故障类型，从而采取相应的维修措施。
三、温度信号分析法温度信号分析法是一种简单有效的轴承故障诊断方法。
通过监测轴承的温度变化，可以判断轴承是否存在故障。
例如，当轴承内环故障时，由于摩擦和磨损产生的热量增加，轴承温度会升高；当轴承外环故障时，轴承温度则会降低。
通过分析温度信号，可以及时察觉轴承故障，并采取相应的维修措施。
四、油液分析法油液分析法是一种常用的轴承故障诊断方法。
通过对轴承工作时的润滑油进行取样分析，可以判断轴承的磨损和污染情况。
例如，当轴承出现磨损时，润滑油中会出现金属颗粒和磨粒；当轴承受到污染时，润滑油中会出现水分和杂质。
通过分析油液信号，可以及时判断轴承的工作状态，进行维护和更换。
五、红外热像仪诊断法红外热像仪诊断法是一种非接触式的轴承故障诊断方法。
通过使用红外热像仪对轴承进行热像检测，可以观察轴承的温度分布情况。
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。
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
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)
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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
轴承故障诊断原理
轴承故障诊断原理
轴承故障诊断原理是指通过对轴承的特征和声学信号分析，可以诊断轴承是否存在故障并确定故障的类型和严重程度的一种方法。
轴承是机械传动系统中的重要组成部分，一旦轴承故障，会影响整个传动系统的运行效率和寿命，因此及时的故障诊断和处理非常重要。
轴承故障诊断原理基于声学信号分析，可以通过振动传感器获取轴承的振动信号，然后对信号进行分析，包括峰值、频域、时域等参数。
基于这些参数，可以判断出轴承是否存在故障，以及故障的类型和严重程度。
具体来说，轴承故障通常会表现出不同的声学信号特征，包括高频噪声、低频振动、非线性振动等。
高频噪声通常表明轴承存在表面磨损或者滚珠损坏等故障；低频振动通常表现为轴承内部的撞击和杂音，可能是因为滚道损坏或者球和滚道之间的间隙过大等原因；非线性振动通常表现为轴承内部的摩擦和振动，可能是因为润滑不良或者轴承过度磨损等原因。
除了声学信号分析外，轴承故障诊断还可以采用视觉检测、热学分析等方法。
视觉检测可以通过检查轴承的表面状况来确定是否存在表面磨损或者裂纹等故障；热学分析可以通过测量轴承的温度变化来诊断是否存在过度摩擦等问题。
总之，轴承故障诊断原理是一种非常重要的机械故障诊断方法，可以帮助工程师及时发现和处理轴承故障，提高机械设备的运行效率和寿命。
汽车变速器轴承故障的诊断技术
汽车变速器轴承故障的诊断技术汽车变速器轴承故障是汽车维修中一个相当常见的问题。
如果轴承故障不及时处理，会导致车辆性能下降、行驶不稳定，严重时可能会导致变速器损坏。
因此，轴承故障的诊断和解决是非常重要的。
一、轴承故障的原因1. 油脂污染：如果长时间没有更换保养油脂，或者使用了质量不好的油脂，就会造成轴承故障。
2. 轴承磨损：使用时间长了，轴承表面就会出现磨损现象，主要原因是使用不当或者长期承受高负荷压力。
3. 生锈：如果在存放或者使用过程中，轴承表面被外界空气、潮湿等因素污染，也会导致油脂污染等轴承故障。
二、轴承故障的症状1. 发出异响：变速器突然之间发出“哒哒哒”的声音，这是轴承严重磨损导致的，此时需要更换轴承。
2. 行驶不平稳：在行驶中，车辆环境变化较大，如果出现变速器整个震动或者稳定性差的情况，就要考虑轴承是否出现故障。
3. 变速无力：如果在换挡时，发现变速无力，车辆加速度下降，那就意味着轴承故障已经比较严重。
三、轴承故障的检测方法1. 观察外观：先检查轴承的表面有没有腐蚀、磨损、变形等现象。
2. 试压法：使用试压法检测是比较常见的方法，通过压缩空气喷射来辨别轴承是否脆弱。
3. 模拟负载法：使用特殊的试验台，在模拟汽车行驶情况下，检测轴承稳定性和寿命。
四、轴承故障的解决方法1. 更换轴承：如果轴承已经损坏，就需要及时更换，以防对汽车造成深层次的影响。
2. 洗涤清洁：如果仅仅是因为污染导致的轴承故障，可以尝试进行洗涤清洁，以及更换更好的油脂。
3. 维护保养：日常维护保养也是预防轴承故障不可缺少的环节，每隔一段时间就要进行轴承清洗和更换，养成良好的保养习惯，以防汽车产生故障。
总之，对于轴承故障要及时进行诊断和解决，保持良好的汽车维护保养习惯，才能保持汽车的正常运行。
滚动轴承故障诊断
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。
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1.时间平滑周期图法 2.基于调幅和调频信号模型推导出循环域解调
方法 3.基于谱相关密度
非平稳信号的监测和诊断技术
时频信号分析
1.小波分析 2.振动信号的改进小波包分析 3.改进的时频分析 4.高阶谱 56..1分12 形维维谱数分方析法 7.奇异值分解技术 8.隐马尔经验模态分解技术 9.经验模态分解技术（EMD）
缺点：表面剥落、压痕、裂纹、点蚀等异常情况诊断效果较差。
基于光纤的故障监测和诊断技术
光纤诊断技术一般用光导纤维束制成位移传感器 发射和接受光纤束，对轴承工况作出判断，该方 法灵敏度高、信噪比大，可以较直接地反映轴承 的制造质量、表面磨损程度、载荷、润滑和间隙 情况。
适用：传感器安装在轴承座内的场合。
综合故障监测和诊断系统
综合故障诊断的过程事实上也是诊断信息融合的过程，模糊数学理论、模 式识别理论、专家系统技术、人工神经网络技术、灰色理论、可拓数学、信 息科学理论以及概率理论对故障细致划分和识别的可行性也逐渐在诊断工程 中得到应用。
滚动轴承故障诊断技术发展趋势
在不久的将来，用于滚动轴承故障监测和诊断的 时频分析法、小波分析法、时变参数模型法、分 段平稳AR模型法、自适应AR模型法等前沿技术 将进一步完善，高阶循环统计量技术、分形维数 等技术将有望得到进一步的突破，专家系统和人 工神经网络技术等综合型的故障智能监测和诊断 系统具有很大的发展潜力和广阔的发展前景。
总结
故障诊断技术是一门集数学、力学、摩擦学、测控技
术、计算机技术、信号处理技术、模式识别技术、人工智能技
术、决策科学、信息科学等众多科学技术于一体的现代工程新
学科，受到越来越多的重视和关注。检测试验技术、信号处理
技术、模式识别技术和预测评估技术四项基本技术是轴承诊断
关键技术。
了解轴承的性能状态和及早发现潜在故障有着至关重要
基于油液的故障监和诊断技术
铁谱监测和诊断技术是我国应用最普遍的油液 诊断技术之一，该方法首创于20世纪70年代初， 主要通过对润滑或冷却液中的磨损磨粒在铁谱片 上的分布情况进行定性观察和定量测试来判断轴 承的运行情况和磨损机理研究。 （1）旋转式铁谱仪 （2）直读式铁谱仪 （3）分析式铁谱仪
适用：油润滑或油冷却轴承
轴承故障诊断技术
绪言
轴承的故障诊断与状态监测是机械设备故障诊断技术的重要内容。 旋转机械的故障中轴承的损坏故障约占30%。 轴承的运行质量除轴承元件本身的加工质量外，轴承的安装及装配质量影响
很大。 轴承使用中，90%以上是滚动轴承。
滚动轴承故障形式
1.疲劳剥落 2.磨损 3.塑性变形 4.锈蚀 5.断裂 6.胶合 7.保持架损坏
基于温度的故障监测和诊断技术
轴承的运转温度主要由轴承的载荷、转速、摩擦 力矩、润滑剂类型、粘度、轴承类型以及轴承的 运转状态等因素决定，因此轴承的温度可以一定 程度上反映轴承的运转参数的变化和运行的故障， 特别对轴承烧伤的诊断效果比较好。
基于声学的故障监测和诊断技术
声学监测和诊断技术是近几年来发展起来的新 技术，通过对轴承由于变形、剥落或裂纹等原因 产生的弹性波的监测来实现对轴承工况的诊断。 由于轴承经常受到冲击的交变载荷作用，使得材 料产生错位运动或塑性变形,在此过程中伴随着声 发射信号的产生，这种声发射的频率一般较宽， 金属材料的发射频率可达几十到几百兆赫兹，其 信号的强度差异一般只有几微伏，故需要电荷放 大器等仪器的辅助。
无量纲参数对轴承的承载和转速不敏感，无须 考虑相对标准值和与以前的数据进行比较，且对故 障的早期阶段比较敏感，但对严重的故障抗干扰性 较差，易产生误判。
峰值、峰值因子、峭度等参数虽对冲击故障敏 感,但当故障进人严重发展阶段时,峰值因子、峭度 等参数处于饱和状态,失去诊断能力
峭度因子是时域指标，对轴承故障产生的异常 脉冲比较敏感，当振动信号服从正态分布时的正常 值为3。所以，对原始信号进行必要的预处理和采 用多参数诊断法，会大大提高故障诊断的可靠性。
平 稳傅立信叶号频谱的分监析（测频和谱图诊） 断技术
缺点：早期故障不够灵敏
时间序列模型（参数模型－ARMA模型、AR模型、MA模型） 1.时域平均方法 2.倒频谱分析 3.包络分析 4.数字滤波技术 5.自适应技术 6.主分量技术 7.细化谱技术 8.双谱技术 9.全息谱技术
循环平稳信号的监测和诊断技术
的作用，可以有效提高机械设备的运行管理水平及维修效能，
具有显著的性。
基于油膜电阻的故障监测和诊断技术
： 原理 如果轴承在运转过程中,滚道和滚动体之间形成很好的油膜，
则内外圈的电阻值可达兆欧姆以上，但当润滑油膜遭到破坏后,则内外圈之间的 电阻可降低至零欧姆。
适用：旋转轴外露的场合，轴承的润滑状态和轴承的磨损、腐蚀类的损伤 进行监测和诊断。
诊 断基方于法振动：信号的故障监测和诊断技术（√√）
基于油液的故障监和诊断技术（√） 基于温度的故障监测和诊断技术（√） 基于声学的故障监测和诊断技术 基于油膜电阻的故障监测和诊断技术 基于光纤的故障监测和诊断技术 综合故障监测和诊断系统（趋势）
基于振动信号的故障监测和诊断技术
低频分析法和幅值参数指标分析法 平稳信号的监测和诊断技术 循环平稳信号的监测和诊断技术 非平稳信号的监测和诊断技术
适用：疲劳剥落、变形、压痕、局部腐蚀等故障进行监测与诊断
低频分析法和幅值参数指标分析法
轴承故障特征频率：
轴承振动信号中的许多统计特征参量随着故障的性 质及严重程度发生变化，可以作为轴承故障监测和诊断 的依据：
设xi 为采集到的振动序列，i 0,1, 2...n
峰值和均方根值是有量纲的参数，峰值因子、峭 度因子、波形因子、脉冲因子、裕度因子是无量纲 的参数。