滚动轴承故障频谱分析
广义s变换时频谱svd降噪的滚动轴承故障冲击特征提取方法
广义s变换时频谱svd降噪的滚动轴承故障冲击特征提取方法一、引言滚动轴承是工业中十分常见的机械元件，很多工业领域广泛应用。
滚动轴承的可靠性是其使用安全与寿命的两个重要指标。
然而，随着使用时间的推移，滚动轴承会出现故障，特别是冲击故障时会对机械的生产与运行带来很大的影响。
因此，准确地检测滚动轴承的故障，尤其是故障冲击特征的提取，对于延长滚动轴承的使用寿命，保障生产安全并提高生产效率至关重要。
近年来，越来越多的学者将传统的s变换引入到轴承故障特征提取中，以期提高特征提取的精度。
但是，由于信号受到噪声、干扰等多重因素的影响，传统s变换作为一种时频分析方法无法获得良好的效果。
为了解决这个问题，本文提出了一种基于广义s变换(svSVD)与降噪方法的滚动轴承故障冲击特征提取方法。
该方法在svSVD的基础上，采用降噪技术去除s变换结果中的噪音，提高特征提取的准确性与可靠性。
本文首先介绍了s变换的原理及其与svSVD的关系，然后通过实验验证了svSVD降噪方法对于滚动轴承冲击信号特征提取的有效性。
二、s变换与svSVDs变换，也叫尺度变换（scale transform），是一种时频分析方法，能够同时表示信号的时间域和频率域信息。
s变换将信号通过在时间和频率两个维度上的扩展分解成一组不同尺度的信号。
s变换的公式如下：$$S(a,b)=\int^{\infty}_{-\infty}X(t)\frac{1}{\sqrt{a}}\psi(\frac{t-b}{a})dt$$其中，a表示尺度因子，b表示平移因子，X(t)表示信号，$\psi$表示尺度因子为1的基本尺度函数。
然而，由于信号经常受到噪声、干扰等因素的影响，s变换结果产生了很多的毛刺和杂波。
为了去除这些噪音，一些学者提出了基于svSVD的s变换去噪方法。
svSVD是奇异值分解的一种变体形式。
与传统的奇异值分解仅进行矩阵的分解不同，svSVD在该过程中还将数据转换为时频域维度，并产生一组主成分。
振动信号频谱分析法检测铁道车辆滚动轴承故障初探
（） ３ 运用 中 的车 辆 轴 承 故 障 检 测 ， 主
要 是 依 靠 红 外 线 轴 温 探 测 器 或 检 车 员 手 摸 轴 承 表 面 ， 其 温 度 的 高 低 来 判 别 是 否 以
一
（ ） 用 本 法 后 ， 但 能 提 高 滚 动 轴 １采 不
有故 障 。
２ ２ 在 问 题 ．存
通 过 电 测手 段 ． 将 这些 物 理量 测 取并 记 可
２ 目 前 车 辆 滚 动 轴 承 的 检 测 方 法 及 效 应 有 振 动 、 声 、 度 、 力 和 应 变 等 。 子 数 量 。 ． 噪 温 压 存 在 的 问题
２ １ 查 方 法 ．检
对 外 圈 擦 伤 的 滚 动 轴 承 采 用 单 个 轮
信 号 ， 换 成 相 应 的 电 信 ， 后 进 行 时 域 转 中 轴 承 的 振 动 信 号 ， 根 据 其 信 号 规 转 然 再
一
频 域 变 换 ， 成 振 动 信 号 频 谱 图 （ 频 律 ， 度 、 率判 断是 否有 故障 。 形 即 幅 频 实 验 结 果 证 明 ， 如 此 简 单 的 方 法 也 能 用 分 析 仪 消 除 人 工经 验 判 别 所 产生 的不 稳 定 因 素 ， 检 测 准 确 性 是可 以信 赖 的 。 其
机 械设 备 的各 种 状 态和 运转 过 程 ， 通
荷 与 热 切 事 故 密 切 相 关 ， 荷 对 轴 承 寿 命 中 的 应 用 载
常 以 其 “ 次 效 应 ” 映 出 来 ， 型 的 二 次 滚 子 中 心 间 直 径 ； 为 滚 子 直 径 ； 为 滚 二 反 典 Ｄ Ｍ
４ 结论 、
， 作 外 观 检 查 ， 用 人 工 手 旋 轮 对 上 的 轴 率 分 布 图 ） 通 过 对 轴 承 运 转 时 各 配 件 特 即 障 ， 认 为 有 故 障 ， 退 轴 检 查 ， 则 继 续 本 原 理 见 图 １ 如 再 否 。 投 入使用 。
滚动轴承频谱分析详解
滚动轴承频谱分析详解对于滚动轴承不能只依赖振动总量来精确评估滚动轴承的状态，也不能完全依赖超声频带测量：振动尖峰能量（Spike Energy）、高频加速度（High FrequencyAcceleration-HFD）、冲击脉冲（Shock Pules－SPM）。
只有将超声测量与振动特征信号分析结合使用才是最好的评定轴承的状态。
滚动轴承一旦产生故障，会产生以下四种类型频率的每一种：随机的超声频率：频率范围5000~60000HZ，测量使用方法：振动尖峰能量、高频加速度、冲击脉冲，这些用于检测轴承的初始故障。
振动尖峰能量烈度图：高频加速度和冲击脉冲的比较烈度表：轴承部件的自振频率：频率范围500~2000HZ，轴承零部件受到冲击时，以它们的自振频率“瞬时扰动”。
在滚动轴承中，滚动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障频率为间隔，而不是1X转速频率的边带）。
轴承自振频率与转速无关，但它们的响应幅值与冲击速度成正比，意味着转速越高，响应幅值也越高。
旋转轴承的故障频率：轴承零部件故障频率与轴承的平均直径-Pa、滚动体直径-Ba、滚动体数目-Nb和接触角-ø有关。
FTF-保持架故障频率、BSF-滚动体故障频率、BPOR-内环故障率、BPIR-外环故障频率。
FTF、BSF、BPOR、BPIR简易计算公式（可参考平台内前期文章介绍）。
轴承故障频率都是转速频率的非整数倍（本人所遇确实如此，但曾看到过一篇文章说正好是转速频率整数倍）。
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。
转动设备常见振动故障频谱特征及案例分析
转动设备常见振动故障频谱特征及案例分析一、不平衡转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的故障。
结构设计不合理，制造和安装误差，材质不均匀造成的质量偏心，以及转子运行过程中由于腐蚀、结垢、交变应力作用等造成的零部件局部损坏、脱落等，都会使转子在转动过程中受到旋转离心力的作用，发生异常振动。
转子不平衡的主要振动特征：1、振动方向以径向为主，悬臂式转子不平衡可能会表现出轴向振动；2、波形为典型的正弦波；3、振动频率为工频，水平与垂直方向振动的相位差接近90度。
案例：某装置泵轴承箱靠联轴器侧振动烈度水平13.2 mm／s，垂直11.8mm／s，轴向12.0 mm／s。
各方向振动都为工频成分，水平、垂直波形为正弦波，水平振动频谱如图1所示，水平振动波形如图2所示。
再对水平和垂直振动进行双通道相位差测量，显示相位差接近90度。
诊断为不平衡故障，并且不平衡很可能出现在联轴器部位。
解体检查未见零部件的明显磨损，但联轴器经检测存在质量偏心，动平衡操作时对联轴器相应部位进行打磨校正后振动降至2.4 mm／s。
二、不对中转子不对中包括轴系不对中和轴承不对中两种情况。
轴系不对中是指转子联接后各转子的轴线不在同一条直线上。
轴承不对中是指轴颈在轴承中偏斜，轴颈与轴承孔轴线相互不平行。
通常所讲不对中多指轴系不对中。
不对中的振动特征：1、最大振动往往在不对中联轴器两侧的轴承上，振动值随负荷的增大而增高；2、平行不对中主要引起径向振动，振动频率为2倍工频，同时也存在工频和多倍频，但以工频和2倍工频为主；3、平行不对中在联轴节两端径向振动的相位差接近180度；4、角度不对中时，轴向振动较大，振动频率为工频，联轴器两端轴向振动相位差接近180度。
案例：某卧式高速泵振动达16.0 mm／s，由振动频谱图(图3)可以看出，50 Hz（电机工频）及其2倍频幅值显着，且2倍频振幅明显高于工频，初步判定为不对中故障。
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。
滚动轴承故障诊断频谱分析
滚动轴承故障诊断1（之国外专家版）滚动轴承故障现代工业通用机械都配备了相当数量的滚动轴承。
一般说来，滚动轴承都是机器中最精密的部件。
通常情况下，它们的公差都保持在机器的其余部件的公差的十分之一。
但是，多年的实践经验表明，只有10%以下的轴承能够运行到设计寿命年限。
而大约40%的轴承失效是由于润滑引起的故障，30%失效是由于不对中或“卡住”等装配失误，还有20%的失效是由过载使用或制造上缺陷等其它原因所致。
如果机器都进行了精确对中和精确平衡，不在共振频率附近运转，并且轴承润滑良好，那么机器运行就会非常可*。
机器的实际寿命也会接近其设计寿命。
然而遗憾的是，大多数工业现场都没有做到这些。
因此有很多轴承都因为磨损而永久失效。
你的工作是要检测出早期症状并估计故障的严重程度。
振动分析和磨损颗粒分析都是很好的诊断方法。
1、频谱特征故障轴承会产生与1X基频倍数不完全相同的振动分量——换言之，它们不是同步的分量。
对振动分析人员而言，如果在振动频谱中发现不同步分量那么极有可能是轴承出现故障的警告信号。
振动分析人员应该马上诊断并排除是否是其它故障引起的这些不同步分量。
如果看到不同步的波峰，那极有可能与轴承磨损相关。
如果同时还有谐波和边频带出现，那么轴承磨损的可能性就非常大——这时候你甚至不需要再去了解轴承准确的扰动频率。
2、扰动频率计算有四个与轴承相关的扰动频率：球过内圈频率（BPI）、球过外圈频率（BPO）、保持架频率（FT）和球的自旋频率（BS）。
轴承的四个物理参数：球的数量、球的直径、节径和接触角。
其中，BPI 和BPO的和等于滚珠/滚柱的数量。
例如，如果BPO等于3.2 X，BPI等于4.8 X，那么滚珠/滚柱的数量必定是8。
轴承扰动频率的计算公式如下：注意：BS的值可能会加倍，因为所给的公式针对的是球撞击内圈或外圈的情况。
如果有庇点的滚球/滚柱同时撞击内圈和外圈，那么其频率值应该加倍。
需要说明的是由于受到各种实际情况如滑动、打滑、磨损、轴承各参数的不精确（如直径可能不完全精确）等的影响，我们所计算出来的频率值可能会与真实值有小范围的差异。
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。
常见故障频谱分析
2020年4月
目录
1
典型故障识别
二2、
典型频谱分析
三3、
案例介绍
2
一、典型故障识别
1X频以下：轴承保持架、油膜涡动、紊流、低频响应 1X-10X频：
－不平衡，1X －不对中，1X，2X －轴弯曲，1X，2X －松动，1X－10X －叶片通过频率，叶片数X工频 大于10X频：
动相位差为180度。（此类振动是由于地脚螺栓、胎板或水泥浆松动引起，会产生1倍频的振
6
三、松动
3、轴承座松动
二、典型频谱分析
特征：径向1X、2X和3X波峰。
频谱有上显示1X，2X和3X处有振动分量，但通常没有其它谐波，在严重的情况下还会有0.5X 的的波峰。相位也被用来辅助识别这种故障。轴承和基础间有180度的相位差
结构设计不合理 制造和安装误差 材质不均匀 转子的腐蚀、磨损、结垢 零部件的松动及脱落
不同原因引起的转子不平衡故障规律接近，但各有特点，在分析时 需仔细了解设备运行历史
6
二、不对中
1、平行不对中
二、典型频谱分析
特征：径向2X波峰，径向1X低幅波峰（垂直或水平方向上）。
如果不对中轴的中心线平行但不共线，这样的不对中称为平行不对中（或相离不对中）。平 行不对中在各个轴的联结端产生剪切应力和弯曲变形。联轴器两端的轴承，会在径向（垂直 和水平方向上）上产生高强度的1X和2X振动。在多数情况下，2X处的幅度要高于1X。对于单 纯的平行不对中，轴向上1X和2X处的振幅都很小。沿联轴器检测到的振动在轴向和径向上异 相，并且轴向上的相位差为180度。
6
二、典型频谱分析 四、共振、轴弯曲、偏翘轴承
1、共振
特征：频谱中通常只在一个方向有“峰丘”出现。
基于时域和频域分析的滚动轴承故障诊断
基于时域和频域分析的滚动轴承故障诊断一、本文概述随着工业技术的不断发展，滚动轴承作为旋转机械中的关键部件，其运行状态直接影响到设备的性能与安全性。
然而，由于工作环境的恶劣、长时间运行以及维护不当等因素，滚动轴承常常会出现各种故障，如疲劳剥落、磨损、裂纹等。
这些故障不仅会降低设备的运行效率，还可能引发严重的安全事故。
因此，对滚动轴承进行故障诊断技术的研究具有重要意义。
本文旨在探讨基于时域和频域分析的滚动轴承故障诊断方法。
文章将简要介绍滚动轴承的工作原理及其常见故障类型，为后续的分析和诊断奠定基础。
然后，重点阐述时域分析和频域分析的基本原理及其在滚动轴承故障诊断中的应用。
时域分析主要关注轴承振动信号的时序特征，通过提取信号中的幅值、相位、频率等信息，揭示轴承的运行状态。
而频域分析则通过对信号进行频谱转换，分析轴承在不同频率下的振动特性，进一步识别潜在的故障特征。
通过结合时域和频域分析，本文旨在提供一种全面、有效的滚动轴承故障诊断方法。
这种方法不仅能够准确识别轴承的故障类型，还能对故障程度进行定量评估，为设备的维护和管理提供有力支持。
本文还将对现有的故障诊断方法进行比较和评价，探讨各种方法的优缺点及适用范围，为相关领域的研究和实践提供参考和借鉴。
二、滚动轴承故障类型及原因滚动轴承作为机械设备中的重要组成部分，其运行状态直接影响到整个设备的性能和稳定性。
因此，对滚动轴承的故障诊断至关重要。
滚动轴承的故障类型多种多样，主要包括疲劳剥落、磨损、腐蚀、裂纹和塑性变形等。
这些故障的产生往往与多种因素有关，如材料质量、制造工艺、运行环境、操作维护等。
疲劳剥落是滚动轴承最常见的故障类型之一，主要是由于轴承在循环应力作用下，材料表面发生疲劳破坏，形成剥落坑。
疲劳剥落的原因主要包括轴承材料的疲劳强度不足、循环应力过大、润滑不良等。
磨损是轴承在运行过程中，由于摩擦力的作用导致材料逐渐损失的现象。
磨损的原因主要包括润滑不良、异物侵入、材料耐磨性不足等。
基于时频分析方法的滚动轴承故障诊断
基于时频分析方法的滚动轴承故障诊断引言滚动轴承作为机械设备中重要的零部件，一旦出现故障会给机械设备带来严重影响，甚至造成事故。
因此，及早发现和诊断滚动轴承的故障就显得非常重要。
目前，基于时频分析方法的滚动轴承故障诊断成为工业界和研究领域的热门话题。
本文将介绍基于时频分析方法的滚动轴承故障诊断技术。
一、时频分析方法基于时频分析方法是一种在时间和频率域中同时分析信号的方法。
它能够准确地反映信号在时间和频率上的变化规律，对于复杂信号的分析有很好的效果。
时频分析方法的主要思想是将信号在不同时间上分解为一系列窄带信号，并计算这些信号在频域上的功率谱密度。
常用的时频分析方法有短时傅里叶变换（Short-Time Fourier Transform, STFT）、小波变换（Wavelet Transform, WT）等。
二、滚动轴承的故障特征滚动轴承的故障通常表现为以下几种特征：（1）局部损伤。
轴承表面出现磨痕、划痕、龟裂等现象。
（2）疲劳裂纹。
因长时间使用或负载过高造成轴承材料疲劳、塑性变形等现象，导致轴承出现裂纹。
（3）卡滞。
轴承在旋转过程中无明显的摩擦或滚动。
（4）松动。
轴承内部零件出现松动现象。
（5）内部故障。
包括球、滚道和保持架的断裂、脱落等。
以上故障通常表现为轴承内部振动信号的变化。
因此，我们可以通过对轴承振动信号的时频分析来判断轴承是否存在故障。
三、基于时频分析方法的滚动轴承故障诊断滚动轴承振动信号的瞬时频率在动态过程中会发生变化。
因此，利用短时傅里叶变换或小波变换对滚动轴承振动信号进行时频分析，可以得到滚动轴承振动信号的时频谱图。
时频谱图反映了振动信号在时间和频率上的变化规律。
对于滚动轴承，其正常工作状态下，其振动信号的时频谱图呈现出周期性的结构，与机械设备的旋转周期一致。
而当滚动轴承出现故障时，其时频谱图则会出现不规则的结构。
例如，当滚动轴承表面出现局部损伤时，时频谱图中将显示出一系列高幅值的谱线，这些谱线与轴承旋转周期不一致。
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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。
轴承故障继续恶化，调制继续，影响愈来愈大，直至频谱 变为 1X 转速频率的谐波频率。
对于有摆动滚动体的自位双列轴承可产生两组轴承故障频 率（a）仅内环或外环的一侧，用单列的滚子计算故障频率， （b）如果缺陷出现在轴承外环或轴承内环的两侧，则用滚 动体总数目来计算故障频率。
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G-SE 3.0+ 1.50-2.99 .80-1.49 .40-.75 .20-.39 .01-.19
危险 （停机）
非常粗糙 （报警）
粗糙 （报警）
清晰 （可接受）
良好 （可接受）
平滑 （可接受）
HFD SPM
轴承部件的自振频率：频率范围 500~2000HZ，轴承零部件受
到冲击时，以它们的自振频率“瞬时扰动”。在滚动轴承中，滚动
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仅从频谱中难以诊断一个滚动体在轴承内环上一个单个故 障，因为其幅值往往非常小，并且在计算的故障频率处看 不到离散的谱线，为此除了振动频谱本身之外，还应研究 时域波形。
在滚动轴承中，存在转速谐波频率时，它们可能是轴承在 轴上松动或在轴承座中松动的信号，或者更重要的是它们 可能是轴承在轴上旋转或在轴承座中旋转的信号。
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率的边带，它与幅值无关，对于这种轴承应尽快更换掉。 评定转速低于 250RPM 机器的轴承状态：目前已经成功地
评定转速低达 1.5RPM 的滚动轴承，主要取决于分析仪和 传感器。对于转速在 120RPM 以下的频率不能把振动加速 度信号积分到振动速度，否则会对振动幅值有较大的压缩。 加速度一次积分为速度，速度一次积分为位移。目前最通 用的加速度计的响应频率约在 5~10000HZ。对于不同级别 的转速规定振动幅值的报警值是不一样的，例如 120RPM 和 1200RPM，因为在大型低速机器上 1X 转速频率和轴承 故障频率本身的幅值比较小，引起 1X 频率的不平衡力随 转速的平方变化，所以 1X 频率幅值也比较小。因此对于 低速机器规定频谱报警带，必须把他们规定得比高级别转 速 1200RPM 的机器的报警幅值低，最好的办法就是捕捉 实际数据，并进行总量和各频率带的幅值的统计分析来确 定。在转速 20~100RPM 是可以使用 FFT 和时域波形来分 辨故障，时域波形更清晰反映故障。当转速为 1~20RPM 时，FFT 基本上检测不到故障信号，而时域波形仍然能够 反映轴承故障。最佳采样时间的确定，如果 1 秒/转，为采 集到轴承的故障频率，应规定采样时间 2~4 秒的采样时间 tMAX，除采集 FFT 谱之外，还应采集时域信号。如果机 器以 10 转/分（6 秒/转）的转速转动，则应采用约 12~24 秒的采样时间（tMAX），则采用时间应设置得比较长，而
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1 对于滚动轴承不能只依赖振动总量来精确评估滚动轴承的状 态 ， 也 不 能 完 全 依 赖 超 声 频 带 测 量 ： 振 动 尖 峰 能 量 （ Spike Energy）、高频加速度（High Frequency Acceleration-HFD）、 冲击脉冲（Shock Pules－SPM）。只有将超声测量与振动特征 信号分析结合使用才是最好的评定轴承的状态。
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轴承保持架故障频率出现的位置：传统上认为滚动轴承的 故障频率都是高频故障，但是轴承保持架的故障频率并非 如 此 ， 一 般 在 0.33X~0.48X 范 围 ， 精 确 的 范 围 在 0.35X~0.45X 之间。通常保持架故障频率不以基频出现， 往往以边带形式出现在 BSF 两侧，或以差频形式出现在 BPOR、BPIR 两侧。
滚子挤压内外环，产生内外环故障频率。推力轴承反向安
装会产生内外环故障频率，且幅值较高，甚至更高。
不良的轴承润滑产生的频率：其频率范围为 900~1600HZ，
这个频率范围是轴承的自振频率范围。在 5000~8000RPM
频率范围是用来检查润滑好坏的频率范围，在同一轴承座
上测得高的振动尖峰能量（或相当的量）的话，如果在支
承这同一根轴的其它轴承上既不存在高的振动尖峰能量
值，也没有这些频率分量的频谱，则更充分证明润滑不良
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的故障。可以加大润滑，12~24 小时后检查这些超声能量 是否消失，若消失则更能证明这一点。 所谓“当量轴承”的轴承频率（AFBMA）：其等价轴承可能包 含多种轴承，其故障频率也是多样的。 电机内轴承中由电气引起的槽的故障：在实验中，发现仅 0.4~0.5V 电压通过轴承，便可产生明显的损坏。另外，有 电气的槽的故障时“一个出现在 40000~60000RPM 之间的 与任何轴承故障频率不匹配的尖峰，往往已经有最大缺陷 的轴承内环或轴承外环的边带伴随在这个尖峰的两侧。这 是我们日常可以识别电气的槽的故障的一种方法，除此之 外可以通过空载或正常负荷听声音来判断轴承恶化，声音 变大，并变得深沉”。高频信号一般不易传递，所以在采集 时尽量靠近轴承。解决槽故障的方法是采用绝缘套或安装 碳刷。 和频和差频：一个部件故障→故障恶化→引起其它部件故障→ 其它部件故障频率出现。频率之间相互加和减，绝不会只产生 某个故障频率的基频。故障出现时，这个故障频率可能成为其 它已经存在频率的边带形式出现。例如，轴承保持架故障频率 -FTF，通常不会以约 0.35X~0.45X 转速频率的基频出现，而是 BSF、BPOR、BPIR 故障频率的边带，甚至可以与其它振源调 制成新的频率。以下是和频和差频一些重要的因素和特征： BSF 一般不以基频或谐波出现，而以其它频率的边带出现。
滚珠或滚棒产生的故障频率：当出现 BSF 时，一般也会有 FTF 出现。
轴承保持架断裂时，可能出现滚动体旋转故障频率，但此 时滚动体未必出现故障，因为可能是保持架铆接处断裂， 滚动体正在强烈推动保持架。
滚动体故障时会产生 Nb×X 频率（无论多少个滚动体产生 的故障）。
轴承故障频率允许的振动：对于这个没有绝对的答案，与 转速、机器、振动传递的通道有关。如果转速低，即使故 障频率的幅值很低，都可能损坏很严重了。 对于前面两种情况，仅针对存在单个故障频率（没有某个 故障频率的谐波分量）。对于 BPIR、BPOR 存在故障频率 的谐波，同时有 1X 边带或其它故障频率的边带，说明轴 承潜在严重故障。 指示轴承磨损严重的最重要的东西就是存在轴承故障频率 的谐波频率，尤其是伴有 1X 转速边带或轴承其它故障频
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且采样为 800 条谱线的 FFT 谱，而不是 400 线 FFT 谱。
对于转速非常低的机器如何确定采样谱线数？
检测轴承故障频率，传感器的位置应放置在何处：尽可能
靠近轴承的承载区，尤其是承受径向载荷的轴承（滚珠、
棍棒），否则其信号强度的影响可达 100%。 如果只知道滚动体的数目，近似表示轴承的故障频率：
FTF
≈
⎜⎜⎝⎛
1 2
−
1.2 Nb
⎟⎟⎠⎞ ×
RPM
BSF
≈
1 2
×
⎜⎛ ⎜⎝
Nb
2
−
1.2
Nb
⎟⎞ ⎟⎠
×
RPM
BPOR
≈
⎜⎜⎝⎛
N
2
b
− 1.2 ⎟⎟⎠⎞
×
RPM
BPIR
≈
⎜⎜⎝⎛
N
2
b
+ 1.2⎟⎟⎠⎞
×
RPM
N b =Number of Balls or Rollers
不合适的轴承载荷和安装的检测：轴承与轴承座过盈配合，
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如果在轴承外环或轴承内环上存在一个单一的故障，则将 只出现一个单一的轴承外环或轴承内环故障频率（BPOR 或 BPIR），如果其周围出现多个故障时，将出现这个轴承 外环或轴承内环故障频率（BPOR 或 BPIR）的许多谐波频 率。