轴承振动特征分析含轴承故障特征频率特点及计算共70页
轴承振动特征分析
轴承振动特征分析轴承是机械设备中常用的关键元件之一，其质量和工作状态对设备的性能和寿命有着重要的影响。
轴承振动特征分析是评估轴承工作状态和健康状况的重要手段，可以通过振动信号的分析和处理，获取轴承正常和异常工作状态的特征参数，从而判断轴承是否存在异常故障。
1.轴承振动信号采集与分析：通过安装合适的振动传感器（如加速度计、速度计等）在轴承或设备上采集振动信号，并进行信号分析和处理。
常用的分析方法包括时域分析、频域分析和时频域分析等。
在时域分析中，可以观察到振动信号的波形特征，如振幅和频率的变化；在频域分析中，可以通过傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，进而分析信号的频谱特征，如频率和幅值的分布；在时频域分析中，可以结合时域和频域的特点，利用小波分析等方法研究信号的瞬态特性和频率特性。
2.轴承故障诊断与判定：通过对轴承振动信号的分析，可以判断轴承是否存在故障，如内圈和外圈的裂纹、滚道的磨损、滚珠的损坏等。
常见的故障特征参数包括峰值、峰值因子、峭度、波形指标、频谱指标等。
例如，当轴承存在内圈裂纹时，振动信号会出现高频峰值，而当存在滚珠损坏时，振动信号会出现冲击信号等。
通过识别和提取这些故障特征参数，可以进行故障类型的判定和诊断。
3.轴承故障预测与预警：根据轴承振动信号的变化规律，可以对轴承的剩余寿命进行预测和评估，从而提前进行维修和更换。
常见的预测方法包括统计模型、神经网络模型、遗传算法等。
通过对大量实际运行数据的分析和建模，可以建立轴承故障预测模型，根据振动信号的变化趋势和特征参数的变化情况，预测轴承的寿命和故障时间，提前进行维修和预防措施，以降低故障风险和成本损失。
4.轴承振动特征分析的应用与发展：轴承振动特征分析已经广泛应用于各个领域，如机械制造、航空航天、电力、石油化工等，对轴承的安全运行和性能提升起到了重要的作用。
未来，随着传感技术、智能化技术等的发展，轴承振动特征分析将更加精细化和自动化，可以实时监测和分析轴承的振动信号，提前预警故障风险和进行状态评估，从而实现设备的智能化管理。
轴承振动特征分析
06 结论与建议
结论总结
轴承故障诊断的准确性得 到提高
通过分析振动信号，可以更准确地判断轴承 的运行状态，及时发现潜在的故障。
故障模式识别更加明确
振动特征分析有助于识别轴承的故障模式，如内圈 、外圈或滚动体的故障，为后续的故障原因分析和 修复提供依据。
定量评估轴承性能
通过分析振动信号的频谱、幅值等信息，可 以对轴承的性能进行定量评估，为轴承的维 护和更换提供决策依据。
原因
主要包括轴承座刚度不足、安装 不良、基础松动等。
振动特征分析方法
通过频谱分析、波形分析、轴心 轨迹分析等方法，对轴承座的振 动信号进行采集、处理和分析， 提取出轴承座的振动特征。
实例分析结果
轴承座的振动特征主要表现为低 频振动信号，其频率与轴承座的 结构和基础有关，通过分析这些 特征可以判断轴承座的工作状态 和故障类型。
轴承振动概述
轴承振动是指轴承在运转过程中产生的振动 现象，其产生的原因主要包括轴承内部元件 的相互作用、轴承座的不稳定以及外部激励 等。
轴承振动特征分析主要通过采集轴承的 振动信号，利用信号处理技术提取特征 ，进而对轴承的工作状态进行评估。
轴承振动通常采用振动烈度来描述， 其评价指标包括加速度、速度和位移 等。
02 轴承振动产生的原因
制造误差
材料不均匀
轴承材料内部存在不均匀性，导 致在运转过程中受力不均，引起 振动。
热处理不当
轴承的热处理工艺不佳，导致材 料内部存在残余应力，在运转过 程中产生振动。
装配误差
安装位置不准确
轴承在安装过程中位置不准确，导致运转过程中受力不均， 引起振动。
装配间隙不当
轴承的装配间隙过小或过大，都会影响轴承的正常运转，产 生振动。
滚动轴承常见故障及其振动信号特征
滚动轴承常见故障及其振动信号特征轴承长时间未使用或者存储环境不良会导致轴承表面生锈,进而引发轴承锈蚀故障。
另外,轴承在工作过程中也可能因为润滑不良或者介质腐蚀等原因产生锈蚀现象。
1.6胶合轴承在长期运行过程中,可能会因为润滑不足或者介质污染等原因导致轴承内部的胶合现象。
胶合现象会导致轴承的滚动体和滚道之间失去滚动性能,从而引发轴承故障。
2轴承故障检测方法轴承故障检测的方法主要包括视觉检测、声音检测、振动检测、温度检测和油液检测等。
其中,振动检测是最常用的一种方法。
轴承在故障发生时会产生特定的振动信号,通过对振动信号进行分析可以判断轴承是否发生故障,并确定故障的类型和程度。
3轴承故障的振动信号特征轴承故障时产生的振动信号具有一定的特征,不同类型的故障会产生不同的振动信号特征。
常见的轴承故障振动信号特征包括频率、振幅、相位和波形等。
通过对这些特征的分析,可以准确地判断轴承的故障类型和程度,并采取相应的维修措施。
总之,对轴承故障的诊断和维修具有重要意义。
通过本文对轴承常见故障形式、故障检测方法和振动信号特征的分析,可以帮助工程师更好地诊断和处理轴承故障,提高设备的运行效率和安全性。
轴承锈蚀的原因之一是水分侵入。
当轴承停止工作时，温度下降，空气中的水分容易在轴承表面凝结成水珠，如果不及时清理，就会引起轴承锈蚀。
另外，保护不当也会使水分直接进入轴承，导致轴承锈蚀。
在高速高负荷和润滑不足的情况下，轴承部件会迅速升温，摩擦产生的热量能引起轴承部件接触的金属表面相互粘接，这种现象称为胶合。
轴承滚子和滚道相对运动产生的挤压力和侵入轴承滚道的杂物也会引起轴承表面的磨损。
磨损会增大轴承的游隙，降低运转精度，增加工作噪音。
常见的滚动轴承故障检测方法包括油样分析法、温度监测法、声发射法和振动法。
油样分析法通过分析轴承润滑油中的金属颗粒来判断轴承的运转状况。
温度监测法通过监测轴承附近部件的温度来观测轴承是否正常运转。
声发射法可以通过分析发声周期来判断故障类型和部位。
滚动轴承的振动信号特征分析报告
南昌航空大学实验报告课程名称：数字信号处理实验名称：滚动轴承的振动信号特征分析实验时间： 2013年5月14日班级： 100421学号： **********：***成绩：滚动轴承的振动信号特征分析一、实验目的利用《数字信号处理》课程中学习的序列运算、周期信号知识、DFT 知识，对给定的正常轴承数据、内圈故障轴承数据、外圈故障轴承数据、滚珠故障轴承数据进行时域特征或频域特征提取和分析，找出能区分四种状态（滚动轴承的外圈故障、内圈故障、滚珠故障和正常状态）的特征。
二、实验原理振动机理分析：机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。
振动的幅值、频率和相位是振动的三个基本参数，称为振动三要素。
幅值：幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。
频率：不同的频率成分反映系统内不同的振源。
通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源，采取相应的措施。
相位：振动信号的相位信息十分重要，如利用相位关系确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪等。
对于复杂振动的波形分析，各谐波的相位关系是不可缺少的。
在振动测量时，应合理选择测量参数，如振动位移是研究强度和变形的重要依据；振动加速度与作用力或载荷成正比，是研究动力强度和疲劳的重要依据；振动速度决定了噪声的高低，人对机械振动的敏感程度在很大频率范围内是由速度决定的。
速度又与能量和功率有关，并决定动量的大小。
提取振动信号的幅域、时域、频域、时频域特征，根据特征进行故障有无、故障类型和故障程度三个层次的判断。
三、 实验内容Step1、使用importdata （）函数导入振动数据。
Step2、把大量数据分割成周期为单元的数据，分割方法为：设振动信号为{x k }(k =1,2,3,…,n )采样频率为f s ，传动轴的转动速率为V r 。
采样间隔为：1st f ∆= （1）旋转频率为：60rr V f =（2）传动轴的转动周期为：1r T f = （3）由式（1）和（3）可推出振动信号一个周期内采样点数N ：11s r r sf f TN t f f ===∆ （4） 由式（2）可得到传动轴的转动基频f r =29.95Hz ，再由式（3）可得到一个周期内采样点数N=400.67，取N =400。
滚动轴承的振动及其故阵特征
滚动轴承的振动及其故阵特征滚动轴承的振动及其故阵特征滚动抽承的时域波形特征(1)正常情况下，滚动轴承的振动时域波形从图中可以看出，其波形有两个特点:一是无冲击，二是变化慢。
(2)轴承元件发生异常时，就会产生冲击脉冲振动:冲击脉冲周期为基阶故障特征频率的倒数。
冲击脉冲宽度在As数量级，它将激起系统或结构的高频响应(固有振动)，响应水平取决于系统或结构的固有频率及阻尼的大小.轴承损伤引起的振动响应及其频率。
每组图中.上图为损伤引起的冲击脉冲，中间图形为冲击脉冲产生的振动，下图反映了损伤的特征频率.对于内环，由于轴承径向间隙的存在，很据损伤和滚动体发生冲击的位里，响应振粗会受到调制，其调制波的频率为轴的旋转频率fr和振动体的公转频率f二其中最主要的还是通过频率对固有频率的脉冲调制。
对于外环。
由于损伤处的位置与承载方向之间的位置关系是一定的，故无振幅调制现象.对于滚动体，它与内环情况相当。
其调制波的频率为fM.(3)轴承偏心引起的振动:当轴承内环严重磨搅或开裂时，轴的中心(即内环中心)便以外环中心为中心作振动。
(4)滚动体的非线性伴生振动:滚动轴承靠滚道与滚动体的弹性接触来承受载荷.因此具有“弹簧”的性质。
这个“弹簧”的刚性很大，当润滑状态不良时.就会出现非线性弹簧性质的振动.轴向非线性伴生振动频率为轴的旋转频率f,，分数谐波要f,I…及其高次谐波2f, 3f, 而径向非线性伴生振动是Zf，的各次谐波及f.的分数谐波成分。
(5)不同轴引起的振动:当两个轴承不对中，轴承装配不良等都会引起低频振动。
幅值城中的概率密度特征滚动轴承正常时和发生剥落损伤时轴承振动信号的幅值概率密度分布。
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。
显然，根据上述轴承的各种振动特征，不但有可能判别运转中的轴承是否已出现故降，而且可进一步判断故障的类型及故降发生的元件.滚动轴承故障诊断方法目前，用于滚动轴承监测和诊断的方法很多，本节卞要讨论利用振动信号对其进行监侧的方法。
轴承故障频谱特征
轴承故障频谱特征
轴承故障频谱特征一般来说分为三个阶段：
1.初始阶段：温度正常，噪声和振动速度正常，但尖峰能量开始增加，反映轴承故障的初始阶段。
2.第二阶段：温度略升高，噪声略有增大，振动速度总量略有增加，但频谱变化不明显，尖峰能量有大的增加。
3.第三阶段：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。
此外，保持架故障频率一般不以基频出现，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。
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，因为可能是保持架钾接处断裂。
滚动轴承的故障分析-振动
• 2. 由滚动轴承的运动副引起的振动
当轴承运转时，滚动体便在内外圈之间滚动。轴承的滚 动表面虽加工得非常平滑，但从微观来看，仍高低不平，特 别是材料表面产生疲劳斑剥时，高低不平的情况更为严重。 滚动体在这些凹凸面上转动，则产生交变的激振力。所产生 的振动，既是随机的，又含有滚动体的传输振动，其主要频 率成分为滚动轴承的特征频率。 滚动轴承的特征频率 特征频率(即接触激发的基频)，完全可以根 特征频率 据轴承元件之间滚动接触的速度关系建立的方程求得。计算 的特征频率值往往十分接近测量数值，所以在诊断前总是先 算出这些值，作为诊断的依据。
由于轴的空间位置波动，也必然影响齿轮等零件的 振动。滚动轴承故障在某种条件下（如轻载、空载）也会 在齿轮啮合频率的振幅升高中反映出来。因此其特征为齿 特征为齿 轮啮合频率的边频很微弱，几乎看不见。 轮啮合频率的边频很微弱
7．3 滚动轴承信号分析方法
轴承故障信号的拾取实际上是传感器及安装部位和 感应频率段的选择。传感器的安装部位往往选择轴承座部 感应频率段的选择 位，并按信号传动的方向选择垂直、水平、轴向 垂直、 垂直 水平、轴向布置。这 里距故障信号源最近，传输损失最小，也是轴、齿轮等故 障信号传输路径必经的最近位置。所以几乎所有的在线故 障监测与诊断系统都选择轴承座作为传感器的安装部位。
图7—3 向心推力球轴承结构简图 （内圈旋转，外圈固定）
1 d (1 + cos β ) f 1 2 D z d • 5） 滚动体通过内圈频率ƒ5： f 5 = zf 4 = (1 + cos β ) f1 2 D z d f 6 = zf 2 = (1 − cos β ) f1 • 6） 滚动体通过外圈频率ƒ6： 2 D
利用低频段信号诊断轴承故障的要点
滑动轴承、滚动轴承振动故障症状特征分析与解决处理方法(图文并茂详解)
滑动轴承、滚动轴承振动故障症状特征分析与解决处理方法（图文并茂详解）一、滚动轴承症状特征：（一）、滚动轴承故障发展的第一阶段症状特征：1、超声波频率范围(>250K赫兹) 内的最早的指示；2、利用振动加速度包络技术（振动尖峰能量gSE）可最好地评定频谱。
（二）、滚动轴承故障发展的第二阶段症状特征：1、轻微的故障激起滚动轴承部件的自振频率振动。
2、故障频率出现在500-2000赫兹范围内。
3、在滚动轴承故障发展第二阶段的末端，在自振频率的左右两侧出现边带频率。
（三）、滚动轴承故障发展的第三阶段症状特征：1、出现滚动轴承故障频率及其谐波频率。
2、随着磨损严重出现故障频率的许多谐波频率，边带数也增多。
3、在此阶段，磨损可以用肉眼看见，并环绕轴承的圆周方向扩展。
（四）、滚动轴承故障发展的第四阶段症状特征：1、离散的滚动轴承故障频率消失，被噪声地平形式的宽带随机振动取代之。
2、朝此阶段末端发展，甚至影响1X转速频率的幅值。
3、事实上，高频噪声地平的幅值和总量幅值可能反而减小。
二、滑动轴承症状特征：（一）、油膜振荡不稳定性症状特征：1、如果机器在2X转子临界转速下运转，可能出现油膜振荡。
2、当转子升速到转子第二阶临界转速时，油膜涡动接近转子临界转速，过大的振动将使油膜不能支承轴。
3、油膜振荡频率将锁定在转子的临界转速。
4、转速升高，油膜涡动频率也不升高。
（二）、油膜涡动不稳定性症状特征：1、通常出现在旋转转速的42-48%频率范围内。
2、有时，振动幅值非常大油膜涡动是固有不稳定的，因为它增大离心力，所以增大涡动力。
（三）、滑动轴承磨损/间隙故障症状特征：1、滑动轴承磨损故障后阶段将产生幅值很大的旋转转速频率的谐波频率振动。
2、当存在过大的滑动轴承间隙时，很小的不平衡或不对中将导致很大幅值的振动。