滚动轴承故障诊断与失效分析杜新定
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如果机器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 靠，机器实际寿命会接近其设计寿命。然而，大多数情 况都没有做到这些。因此有很多轴承都因为磨损而永久 失效。振动分析和磨损颗粒分析是很好的诊断方法。
11
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。应通过 振动分析诊断并排除是否是 其它故障引起的这些不同步分量。
应用范围：适用于旋转轴外露的场合。
7
光纤监测诊断技术 （四）
光纤监测是一种直接从轴承套圈表面提取信号的诊断技 术。用光导纤维束制成的位移传感器包含有发射光纤束 和接收光纤束。光线由发射光纤束经过传感器端面与轴 承套圈表面的间隙反射回来，由接收光纤束接收，经光 电元件转换成电信号，通过对电信号的分析处理，可对 轴承工况作出评估。
特点：诊断简单；对轴承烧伤判断效果较好。 应用范围：适用于机器中轴承的简单常规诊断 .
9
声发射诊断技术（六）
金属材料由于内部晶格的位错、晶界滑移或者由 于内部裂纹的发生和发展，均需要释放弹性波， 这种现象称为声发射现象。滚动轴承产生剥落或 裂纹时，会产生不同类型的声发射信号，据此可 对轴承工况作出评估。
5
铁谱诊断技术 （二）
轴承磨损颗粒与其工作状况有密切的联系。将带 有磨损颗粒的润滑油通过一强磁场，在强磁场的 作用下，磨粒按一定的规律沉淀在铁谱片上，铁 谱片可在铁谱显微镜上作定性观察或在定量仪器 上测试，据此判断轴承的工作状况。
特点：机器无需解体；投资低，效果好；能发现 轴承的早期疲劳失效；可做磨损机理研究。
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。
12
滚动轴承振动的基本参数
轴承的四个物理参数：球的数量、球的直径、节径和接触 角。
接触角的定义:指滚动体与滚道接触区中点处,滚动体载荷 向量与轴承径向平面之间的夹角.按此定义支力轴承的接触 角为0,止推轴承的接触角为90
13
轴承扰动频率
有四个与轴承相关的扰动频率：球过内圈频率（fi）、 球过外圈频率（fc）、保持架频率（FT）和球的自旋频 率（fb）。其中fi 和fc的和等于滚珠/滚柱的数量。例如， 如果fi等于3.2 X， fc等于4.8 X，那么滚珠/滚柱的数量 必定是8。
fb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。
18
轴承失效的九个阶段(第四阶段)
随着故障的发展，故障频率将产生谐波。这表明 发生了一定程度的冲击。故障频率的谐波有时可 能会比基频波峰更早被发现。因此，我们首先要 查找频谱中的非同步波峰，并查证是否有谐波。 对应的时域波形中同时也会出现冲击脉冲的显示。
16
轴承失效的九个阶段(第二阶段)
由于轴承上的庇点增大，使它在轴承固有频率处 发出铃叫声。同时固有频率周围还出现边频带。
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轴承失效的九个阶段(第三阶段)
出现轴承故障频率。开始的时候我们只能观察到这个 频率本身。图中所示为轴承内圈故障时的频谱显示。当 轴承磨损进一步加剧后，在故障频率（例子中的BPI） 处的波峰值将会升高。大多数情况下波峰值将随着时间 线性增加。
1
滚动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ承的故障诊断
2
概述
旋转机械是设备状态监测与故障诊断工作的重点， 而旋转机械的故障有相当大比例与滚动轴承有关。 滚动轴承是机器的易损件之一，据不完全统计， 旋转机械的故障约有30％是因滚动轴承引起的， 由此可见滚动轴承故障诊断工作的重要性。
3
滚动轴承故障诊断技术的分类
滚动轴承的故障诊断技术主要有振动诊断技术、 铁谱诊断技术、温度诊断技术、声学诊断技术、 油膜电阻诊断技术和光纤监测诊断技术等，其中， 振动、铁谱、温度诊断技术应用最普遍。
应用范围：适用于用润滑油润滑的轴承的故障诊 断，对于用脂润滑的轴承较困难。
6
油膜电阻诊断技术 （三）
润滑良好的轴承，由于油膜的作用，内、外圈之 间有很大的电阻。故通过测量轴承内、外圈的电 阻，可对轴承的异常作出判断。
特点：对不同的工况条件可使用同一评判标准。 对表面剥落、压痕、裂纹等异常的诊断效果差。
特点：光纤位移传感器灵敏度高；直接从轴承表面提取 信号，提高了信噪比；可直接反映滚动轴承的制造质量、 表面磨损程度、载荷、润滑和间隙情况。
应用范围：适用于可将传感器安装在轴承座内的机器。
8
温度诊断技术 （五）
轴承若产生某种异常，轴承的温度会发生变化。 因此，根据温度的变化，可以对轴承故障进行诊 断，但对异常判断的能力很低。
4
振动诊断技术(一)
轴承元件的工作表面出现疲劳剥落、压痕或局部 腐蚀时，轴承运行中会出现周期性的脉冲信号。 这种周期性的信号可有安装在轴承座上的传感器 （速度型或加速度型）来接收，通过对振动信号 的分析来诊断轴承的故障。
特点：振动诊断技术应用广泛；可实现在线监测； 诊断快，诊断理论已成熟。
应用范围：特别适合旋转机械中轴承的故障监测。
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。
14
轴承扰动频率的计算公式
15
轴承失效的九个阶段(第一阶段)
在轴承失效的最初阶段，其频率范围大约在20 KHz～60 KHz之间或更高。有多种电子设备可 以用来检测这些频率，包括峰值能量、 HFD、 冲击脉冲、 SEE等超音波测量装置。在这个阶段， 普通的频谱上不会出现任何显示。
特点：诊断快速、简便；可在线监测。 应用范围：近几年来发展的新技术，在轴承工况
监测中应用较少 .
10
滚动轴承振动故障诊断技术
滚动轴承是机器中最精密的部件，通常它们的公差都保 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。
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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。应通过 振动分析诊断并排除是否是 其它故障引起的这些不同步分量。
应用范围：适用于旋转轴外露的场合。
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光纤监测诊断技术 （四）
光纤监测是一种直接从轴承套圈表面提取信号的诊断技 术。用光导纤维束制成的位移传感器包含有发射光纤束 和接收光纤束。光线由发射光纤束经过传感器端面与轴 承套圈表面的间隙反射回来，由接收光纤束接收，经光 电元件转换成电信号，通过对电信号的分析处理，可对 轴承工况作出评估。
特点：诊断简单；对轴承烧伤判断效果较好。 应用范围：适用于机器中轴承的简单常规诊断 .
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声发射诊断技术（六）
金属材料由于内部晶格的位错、晶界滑移或者由 于内部裂纹的发生和发展，均需要释放弹性波， 这种现象称为声发射现象。滚动轴承产生剥落或 裂纹时，会产生不同类型的声发射信号，据此可 对轴承工况作出评估。
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铁谱诊断技术 （二）
轴承磨损颗粒与其工作状况有密切的联系。将带 有磨损颗粒的润滑油通过一强磁场，在强磁场的 作用下，磨粒按一定的规律沉淀在铁谱片上，铁 谱片可在铁谱显微镜上作定性观察或在定量仪器 上测试，据此判断轴承的工作状况。
特点：机器无需解体；投资低，效果好；能发现 轴承的早期疲劳失效；可做磨损机理研究。
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。
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滚动轴承振动的基本参数
轴承的四个物理参数：球的数量、球的直径、节径和接触 角。
接触角的定义:指滚动体与滚道接触区中点处,滚动体载荷 向量与轴承径向平面之间的夹角.按此定义支力轴承的接触 角为0,止推轴承的接触角为90
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轴承扰动频率
有四个与轴承相关的扰动频率：球过内圈频率（fi）、 球过外圈频率（fc）、保持架频率（FT）和球的自旋频 率（fb）。其中fi 和fc的和等于滚珠/滚柱的数量。例如， 如果fi等于3.2 X， fc等于4.8 X，那么滚珠/滚柱的数量 必定是8。
fb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。
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轴承失效的九个阶段(第四阶段)
随着故障的发展，故障频率将产生谐波。这表明 发生了一定程度的冲击。故障频率的谐波有时可 能会比基频波峰更早被发现。因此，我们首先要 查找频谱中的非同步波峰，并查证是否有谐波。 对应的时域波形中同时也会出现冲击脉冲的显示。
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轴承失效的九个阶段(第二阶段)
由于轴承上的庇点增大，使它在轴承固有频率处 发出铃叫声。同时固有频率周围还出现边频带。
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轴承失效的九个阶段(第三阶段)
出现轴承故障频率。开始的时候我们只能观察到这个 频率本身。图中所示为轴承内圈故障时的频谱显示。当 轴承磨损进一步加剧后，在故障频率（例子中的BPI） 处的波峰值将会升高。大多数情况下波峰值将随着时间 线性增加。
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滚动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ承的故障诊断
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概述
旋转机械是设备状态监测与故障诊断工作的重点， 而旋转机械的故障有相当大比例与滚动轴承有关。 滚动轴承是机器的易损件之一，据不完全统计， 旋转机械的故障约有30％是因滚动轴承引起的， 由此可见滚动轴承故障诊断工作的重要性。
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滚动轴承故障诊断技术的分类
滚动轴承的故障诊断技术主要有振动诊断技术、 铁谱诊断技术、温度诊断技术、声学诊断技术、 油膜电阻诊断技术和光纤监测诊断技术等，其中， 振动、铁谱、温度诊断技术应用最普遍。
应用范围：适用于用润滑油润滑的轴承的故障诊 断，对于用脂润滑的轴承较困难。
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油膜电阻诊断技术 （三）
润滑良好的轴承，由于油膜的作用，内、外圈之 间有很大的电阻。故通过测量轴承内、外圈的电 阻，可对轴承的异常作出判断。
特点：对不同的工况条件可使用同一评判标准。 对表面剥落、压痕、裂纹等异常的诊断效果差。
特点：光纤位移传感器灵敏度高；直接从轴承表面提取 信号，提高了信噪比；可直接反映滚动轴承的制造质量、 表面磨损程度、载荷、润滑和间隙情况。
应用范围：适用于可将传感器安装在轴承座内的机器。
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温度诊断技术 （五）
轴承若产生某种异常，轴承的温度会发生变化。 因此，根据温度的变化，可以对轴承故障进行诊 断，但对异常判断的能力很低。
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振动诊断技术(一)
轴承元件的工作表面出现疲劳剥落、压痕或局部 腐蚀时，轴承运行中会出现周期性的脉冲信号。 这种周期性的信号可有安装在轴承座上的传感器 （速度型或加速度型）来接收，通过对振动信号 的分析来诊断轴承的故障。
特点：振动诊断技术应用广泛；可实现在线监测； 诊断快，诊断理论已成熟。
应用范围：特别适合旋转机械中轴承的故障监测。
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。
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轴承扰动频率的计算公式
15
轴承失效的九个阶段(第一阶段)
在轴承失效的最初阶段，其频率范围大约在20 KHz～60 KHz之间或更高。有多种电子设备可 以用来检测这些频率，包括峰值能量、 HFD、 冲击脉冲、 SEE等超音波测量装置。在这个阶段， 普通的频谱上不会出现任何显示。
特点：诊断快速、简便；可在线监测。 应用范围：近几年来发展的新技术，在轴承工况
监测中应用较少 .
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滚动轴承振动故障诊断技术
滚动轴承是机器中最精密的部件，通常它们的公差都保 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。