NSK实体滚针轴承

轴承故障特征倍频公式推导

轴承故障特征倍频公式推导 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】

滚动轴承可能由于润滑不良、载荷过大、材质不当、轴承内落入异物、锈蚀等原因，引起轴承工作表面上的剥落、裂纹、压痕、腐蚀凹坑和胶合等离散型缺陷或局部损伤。当滚动轴承另一工作表面通过某个缺陷点时，就会产生一个微弱的冲击脉冲信号。随着转轴的旋转，工作表面不断与缺陷点接触冲击，从而产生一个周期性的冲击振动信号[5]。缺陷点处于不同的元件工作表面，冲击振动信号的周期间隔也即频率是不相同的，这个频率就称为冲击的间隔频率或滚动轴承的故障特征频率[4,6]。可以根据轴承的几何参数和其转速计算轴承元件的故障特征频率[4,6,10]。 a.速度关系 b.几何关系图滚动轴承中个元件的运动关系如图所示，设外圈和内圈滚道上分别有一接触点A 和B ，假设为理想状态，径向游隙为零，则A 点和B 点的圆周速度分别为 e e e n D v 60π= (4-1) i i i n D v 60π= (4-2) 式中 e v 、i v ——外圈、内圈滚道接触点处的圆周速度，[mm/s]； e D 、i D ——外圈、内圈滚道接触点处的直径，[mm]； e n 、i n ——外圈、内圈的转速，[r/min]。令 αγcos m D d = (4-3) 式中 d ——滚动体直径，[mm]； m D ——滚动体中心圆直径，[mm]； α——接触角，指接触面中心与滚动体中心连线和轴承径向平面之间的夹角，[弧度或角度]。由图4-1（b ）可见 e D =)1(cos γα+=+m m D d D 滚动体围绕轴承中心线的公转线速度乃是i v 和e v 的平均值，即

滚动轴承的振动机理与信号特征

滚动轴承的振动机理与信号特征滚动轴承的振动可由外部振源引起，也可由轴承本身的结构特点及缺陷引起。此外，润滑剂在轴承运转时产生的流体动力也可以是振动（噪声）源。上述振源施加于轴承零件及附近的结构件上时都会激励起振动。一、滚动轴承振动的基本参数 1．滚动轴承的典型结构滚动轴承的典型结构如图1所示，它由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成。图1 滚动轴承的典型结构图示滚动轴承的几何参数主要有：轴承节径D：轴承滚动体中心所在的圆的直径滚动体直径d：滚动体的平均直径内圈滚道半径r1：内圈滚道的平均半径外圈滚道半径r2：外圈滚道的平均半径接触角α：滚动体受力方向与内外滚道垂直线的夹角滚动体个数Z：滚珠或滚珠的数目 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)承受径向、轴向载荷时各部分无变形； (3)内圈滚道回转频率为fi; (4)外圈滚道回转频率为fO; (5)保持架回转频率（即滚动体公转频率为fc）。参见图1，则滚动轴承工作时各点的转动速度如下：内滑道上一点的速度为：V i=2πr1f i=πf i(D-dcosa) 外滑道上一点的速度为：V O=2πr2f O=πf O(D+dcosa) 保持架上一点的速度为：V c=1/2(V i+V O)=πf c D 由此可得保持架的旋转频率（即滚动体的公转频率）为：从固定在保持架上的动坐标系来看，滚动体与内圈作无滑动滚动，它的回转频率之比与d/2r1成反比。由此可得滚动体相对于保持架的回转频率（即滚动体的自转频率，滚动体通过内滚道或外滚道的频率）fbc 根据滚动轴承的实际工作情况，定义滚动轴承内、外圈的相对转动频率为一般情况下，滚动轴承外圈固定，内圈旋转，即：同时考虑到滚动轴承有Z个滚动体，则滚动轴承的特征频率如下：滚动体在外圈滚道上的通过频率zfoc为：

滚动轴承故障诊断与分析..

滚动轴承故障诊断与分析Examination and analysis of serious break fault down in rolling bearing 学院：机械与汽车工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：2010020101 姓名：学号：指导老师：王林鸿

摘要:滚动轴承是旋转机械中应用最广的机器零件，也是最易损坏的元件之一, 旋转机械的许多故障都与滚动轴承有关，轴承的工作好坏对机器的工作状态有很大的影响，其缺陷会产生设备的振动或噪声，甚至造成设备损坏。因此, 对滚动轴承故障的诊断分析, 在生产实际中尤为重要。关键词：滚动轴承故障诊断振动 Abstract: Rolling bearing is the most widely used in rotating machinery of the machine parts, is also one of the most easily damaged components. Many of the rotating machinery fault associated with rolling bearings, bearing the work of good or bad has great influence to the working state of the machine, its defect can produce equipment of vibration or noise, and even cause equipment damage. Therefore, the diagnosis of rolling bearing fault analysis, is especially important in the practical production. Key words: rolling bearing fault diagnosis vibration 引言：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。如何准确判断出它的末期故障是非常重要的，可减少不必要的停机修理，延长设备的使用寿命，避免事故停机。滚动轴承在运转过程中可能会由于各种原因引起损坏，如装配不当、润滑不良、水分和异物侵入、腐蚀和过载等。即使在安装、润滑和使用维护都正常的情况下，经过一段时间运转，轴承也会出现疲劳剥落和磨损。总之，滚动轴承的故障原因是十分复杂的，因而对作为运转机械最重要件之一的轴承，进行状态检测和故障诊断具有重要的实际意义，这也是机械故障诊断领域的重点。一滚动轴承故障诊断分析方法 1滚动轴承故障诊断传统的分析方法 1.1振动信号分析诊断振动信号分析方法包括简易诊断法、冲击脉冲法（SPM法）、共振解调法（IFD 法）。振动诊断是检测诊断的重要工具之一。（1）常用的简易诊断法有：振幅值诊断法，反应的是某时刻振幅的最大值，适用于表面点蚀损伤之类的具有瞬时冲击的故障诊断；波峰因素诊断法，表示的

轴承信号分析基本理论

轴承信号分析基本理论 1. 采样定理定义：每秒钟采样的次数。（例如每0.01秒采样一次,即在1秒钟内有100次等时距的采样，因此这次采样的采样频率为100Hz 。）根据采样定律：采样频率必须不低于信号最高频率的两倍，否则会产生频混现象（频谱混叠效应）。即f s >2f h 2. 加窗定义：截断信号过长的时间历程，即将信号乘以时域的有限宽窗函数。 A 对周期信号进行整周期的截取，就无“泄漏”现象。对周期信号进行非整周期的截取，会出现“泄漏”现象。 (在实际处理过程中，由于信号并不一定是周期信号，也并不一定是整周期截取，所以，加窗以后的信号在频谱图上除了有主要的频率以外，还出现了其他附加频率，从而造成能量不是集中于确定的主要频率上，而是部分泄漏到其他频率中。这种由于时域上的截断所导致频域内附加一些成分，引起能量泄漏，称为泄漏误差，又叫做截断误差。) B 为了减少泄漏误差，选择的窗函数应要求旁瓣高度与主瓣高度之比尽量要小，并且主瓣宽度要窄，旁瓣幅度要小。因为窄的主瓣可以提高分辨率，小的旁瓣可以减小泄漏。然而，事实上窗函数的选取往往是牺牲分辨率来换取泄漏的减少。 3. 平均定义：在采集信号的过程中不可避免的会将噪声同时被采集入内，噪声是随机的，有时上升，有下降。这些噪声在经过数量足够多的平均后，可以相互抵消。 4. 倒谱定义：这里轴承信号的分析，都采用实倒谱。实倒频谱)(τx C 即功率谱对数谱的模,也就是说，在傅里叶正变换后，不考虑相位信息。 [])(log )()(1f S F C C x x -==ττ 在所研究的信号中，其故障频率附近总是存在多族频率，习惯上把它们成为边频。倒频谱能够分离和提取出密集边频信号中的周期成分，将原来频谱图上成簇的边频带谱线简化为单根谱线。倒频谱在进行功率谱的对数转换时，给幅值较小的分量有较高的加权。 4. 细化谱 4.1.1全频段细化过程

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： 10042134 姓名：吴涌涛成绩：

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： 1 s t f ?= （1）旋转频率为： 60 r r V f = （2）传动轴的转动周期为： 1 r 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 ： 1 1s r r s f f T N 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。 Step3、提取振动信号的特征，分析方法包括： 1、时域统计分析指标（波形指标(Shape Factor)、峰值指标(Crest Factor)、脉冲指标(Impulse Factor)、裕度指标(Clearance Factor)、峭度指标(KurtosisValue) ）等，相关计算公式如下：（1）波形指标： P f X WK X = (5) 其中，P X 为峰值，X 为均值。p X 计算公式如下：

轴承故障特征倍频公式推导

i i i n D v 60 π= (4-2) 式中 e v 、i v ——外圈、内圈滚道接触点处的圆周速度，[mm/s]； e D 、i D ——外圈、内圈滚道接触点处的直径，[mm]； e n 、i n ——外圈、内圈的转速，[r/min]。令 αγcos m D d = (4-3) 式中 d ——滚动体直径，[mm]； m D ——滚动体中心圆直径，[mm]； α——接触角，指接触面中心与滚动体中心连线和轴承径向平面之间的夹角，[弧度或角度]。由图4-1（b ）可见 e D =)1(cos γα+=+m m D d D )1(c o s γα-=-=m m i D d D D 滚动体围绕轴承中心线的公转线速度乃是i v 和e v 的平均值，即 )]1()1([120 2γγπ ++-=+= e i m e i m n n D v v v 滚动体的公转线速度也就是保持架中心圆的线速度。保持架中心圆上某一点的线速度为 m m m n D v 60 π= 由上两式得保持架的转速为 )]1()1([2 1 γγ++-=e i m n n n (4-4) 内圈相对于保持架的转速为 ()()γ+-=-=12 1 e i m i im n n n n n (4-5) 假设保持架上有z 个滚动体，内圈上某一点滚动体滚过频率为 ()()z n n z n n N e i m i i γ+-=-=12 1 )( 外圈相对于保持架的转速为 ()()γ--=-=12 1 i e m e em n n n n n (4-6) 外圈上某一点滚动体滚过频率为

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。

滚动轴承频谱分析及故障诊断实验报告

广州大学学生实验报告开课学院及实验室： 526室2015年12月26日学院机械与电气工程学院年级、专业、班机械121 姓名吴海明学号1207200014 实验课程名称机械故障诊断技术成绩实验项目名称滚动轴承频谱分析及故障诊断指导老师郑文一、实验目的 1、进一步熟悉常用信号分析仪器的使用； 2、了解常规滚动轴承的结构、特征频率及安装； 3、掌握滚动轴承的振动测量及分析方法。通过运用振动分析手段，完成滚动轴承振动信号的测量及分析，从而提高学生进行数据采集、滚动轴承振动分析及状态评估、故障判断等方面的能力。二、实验设备 1、列出所用振动分析仪器、软件、传感器、温度测试仪器的名称、型号、用途等； ●正常滚动轴承型号为：NTN6201 ●加速度传感器 ●Data line数据采集器； ●ODYSSEY系统； 2、振动试验台。轴承故障模块：故障模块中使用的是6024轴承，并利用特殊方法对轴承进行了故障处理。轴承模块也设计成方便安装的方式（如图所示），可以快速方便的安装在齿轮箱的输入轴上。在轴承故障模块的顶部有一个英制螺孔（1/4”-28），用来安装传感器。轴承模块安装图如下： 1、齿轮箱体 2、输入轴 3、故障轴承 4、轴承盖 5、M8紧固螺钉 6、压紧垫片 7、轴承基座 8、加载螺钉 9、橡胶垫片图轴承故障模块安装示意图三、实验要求 1.熟悉实验流程及安全操作要求，实验前正确校准系统。 2.实验过程要清楚各轴承所对应参数的故障频率测量。 3.实验后各轴承按次放回原来位置。 4、绘出振动试验台的结构简图，列出主要结构参数，如电机参数、轴承型号、传动比等。 5、画出测试系统的连接框图。 6、绘出振动试验台测点布置图，说明测量的位置、方向及传感器安装方法等。 7、计算各特征频率，如转速，不平衡、对中不良及轴承损坏等的特征频率。四、实验操作过程 1、仪器连接； 2、测试参数选择，如频率范围（要求能测量滚动轴承的各主要频率成分） 3、调整齿轮箱大齿轮的位置，使其处于非啮合状态。拧紧紧固螺钉，防止齿轮碰撞； 4、松开齿轮箱输入轴联轴器的螺钉，并按箭头方向推动联轴器的一半，使其完全与另一半脱开。拧紧联轴器螺钉； 5、取轴承模块MD711X一块，套在齿轮轴上； 6、将压紧垫片置于轴承的内环侧面，用紧固螺钉将其压紧，从而固定轴承模块，防止轴承内环在轴承上转动； 7、将加载螺栓通过固定承载板拧在轴承模块下方的M8螺孔内，并适当的加载。注意加载的力度，过大的加载将使故障轴承模块发热以至于使轴承“咬死”，同时也会使故障信息失真，故障轴承的频率分量不清晰； 8、将传感器安装在轴承模块上方的英制螺孔内，连接到数据采集器/频谱分析仪进行数据采集、分析； 9、启动试验台； 10、测量各测点的时域波形、频谱，并存储于分析仪中； 11、用软件将测量结果传输至计算机，并显示、打印（要求用线性坐标），标出各频谱图中主要频率峰值的频率、幅值。五、实验结果及分析实验过程滚动轴承的转速n=900r/min，则频率为f=15Hz 1、在实验室滚动轴承标号为7111，测出的是滚动轴承外环的故障特征频率，由频谱图可以知外环频率为f1，=47.05Hz。

滚动轴承故障诊断(附MATLAB程序)

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 Hz 1、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)= 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。 s i g n a l Empirical Mode Decomposition i m f 1 i m f 2 i m f 3 i m f 4 i m f 5 i m f 6 i m f 7 i m f 8 r e s . 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：

什么是轴承的特征频率

什么是轴承的特征频率？轴承失效四个阶段, 第一阶段(超声频率) 轴承问题的最早期表现在超声频率的异常，从250kHz 到350kHz范围；此后随故障的发展，异常频率逐步下移到20kHz到 60kHz范围，可由冲击包络监测到，一般可达到0.5gE ，实际值与测点位置、轴承型号和机器转速相关；可采集加速度包络频谱确认轴承是否进入第一失效阶段第二阶段(轴承固有频率) 轴承产生轻微缺陷，激起轴承部件固有频率(fn)振动或轴承支承结构共振，一般在500Hz到2kHz范围；在第二阶段末期，固有频率周围开始出现边频带；第三阶段（轴承缺陷频率及其倍频）在第三阶段，轴承缺陷频率及其倍频出现；随着轴承内磨损的发展，更多的缺陷频率倍频开始出现，围绕这些倍频以及轴承部件固有频率的边频带的数量也逐步上升，冲击包络值继续上升第四阶段(随机宽带振动) 在第四阶段，轴承失效接近尾声，甚至工频1X 也受影响而上升，并产生许多工频的倍频原先离散的轴承缺陷频率和固有频率开始“消失”，取而代之是随机的宽带高频“噪声振动” 轴承缺陷频率: 轴承缺陷频率术语/ Terms of Defect Freqs 1. BPFI: Ball Pass Frequency on Inner race 内圈缺陷频率 2. BPFO:Ball Pass Frequency on Outer race 外圈缺陷频率 3. BSF: Ball Spin Frequency 滚珠缺陷频率 4. FTF: Fundamental Train Frequency 保持架缺陷频率轴承缺陷频率与轴承部件尺寸及轴的转速相轴承缺损频率计算/Compute Defect Freqs BPFI=Nb/2*S(1+(Bd/Pd)*cosA) BPFO=Nb/2*S(1-(Bd/Pd)*cosA) BSF=(Pd/2Bd)*S*(1-(Bd/Pd)*CosA)2 FTF=S/2*(1-(Bd/Pd)*CosA Nb: the number of balls/轴承滚子数 S:speed/轴转速 Bd:ball diameter/滚子直径 Pd: Pitch diameter/滚子分布圆直径 A: the contact angle( degrees)/接触角（度）

滚动轴承的振动机理与信号特征(1)

滚动轴承的振动机理与信号特征（1） https://www.360docs.net/doc/d05273057.html, 中国设备管理网（2005-06-13）文章来源：中国设备管理网滚动轴承的振动可由外部振源引起，也可由轴承本身的结构特点及缺陷引起。此外，润滑剂在轴承运转时产生的流体动力也可以是振动（噪声）源。上述振源施加于轴承零件及附近的结构件上时都会激励起振动。一、滚动轴承振动的基本参数 1．滚动轴承的典型结构滚动轴承的典型结构如图1所示，它由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成。图1 滚动轴承的典型结构图示滚动轴承的几何参数主要有：轴承节径D：轴承滚动体中心所在的圆的直径滚动体直径d：滚动体的平均直径内圈滚道半径r1：内圈滚道的平均半径外圈滚道半径r2：外圈滚道的平均半径接触角α：滚动体受力方向与内外滚道垂直线的夹角滚动体个数Z：滚珠或滚珠的数目 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：