轴承振动特征分析

电机轴承振动特性试验研究摘要：现当今，随着我国经济的快速发展，轴承是电机中重要的支承和旋转元件，直接影响着电机转子系统的旋转性能，进一步影响着电机工作时的稳定性及静音性。

本文首先对电机转子的临界转速进行分析，继而在搭建的电机振动测试系统上开展了轴承振动特性试验研究。

结果表明：当电机在小于临界转速的工况下运行时，电机轴承的振动频率以转频为主；随着电机转速的升高，轴承3个方向的振动加速度有效值均增加，且对x向振动影响最大，z向振动影响最小；电机启动过程中对轴承振动产生明显影响，为避免电机产生过大的振动，应尽量减小达到工作转速所需的时间；电机轴承游隙组变化对振动也会产生一定影响，为了减小电机的振动，非传动端端轴承宜采用CN游隙组；电机轴承采用尼龙保持架相对于冲压钢保持架更有利于运转稳定性；预紧力对振动的影响只能有限的提高，过大或过小的预紧都不利于轴承的稳定性。

关键词：电机轴承;振动特性;试验引言在电机的运转过程中，主要存在其轴承温度与振动幅度异常等现象，使电机的正常工作和生产系统正常运转产生阻碍。

引起此类负面现象产生的因素颇多，为保证电机在生产中中具备更好的运行能力，需要专业人员依据其对应的故障情况来进行调节和修护，最终保证电机的正常运转。

1电机振动及模态分析原理电机振动按照产生机理主要分为三类：一是电磁振动，由气隙磁场产生的单边磁拉力作用于定子铁芯的径向和切向使定子铁芯产生变形振动。

电磁振动产生的原因有三相电压不平衡、电机定转子偏心、定子绕组断路、转子笼条与端环开焊、转子断条等。

二是机械振动，由转子旋转过程中的机械力周期性地作用在电机本体上产生的振动。

机械振动产生的原因有结构整体刚度不足、转子动平衡不良、轴承及基础安装不当、内部风扇损坏以及联轴器对中精度不足等。

三是机电耦合振动，由电机气隙不匀引起单边电磁拉力，其周期性作用又使气隙不均衡进一步加剧，最终作用到电机引起振动。

机电耦合振动产生的原因有定子内径和转子外径圆度不足、转子安装不良引起的轴向窜动等。

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。

调心球轴承的振动信号分析与故障诊断方法调心球轴承是现代工业中常见的一种轴承类型，广泛应用于各种机械设备中。

然而，由于工作环境的复杂性和长期工作的损耗，调心球轴承可能会发生故障，影响设备的正常运行。

因此，开发有效的振动信号分析与故障诊断方法对于提高设备的可靠性和安全性具有重要意义。

调心球轴承的振动信号是一种重要的故障特征，可以用于检测和诊断轴承的运行状态和故障类型。

振动信号分析方法是一种常用的技术，通过分析轴承在振动中产生的频谱特征和时域波形，可以判断轴承是否存在故障。

下面将介绍一些常用的振动信号分析与故障诊断方法。

第一种方法是频谱分析。

频谱分析通过将振动信号转换成频谱图，可以直观地观察到频率成分的分布和能量大小。

常用的频谱分析方法包括傅里叶变换、小波变换和功率谱密度估计等。

通过分析频谱图的特征，可以准确地识别出轴承的故障类型，比如滚珠的裂纹、滚道的磨损等。

第二种方法是时域分析。

时域分析直接观察振动信号的波形变化，可以判断轴承是否存在明显的故障振动特征。

常用的时域分析方法包括包络分析、峰峰值分析和自相关分析等。

这些方法可以提取振动信号的幅值、波形形状和周期特征，从而判断轴承是否存在异常。

第三种方法是模式识别。

模式识别是一种利用机器学习算法对振动信号进行分类和诊断的方法。

通过构建合适的特征向量并利用分类算法，可以对轴承的故障类型进行准确诊断。

常用的模式识别算法包括支持向量机、人工神经网络和决策树等。

模式识别方法具有较高的准确性和鲁棒性，在实际应用中已取得了良好的效果。

除了以上方法，还有一些其他的振动信号分析与故障诊断方法，比如相关分析、阶次分析和熵分析等。

这些方法都可以从不同的方面提供有用的信息，帮助判断轴承的工作状态和故障类型。

综上所述，调心球轴承的振动信号分析与故障诊断方法对于提高设备的可靠性和安全性具有重要意义。

通过应用合适的分析方法，可以有效地判断轴承的故障类型，并采取相应的维修和保养措施，延长轴承的使用寿命，提高设备的运行效率。

滚动轴承振动信号特性分析滚动轴承是一种常见的机械元件，在机械系统中起到支撑转动轴承、减少摩擦和传递载荷的作用。

然而，由于长期使用或其他原因，滚动轴承可能会出现一些故障，如疲劳破坏、过度磨损和松动等。

因此，滚动轴承的振动信号特性分析对于故障检测和预测具有重要的意义。

滚动轴承的振动信号是由于内外圈的滚珠与滚道之间的相对运动而产生的，这些振动信号可以通过加速度传感器等设备进行采集。

基于振动信号的特性分析，可以帮助我们了解滚动轴承在运行过程中的状况，从而判断是否存在故障。

下面将从不同的角度分析滚动轴承振动信号的特性。

首先，可以从时间域来分析滚动轴承的振动信号特性。

利用时间域信号，可以直观地观察到滚动轴承振动信号的波形变化。

通过观察振动信号的幅值和周期，可以初步判断是否存在异常。

通常情况下，正常的滚动轴承振动信号应该是稳定和准周期的。

如果出现振动信号的幅值波动较大或周期不规则，可能表示滚动轴承存在故障。

其次，可以从频域来分析滚动轴承的振动信号特性。

频域分析可以将信号从时域转换为频域，通过频谱图来观察不同频率分量的强度。

通过对滚动轴承振动信号进行傅里叶变换，可以得到其频谱图。

正常的滚动轴承振动信号的频谱图应该是窄带的，且主要集中在轴承的基频和谐波频率上。

如果出现频谱图突然增加了一些频率分量，可能表示滚动轴承存在故障，如滚珠松动、内圈或外圈的损伤等。

此外，滚动轴承的振动信号还可以通过时频分析方法进行特性分析。

时频分析可以将信号的时域信息和频域信息进行联合分析，可以观察到信号在时间和频率上的变化。

通过应用时频分析方法，如短时傅里叶变换（STFT）和小波变换，可以查看滚动轴承振动信号在时间和频率上的瞬态和局部特性。

这种分析方法可以帮助我们检测滚动轴承振动信号的瞬态特征和突变情况，提高故障检测和预测的准确性。

最后，滚动轴承的振动信号特性还可以通过统计学方法进行分析。

通过统计学参数，如均值、标准差和峭度等，可以观察滚动轴承振动信号的集中程度、离散程度和峰态等特性。

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。

滚动轴承的振动形式及振动机理的研究滚动轴承是一种常见的机械元件，广泛应用于各种设备和机械系统中。

然而，滚动轴承在使用过程中常常会产生振动，这不仅会影响设备的正常运行，还会导致设备寿命的缩短。

因此，研究滚动轴承的振动形式及振动机理对于提高设备的可靠性和性能具有重要意义。

我们来探讨滚动轴承的振动形式。

滚动轴承的振动主要表现为径向振动和轴向振动两种形式。

径向振动是指滚动轴承在工作过程中产生的轴向位移，它可能由于滚动体与滚道之间的不匹配或轴承内部结构的不均匀等原因而引起。

轴向振动则是指滚动轴承在工作过程中产生的周向位移，它可能由于滚动体与保持架之间的不匹配或轴承内部结构的不均匀等原因而引起。

接下来，我们来研究滚动轴承振动的机理。

滚动轴承的振动源于多个因素的综合作用。

首先，滚动轴承在工作时承受着来自外部负载的力，这些力会引起滚动轴承的变形和位移，从而产生振动。

其次，滚动轴承内部的滚动体和保持架之间存在着摩擦力和碰撞力，这些力的作用也会导致滚动轴承的振动。

此外，滚动轴承的材料和制造工艺也会对其振动特性产生影响。

例如，滚动轴承的材料硬度不均匀或制造工艺不精细都会导致振动的增加。

为了研究滚动轴承的振动形式及振动机理，研究人员通常会采用实验方法和数值模拟方法进行研究。

实验方法通过在滚动轴承上安装加速度传感器等装置，测量滚动轴承的振动信号，并进行信号分析和处理，从而得到滚动轴承的振动特性。

数值模拟方法则是利用计算机模拟滚动轴承的工作过程，通过对滚动轴承内部力学和动力学特性的建模和计算，预测和分析滚动轴承的振动行为。

通过研究滚动轴承的振动形式及振动机理，可以帮助人们更好地理解滚动轴承的工作原理和振动特性，为改善滚动轴承的设计和制造提供理论依据和技术支持。

例如，可以通过优化滚动轴承的结构和材料，减小滚动轴承的振动幅值和频率，提高滚动轴承的工作效率和寿命。

此外，还可以通过改进滚动轴承的润滑和冷却方式，减少滚动轴承的热量和摩擦，从而降低滚动轴承的振动水平。

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：Vi=2πr1fi=πfi(D-dcosa)外滑道上一点的速度为：VO=2πr2fO=πfO(D+dcosa)保持架上一点的速度为：Vc=1/2(Vi+VO)=πfcD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：滚动体在内圈滚道上的通过频率Zfic为：滚动体在保持架上的通过频率(即滚动体自转频率fbc)为：3.止推轴承的特征频率止推轴承可以看作上述滚动轴承的一个特例，即α＝90°，同时内、外环相对转动频率为轴的转动频率fr，此时滚动体在止推环滚道上的频率为：滚动体相对于保持架的回转频率为：以上各特征频率是利用振动信号诊断滚动轴承故障的基础，对故障诊断非常重要。