滚动轴承内外圈都旋转的故障特征频率计算公式

滚动轴承的故障诊断一、滚动轴承的常见故障滚动轴承是转动设备中应用最为广泛的机械零件，同时也是最容易产生故障的零件。

据统计，在使用滚动轴承的转动设备中，大约有30%的机械故障都是由于滚动轴承而引起的。

滚动轴承的常见故障形式有以下几种。

1. 疲劳剥落（点蚀）滚动轴承工作时，滚动体和滚道之间为点接触或线接触，在交变载荷的作用下，表面间存在着极大的循环接触应力，容易在表面处形成疲劳源，由疲劳源生成微裂纹，微裂纹因材质硬度高、脆性大，难以向纵深发展，便成小颗粒状剥落，表面出现细小的麻点，这就是疲劳点蚀。

严重时，表面成片状剥落，形成凹坑；若轴承继续运转，将形成大面积的剥落。

疲劳点蚀会造成运转中的冲击载荷，使设备的振动和噪声加剧。

然而，疲劳点蚀是滚动轴承正常的、不可避免的失效形式。

轴承寿命指的就是出现第一个疲劳剥落点之前运转的总转数，轴承的额定寿命就是指90%的轴承不发生疲劳点蚀的寿命。

2. 磨损润滑不良，外界尘粒等异物侵入，转配不当等原因，都会加剧滚动轴承表面之间的磨损。

磨损的程度严重时，轴承游隙增大，表面粗糙度增加，不仅降低了轴承的运转精度，而且也会设备的振动和噪声随之增大。

3. 胶合胶合是一个表面上的金属粘附到另一个表面上去的现象。

其产生的主要原因是缺油、缺脂下的润滑不足，以及重载、高速、高温，滚动体与滚道在接触处发生了局部高温下的金属熔焊现象。

通常，轻度的胶合又称为划痕，重度的胶合又称为烧轴承。

胶合为严重故障，发生后立即会导致振动和噪声急剧增大，多数情况下设备难以继续运转。

4. 断裂轴承零件的裂纹和断裂是最危险的一种故障形式，这主要是由于轴承材料有缺陷和热处理不当以及严重超负荷运行所引起的；此外，装配过盈量太大、轴承组合设计不当，以及缺油、断油下的润滑丧失也都会引起裂纹和断裂。

5. 锈蚀锈蚀是由于外界的水分带入轴承中；或者设备停用时，轴承温度在露点以下，空气中的水分凝结成水滴吸附在轴承表面上；以及设备在腐蚀性介质中工作，轴承密封不严，从而引起化学腐蚀。

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 Hz1、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)=2.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。

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：对包络谱图中幅值较大区域局部放大得到下图由以上包络图的局部放大图中可以看出包络图中前三个峰值最大也最明显，三个峰值频率由小到大排列分别为、、。

把这三个频率数值和前文计算所得的理论值进行比较可知：频率值最大为和内圈的故障理论计算特征频率f2=相近，说明此轴承的故障发生在轴承的内圈。

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。

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。

滚动轴承的校核计算及公式1 基本概念1．轴承寿命：轴承中任一元件出现疲劳剥落扩展迹象前运转的总转数或一定转速下的工作小时数。

批量生产的元件，由于材料的不均匀性，导致轴承的寿命有很大的离散性，最长和最短的寿命可达几十倍，必须采用统计的方法进行处理。

2．基本额定寿命：是指90%可靠度、常用材料和加工质量、常规运转条件下的寿命，以符号L10（r）或L10h（h）表示。

3．基本额定动载荷（C）：基本额定寿命为一百万转（106）时轴承所能承受的恒定载荷。

即在基本额定动载荷作用下，轴承可以工作106 转而不发生点蚀失效，其可靠度为90%。

基本额定动载荷大，轴承抗疲劳的承载能力相应较强。

4．基本额定静载荷（径向C0r，轴向C0a）：是指轴承最大载荷滚动体与滚道接触中心处引起以下接触应力时所相当的假象径向载荷或中心轴向静载荷。

在设计中常用到滚动轴承的三个基本参数：满足一定疲劳寿命要求的基本额定动载荷Cr（径向）或Ca（轴向），满足一定静强度要求的基本额定静强度C0r（径向）或C0a（轴向）和控制轴承磨损的极限转速N0。

各种轴承性能指标值C、C0、N0等可查有关手册。

2 寿命校核计算公式图17-6滚动轴承的寿命随载荷的增大而降低，寿命与载荷的关系曲线如图17-6，其曲线方程为PεL10=常数其中 P-当量动载荷，N；L10-基本额定寿命，常以106r为单位（当寿命为一百万转时，L10=1）；ε-寿命指数，球轴承ε=3，滚子轴承ε=10/3。

由手册查得的基本额定动载荷C是以L10=1、可靠度为90%为依据的。

由此可得当轴承的当量动载荷为P时以转速为单位的基本额定寿命L10为Cε×1=Pε×L10L10=(C/P)ε 106r (17.6)若轴承工作转速为n r/min，可求出以小时数为单位的基本额定寿命h （17.7）应取L10≥L h'。

L h '为轴承的预期使用寿命。

通常参照机器大修期限的预期使用寿命。

基于包络分析的轴承故障诊断方法一引言滚动轴承是回转机械中运用最广泛的关键部件，其运行状态的正常与否直接影响整个设备的性能。

一旦发生故障，不仅会影响整个设备的正常工作，直接或间接造成巨大的经济损失，而且危及人身安全，造成极为严重的后果。

在国民经济中，滚动轴承到的正常工作对生产、生活和交通运输等同样具有重要的意义。

因此其故障诊断具有非常重要的理论与实际研究价值。

滚动轴承的故障大多以局部缺陷的形式存在与轴承工作周期的早期，早期故障信息由于轻微，往往淹没在背景噪声中。

故障诊断技术迅猛发展，时频分析法、包络分析法、功率谱分析等是故障诊断的常用方法。

当所采集信号具有较强的调制信号时，常采用包络分析法。

二包络分析技术包络分析是故障诊断中最有效的方法之一。

它可以清楚地指示故障的位置以及严重程度。

包络分析法主要是通过选取有用的共振频率区，通过滤波、平移、变换，获得包含故障频率的低频包络信号，对此包络信号进行频谱分析即可诊断出故障，亦称包络解调。

包络调解把与故障有关的信号从高频调制信号中调解出来，从而避免与其他低频干扰的混淆，具有很高的诊断可靠性和灵敏度。

包络分析法的分析步骤是：1、比较正常与故障信号功率谱，找出差值最大点，作为截取频段的依据。

2、画出故障信号的频谱图，根据功率谱所截取的频段对频谱图进行滤波移位。

3、对所截取的信号幅值上翻倍、补零，长度变为两倍。

4、将复频域信号变换到时域。

5、将时域信号做傅立叶变换到频域。

6、提高频域分辨率，做细化谱。

三 工程运用从一轴承试验台上采集到两组信号，一组为正常信号，一组为故障未知的故障信号。

每一组信号包括两个通道，通道1采集轴承处的加速度信号，通道2采集脉冲信号。

采样频率为48000，采样长度为65536，即64K 。

经过测量，滚动体直径d = 7.12 mm ，轴承节径D = 38.5 mm ，滚动体数目：n=12，接触角：ϕ=0︒。

则根据故障轴承的频率计算公式可得： 外圈故障Hz D d nf BPFO r 9.48)0cos 5.3812.71(21012)cos 1(2=⨯-⨯⨯=-=ϕ， 内圈故障Hz D d nf BPFO r 1.71)0cos 5.3812.71(21012)cos 1(2=⨯+⨯⨯=+=ϕ， 滚珠故障Hz D d d Df FTF r 1.26])0cos 5.3812.7(1[12.72105.38])cos (1[222=⨯-⨯⨯⨯=-=ϕ， 保持架故障Hz D d f FTF r 01.4)0cos 5.3812.71(210)cos 1(2=⨯-⨯=-=ϕ 按照包络分析法的步骤，可得如下图：（a ） （b ） （c ）（d）（e）（f）（a）图为故障信号与正常信号的功率谱图，（b）为故障信号的傅立叶变换图，（c）为所截取的频段，（d）为对待分析信号频谱做逆傅里叶变换后得到的时域信号包络，（e）为根据时域信号得到的包络频谱图，（f）为最终希望得到的细化谱图。

轴承转速计算公式及方法在机械设备中，轴承是一种常见的零部件，用于支撑和限制旋转或直线运动的机械部件。

轴承的转速是指轴承内圈相对于外圈的旋转速度，通常以每分钟转数（RPM）来表示。

正确地计算轴承的转速对于确保机械设备的正常运行至关重要。

本文将介绍轴承转速的计算公式及方法。

1. 轴承转速的计算公式。

轴承的转速可以通过以下公式来计算：n = (60 × v) / (π× d)。

其中，n代表轴承的转速（RPM），v代表轴承外圈的线速度（m/s），π代表圆周率（约为3.14），d代表轴承的直径（m）。

2. 轴承转速的计算方法。

（1）确定轴承的外圈线速度。

轴承的外圈线速度是指轴承外圈上任意一点的线速度，通常使用以下公式来计算：v = π× d × n / 60。

其中，v代表轴承的外圈线速度（m/s），π代表圆周率（约为3.14），d代表轴承的直径（m），n代表轴承的转速（RPM）。

（2）代入公式计算转速。

将轴承的外圈线速度代入轴承转速的计算公式中，即可得到轴承的转速。

举例说明：假设某个轴承的直径为0.1m，外圈线速度为10m/s，代入公式可得：n = (60 × 10) / (3.14 × 0.1) = 1910 RPM。

因此，该轴承的转速为1910 RPM。

3. 注意事项。

在进行轴承转速的计算时，需要注意以下几点：（1）确保使用正确的单位，在进行计算时，需要使用统一的单位，通常使用国际单位制（SI单位制）来进行计算。

（2）考虑轴承的额定转速，轴承通常会有一个额定转速，超过这个转速可能会导致轴承损坏，因此在计算轴承转速时需要考虑轴承的额定转速。

（3）考虑轴承的工作环境，在实际应用中，轴承的工作环境会对其转速产生影响，例如温度、润滑情况等因素都会对轴承的转速产生影响，因此需要根据实际情况进行适当的修正。

4. 结语。

轴承的转速是保证机械设备正常运行的重要参数，正确地计算轴承的转速对于确保机械设备的正常运行至关重要。