第五章滚动轴承的状态监测和故障诊断
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滚动轴承的状态检测与故障诊断ppt课件
3 2
43.0Hz
Fourier Spectrum(M b)- Input (Mgnitude)
Wrking:
Input:
Input:FFT
Anal
yzer
87.0H
130.0Hz
260.0Hz
0
40
80
120
160
200
24z]
经过包络处理之后，不平衡、松动、皮带轮偏斜、轴向窜动等频率都被滤 掉了，只用考虑轴承故障和泵进排液阀冲击。而进排液阀产生的冲击频率是泵 转频的1、3、6 …倍，包络谱中主要频率分量是43Hz、87Hz、130Hz、260Hz, 不是转频5.58Hz 的倍频分量，由此断定故障不是由泵进排液阀窜绕引起的。当 轴承跑内圆或轴承磨损使间隙增大时也会在包络谱上产生转频及其谐波分量。 经过比对，这些频率分量是滚动体故障频率14.7Hz 的3、6、9、18倍频，表明滚 动体出现故障，并且很严重。
命。
2)磨损
由于滚道和滚动体的相对运动和尘埃异物引起表面磨损，润滑不良会加剧磨 损，结果使轴承游隙增大，表面粗糙度增加，降低了轴承运转精度，因而也 降低了机器的运动精度，表现为振动水平及噪声的增大。
3)擦伤
由于轴承内外滚道和滚动体接触表面上的微观凸起或硬质颗粒使接触面 受力不均，在润滑不良、高速重载工况下，因局部摩擦产生的热量造成接触 面局部变形和摩擦焊合，严重时表面金属可能局部熔化，接触面上作用力将 局部摩擦焊接点从基体上撕裂。
随着轴承的运转，轴承滚动表面会产生轻微的缺陷，这些轻微缺陷引 起的振动会激起轴承部件的固有频率(fn)振动或轴承支承结构共振， 一般振 动频率在500Hz～2kHz。
第二阶段
边频爷
1仪
3)第三阶段：轴承缺陷频率及其倍频振动阶段
43.0Hz
Fourier Spectrum(M b)- Input (Mgnitude)
Wrking:
Input:
Input:FFT
Anal
yzer
87.0H
130.0Hz
260.0Hz
0
40
80
120
160
200
24z]
经过包络处理之后，不平衡、松动、皮带轮偏斜、轴向窜动等频率都被滤 掉了，只用考虑轴承故障和泵进排液阀冲击。而进排液阀产生的冲击频率是泵 转频的1、3、6 …倍，包络谱中主要频率分量是43Hz、87Hz、130Hz、260Hz, 不是转频5.58Hz 的倍频分量，由此断定故障不是由泵进排液阀窜绕引起的。当 轴承跑内圆或轴承磨损使间隙增大时也会在包络谱上产生转频及其谐波分量。 经过比对，这些频率分量是滚动体故障频率14.7Hz 的3、6、9、18倍频，表明滚 动体出现故障，并且很严重。
命。
2)磨损
由于滚道和滚动体的相对运动和尘埃异物引起表面磨损，润滑不良会加剧磨 损，结果使轴承游隙增大，表面粗糙度增加，降低了轴承运转精度，因而也 降低了机器的运动精度，表现为振动水平及噪声的增大。
3)擦伤
由于轴承内外滚道和滚动体接触表面上的微观凸起或硬质颗粒使接触面 受力不均，在润滑不良、高速重载工况下，因局部摩擦产生的热量造成接触 面局部变形和摩擦焊合，严重时表面金属可能局部熔化，接触面上作用力将 局部摩擦焊接点从基体上撕裂。
随着轴承的运转，轴承滚动表面会产生轻微的缺陷，这些轻微缺陷引 起的振动会激起轴承部件的固有频率(fn)振动或轴承支承结构共振， 一般振 动频率在500Hz～2kHz。
第二阶段
边频爷
1仪
3)第三阶段：轴承缺陷频率及其倍频振动阶段
滚动轴承的状态监测与故障判断
滚动轴承的状态监测与故障判断滚动轴承是工业领域中常见的机械部件之一，主要用于支撑和转动机械设备。
在使用过程中，滚动轴承可能会出现一些故障，如轴承损耗、磨损等问题。
针对这些故障，及时进行状态监测和故障判断是非常必要的。
本文将从滚动轴承的状态监测和故障诊断两个方面进行介绍。
指标监测：通过监测关键指标，如轴承的温度、位置振动、噪声等，可以获得轴承的运行状态。
其中，温度的监测是比较常见的方法，通常使用温度计和红外线测温技术进行监测。
对于高速轴承还可以使用锅炉测温计进行实时监测。
位置振动监测是指通过振动传感器或加速度计获取轴承的振动数据，根据振动数据来分析轴承的状态。
如果轴承的振动频率很高，则说明可能存在故障。
油润滑监测：为了确保轴承的正常运行，需要进行油润滑监测。
在油润滑监测过程中需要测量油温、油压、粘度等指标，同时还需要检查油的浑浊度和金属微粒的含量。
这些指标可以帮助判断油润滑的状态是否正常。
损耗诊断：损耗是指轴承零件表面材料的脱落、烧焦、磨损等现象。
通过损耗诊断可以确定损耗的原因，如材料强度、润滑状况等。
损耗诊断可以使用金相分析和扫描电子显微镜等技术。
磨损诊断：磨损是指轴承零件表面材料被磨损或腐蚀的现象。
磨损可能是由于轴承内部的某些因素引起的，例如材质、润滑状况、工作载荷等。
可以使用虚拟仪器技术、金属磨损颗粒分析等方法对轴承的磨损程度进行诊断。
结论通过对滚动轴承的状态监测和故障诊断，可以提高轴承的可靠性和安全性，延长轴承的使用寿命，减少维修和更换的次数和成本。
因此，对滚动轴承进行状态监测和故障诊断是非常重要的。
第五章_滚动轴承的故障监测和诊断
图
滚动体损伤振动情况
４、轴承偏心 当滚动轴承的内圈出现严重磨损等情况时，轴承会出现偏心 现象，当轴旋转时，轴心（内圈中心）便会绕外圈中心摆动， 如图4示，此时的振动频率为nfr（n＝1, 2,…）。
图
滚动轴承偏心振动特征
实例
• 6210轴承的监测与诊断 • 一台单级并流是鼓风机，其结构如图。该机组自 86 年 1 月30日起，测点③的振动加速度逐渐增加至正常值10倍，为 查明原因，对测点③的振动信号进行频谱分析。
第二节 滚动轴承的失效形式
滚动轴承常见的失效形式：
滚动轴承尺寸的选择2
疲劳点蚀或剥落
磨 损
胶 合
断 裂
保持架损坏
烧 伤
第三节 滚动轴承的振动
与轴承的结构有关的振动 ——无论轴承正常与否，都会产生振动
与轴承滚动表面状况有关的振动两种类型
——反映了轴承的损坏状况
一、滚动轴承的振动机理 1、承载状态下滚动轴承的振动
图 IFD法的信号变换过程
二、滚动轴承的精密诊断
１、轴承内滚道损伤 轴承内滚道产生损伤时，如：剥落、裂纹、点蚀等（如图所 示），若滚动轴无径向间隙时，会产生频率为nfi（n＝1，2,…） 的冲击振动。
图
内滚道损伤振动特征
通常滚动轴承都有径向间隙，且为单边载荷，根据点蚀部 分与滚动体发生冲击接触的位置的不同，振动的振幅大小会发 生周期性的变化，即发生振幅调制。若以轴旋转频率fr,进行振 幅调制，这时的振动频率为nfi士fr（n＝1，2…）。
２.轴承外滚道损伤
当轴承外滚道产生损伤时，如剥落、裂纹、点蚀等（如图2 所示），在滚动体通过时也会产生冲击振动。由于点蚀的位置 与载荷方向的相对位置关系是一定的，所以，这时不存在振幅 调制的情况，振动频率为nfo ( n＝1，2,…），振动波形如图 所示。
滚动轴承的状态检测与故障诊断
d BPFO= n (1− D cosθ ) × f 0 2
d BSF = 2D [1− ( D cosθ)2 ]× f0 d
d FTF = 1 (1− D cosθ) × f0 2
有时难以测量轴承的几何尺寸，在知道滚动体数目的情况下，可以用以下公 式估算轴承的故障频率：
内
环：
BPFI = ( n +1.2) × f 0 2 BPFO = ( n −1.2) × f 0 2
3.轴承故障频率计算
内环滚动，外环固定，这是滚动轴承最常见的安装方式。其故障 频率分别为： 内 环： 外 环： 滚动体： 保持架： 式中： n——滚动体数目 d——滚动体直径 D——轴承节径，即外环内径与内环外径的平均值 θ——接触角，对于推力轴承，接触角θ为90°。
d BPFI = n (1+ D cosθ ) × f0 2
1）第一阶段：轴承的超声频率振动阶段
轴承最早期的故障是表现在250kHz～350kHz范围的超声频率的振动异常，随着故 障的发展，异常频率逐渐下降移到20kHz～60kHz。
2）第二阶段：轴承的固有频率振动阶段
随着轴承的运转，轴承滚动表面会产生轻微的缺陷，这些轻微缺陷引 起的振动会激起轴承部件的固有频率(fn)振动或轴承支承结构共振，一般振 动频率在500Hz～2kHz。
二、诊断技术和方法
1.滚动轴承的失效形式 1.滚动轴承的失效形式 2.滚动轴承的失效过程 2.滚动轴承的失效过程 3. 故障频率计算 4.振动特征的分析方法 4.振动特征的分析方法
1.滚动轴承的失效形式
1）疲劳剥落
滚动轴承的内外滚道和滚动体交替进入和退出承载区域，这些部件因长时间承 受交变载荷的作用，首先从接触表面以下最大交变切应力处产生疲劳裂纹，继而扩 展到接触表面在表层产生点状剥落，逐步发展到大片剥落，称之为疲劳剥落。疲劳 剥落往往是滚动轴承失效的主要原因，一般所说的轴承寿命就是指轴承的疲劳寿命。
d BSF = 2D [1− ( D cosθ)2 ]× f0 d
d FTF = 1 (1− D cosθ) × f0 2
有时难以测量轴承的几何尺寸，在知道滚动体数目的情况下，可以用以下公 式估算轴承的故障频率：
内
环：
BPFI = ( n +1.2) × f 0 2 BPFO = ( n −1.2) × f 0 2
3.轴承故障频率计算
内环滚动，外环固定，这是滚动轴承最常见的安装方式。其故障 频率分别为： 内 环： 外 环： 滚动体： 保持架： 式中： n——滚动体数目 d——滚动体直径 D——轴承节径，即外环内径与内环外径的平均值 θ——接触角，对于推力轴承，接触角θ为90°。
d BPFI = n (1+ D cosθ ) × f0 2
1）第一阶段：轴承的超声频率振动阶段
轴承最早期的故障是表现在250kHz～350kHz范围的超声频率的振动异常，随着故 障的发展，异常频率逐渐下降移到20kHz～60kHz。
2）第二阶段：轴承的固有频率振动阶段
随着轴承的运转，轴承滚动表面会产生轻微的缺陷，这些轻微缺陷引 起的振动会激起轴承部件的固有频率(fn)振动或轴承支承结构共振，一般振 动频率在500Hz～2kHz。
二、诊断技术和方法
1.滚动轴承的失效形式 1.滚动轴承的失效形式 2.滚动轴承的失效过程 2.滚动轴承的失效过程 3. 故障频率计算 4.振动特征的分析方法 4.振动特征的分析方法
1.滚动轴承的失效形式
1）疲劳剥落
滚动轴承的内外滚道和滚动体交替进入和退出承载区域，这些部件因长时间承 受交变载荷的作用，首先从接触表面以下最大交变切应力处产生疲劳裂纹，继而扩 展到接触表面在表层产生点状剥落，逐步发展到大片剥落，称之为疲劳剥落。疲劳 剥落往往是滚动轴承失效的主要原因，一般所说的轴承寿命就是指轴承的疲劳寿命。
滚动轴承的状态监测与故障判断
滚动轴承的状态监测与故障判断滚动轴承在机械设备中起着重要的作用，一旦发生故障，可能会导致设备停机，对生产造成不良影响。
滚动轴承的状态监测与故障判断对于设备的正常运转至关重要。
本文将从滚动轴承的状态监测方法以及故障判断技术两方面进行介绍。
滚动轴承的状态监测可以采用多种方法。
一般来说，常见的方法有振动信号监测、温度监测以及润滑油分析等。
振动信号监测是一种较为常用的滚动轴承状态监测方法。
通过在轴承上设置振动传感器，可以实时采集轴承振动信号，并对其进行分析。
正常情况下，滚动轴承的振动信号应该是稳定的，频率也应该在一定的范围内。
如果发现振动信号出现异常，频率突然增大或者波形发生变化，可能意味着轴承存在故障。
温度监测也是一种常用的滚动轴承状态监测方法。
通过在轴承上设置温度传感器，可以实时监测轴承的温度。
当轴承发生故障时，由于摩擦产生的热量会导致轴承温度升高。
通过监测轴承的温度变化，可以判断轴承是否存在故障。
润滑油分析也是一种常用的滚动轴承状态监测方法。
通过定期检测润滑油中的金属颗粒、污染物和酸值等指标，可以判断轴承的磨损程度和润滑状况。
如果发现润滑油中出现大量的金属颗粒或者酸值超过正常范围，可能意味着轴承存在故障。
除了状态监测，滚动轴承的故障判断也需要采用相应的技术。
常用的故障判断技术主要包括故障模式诊断和故障特征提取。
故障模式诊断是通过分析轴承故障的特征模式，判断故障的类型和程度。
常见的故障模式有疲劳断裂、卡死、胶合、磨损等。
通过对轴承进行振动分析、声学分析和红外热像等技术的应用，可以诊断出轴承的故障模式。
故障特征提取是通过分析轴承振动信号或者其他相关信号的频谱、波形和包络等特征，提取与轴承故障相关的特征参数。
通过对这些特征参数的分析和比较，可以判断轴承的故障类型和程度。
常见的特征参数有峭度、峰值因子、波形因子等。
滚动轴承的状态监测和故障判断对于设备的正常运转至关重要。
通过采用合适的监测方法和故障判断技术，可以及时发现轴承故障，并采取相应的维修措施，保证设备的正常运行。
滚动轴承状态的监测及故障识别方法
大 ， 出现异音 ， 动增大 的变化较缓慢 ， 时 ， 承幅 有时 但振 此 轴
度值开始突然达 到一定数值 。此时轴承 即表现为初期 故障。
这时 ， 就要对该轴承进行严密监测 ， 密切注意其变化 。此后 ，
运转 ， 采取必要的防范措施 。使 用热 感器可 以随时监测 轴承 的工作温度 ， 并实现 温度超过 规定值 时 自动报警 或停止 ， 防
１Байду номын сангаас ６
农 机 使 用 与 维 修
２０ ０８年第 ６期
滚 动 轴 承 状 态 的 监 测 及 故 障识 别 方 法
安 技 业 差陈浩 萎 国 工 学 大 徽Ｎ － 科 院…一
１滚 动 轴 承 状 态 的 监 测 ．
音与非轴 承声音 ， 为此 ， 应尽量 由专人来 进行这项 工作 。用
温度定单位显示 。正常情况 下 ， 轴承在 刚润滑或再润滑过后 会有 自然 的温度上升 ， 并且持续一或二天 。 通过润滑剂的状态进行识别 。对润滑剂 采样分析 ， 通过 其污浊程 度是否混 入异 物或金属 粉末 等进行 判断。该方法
不通过拆卸检查 即可识 别或预 测运转 中的轴 承有无 故
障， 这对提高生产率和经济性是 十分 重要的。运转 中的检查
项 目有轴承的滚动声 、 振动 、 温度的状态等 ， 主要 的识别 方法
如下 ：
通过轴 承的滚动声 音进行 识别。通过声 音进 行识别 需 要有丰富的经验 ， 必须经过充分的训练达 到能够识 别轴 承声
听音器或听音棒贴在外壳上可清楚地 听到轴承 的声音 ， 也可 采用测声器对运转中的轴 承的滚动声大 小及音质进行检查 ，
滚 动轴承的应用非常广泛 ， 其状态好坏 直接关系 到机械 车辆 的运行状态 。因此 ， 实际生产 中做好 滚动轴承状态监 测
滚动轴承的故障机理与诊断
动体的故障等。
温度诊断法
总结词
通过测量轴承的温度变化，判断轴承的工作状态是否正常。
详细描述
温度诊断法是一种间接的滚动轴承故障诊断方法。通过在轴承座或轴承端盖上安装温度传感器，监测轴承的工作 温度，可以判断轴承的工作状态是否正常。如果温度过高或温差过大，可能表明轴承存在故障，如润滑不良、摩 擦过大等。
04
滚动轴承故障诊断实例
实例一：振动诊断法的应用
01
总结词
振动诊断法是通过监测滚动轴 承的振动信号来判断其运行状
态的方法。
02
详细描述
振动诊断法具有非破坏性、实 时性等优点，通过分析振动信 号的频率、幅值和波形等信息 ，可以识别滚动轴承的故障类 型和位置，以及评估故障的严
重程度。
03
总结词
振动诊断法需要使用专业的振 动测量仪器，如振动分析仪或 频谱分析仪，对滚动轴承进行
促进智能化发展
随着工业4.0和智能制造的推进，对设备的监测和故障诊断要求越来越高。滚动轴承的故 障机理与诊断研究有助于推动设备智能化的发展，提高生产效率和产品质量。
对未来研究的建议
01
加强跨学科合作
滚动轴承的故障机理与诊断涉及多个学科领域，如机械工程、材料科学
、信号处理等。建议加强跨学科合作，综合运用各学科的理论和方法，
其在实践中的可行性和效果。
THANKS
声学诊断法
要点一
总结词
通过测量轴承的声学信号，分析其频率和幅值等信息，判 断轴承的故障类型和程度。
要点二
详细描述
声在 轴承座或轴承端盖上安装声学传感器，采集轴承的声学信 号，然后分析这些信号的频率和幅值等信息，可以判断轴 承是否存在故障以及故障的类型和程度。常见的故障类型 包括轴承内圈、外圈和滚动体的故障等。声学诊断法的优 点是可以在线监测轴承的工作状态，但受环境噪声影响较 大。
温度诊断法
总结词
通过测量轴承的温度变化，判断轴承的工作状态是否正常。
详细描述
温度诊断法是一种间接的滚动轴承故障诊断方法。通过在轴承座或轴承端盖上安装温度传感器，监测轴承的工作 温度，可以判断轴承的工作状态是否正常。如果温度过高或温差过大，可能表明轴承存在故障，如润滑不良、摩 擦过大等。
04
滚动轴承故障诊断实例
实例一：振动诊断法的应用
01
总结词
振动诊断法是通过监测滚动轴 承的振动信号来判断其运行状
态的方法。
02
详细描述
振动诊断法具有非破坏性、实 时性等优点，通过分析振动信 号的频率、幅值和波形等信息 ，可以识别滚动轴承的故障类 型和位置，以及评估故障的严
重程度。
03
总结词
振动诊断法需要使用专业的振 动测量仪器，如振动分析仪或 频谱分析仪，对滚动轴承进行
促进智能化发展
随着工业4.0和智能制造的推进，对设备的监测和故障诊断要求越来越高。滚动轴承的故 障机理与诊断研究有助于推动设备智能化的发展，提高生产效率和产品质量。
对未来研究的建议
01
加强跨学科合作
滚动轴承的故障机理与诊断涉及多个学科领域，如机械工程、材料科学
、信号处理等。建议加强跨学科合作，综合运用各学科的理论和方法，
其在实践中的可行性和效果。
THANKS
声学诊断法
要点一
总结词
通过测量轴承的声学信号，分析其频率和幅值等信息，判 断轴承的故障类型和程度。
要点二
详细描述
声在 轴承座或轴承端盖上安装声学传感器，采集轴承的声学信 号，然后分析这些信号的频率和幅值等信息，可以判断轴 承是否存在故障以及故障的类型和程度。常见的故障类型 包括轴承内圈、外圈和滚动体的故障等。声学诊断法的优 点是可以在线监测轴承的工作状态，但受环境噪声影响较 大。
滚动轴承的状态监测与故障判断
滚动轴承的状态监测与故障判断
滚动轴承是一种常见的机械设备，用于支撑旋转轴的运动。
由于长时间工作和外界环
境的影响，滚动轴承容易出现故障，对设备运行造成不良影响。
对滚动轴承的状态进行监
测和故障判断非常重要。
滚动轴承的状态监测主要包括振动、温度和声音三个方面。
振动监测是滚动轴承状态监测中最常用的方法之一。
通过对滚动轴承的振动信号进行
采集和分析，可以判断滚动轴承是否存在异常。
通常采用加速度传感器安装在滚动轴承上，通过测量振动信号的振幅、频率和相位等参数，可以判断轴承是否存在轴向、径向和角向
振动异常。
温度监测也是滚动轴承状态监测中的重要方法。
由于滚动轴承在工作过程中会产生摩
擦和热量，因此温度的升高可能是滚动轴承存在问题的信号。
通过在滚动轴承上安装温度
传感器，可及时监测轴承温度的变化，当温度超过设定的阈值时，即可判断轴承存在异常
情况。
对于滚动轴承的故障判断，可以通过上述状态监测方法得到的数据进行分析和对比。
当滚动轴承的振动频率突然增大、温度异常升高、噪音变得异常大时，很有可能是滚动轴
承出现了故障。
还可以制定一套滚动轴承健康状态和故障特征的模型，通过监测数据和模
型进行对比分析，准确判断滚动轴承是否存在故障。
滚动轴承的状态监测和故障判断是保证设备安全运行和提高设备可靠性的重要手段。
通过振动、温度和声音监测等方法，可以实时监测滚动轴承的状态，并根据监测结果进行
故障判断和预测，为设备的维护提供科学依据。
滚动轴承的状态监测与故障判断
滚动轴承是旋转机械的重要组成部分，同时也是旋转机械中最容易出现故障的部件之一。
它具有造价较低、润滑冷却方便、运行灵敏、使用效率较高、维修便捷等优点，在机械行业应用广泛。
据有关统计显示，在旋转机械故障率中有近30%的故障是由于滚动轴承发生故障而引起的，所以，对滚动轴承的状态监测和故障诊断进行研究势在必行。
监测与诊断的目的和意义滚动轴承正常运行与否，对于整机的可靠性、精度以及寿命等性能有很大的影响。
据有关统计显示，在旋转机械故障率中有近30%的故障是由于滚动轴承发生故障而引起的，在将故障诊断技术运用到生产中以后，事故率降低近70%，同时降低的维修费用也有近40%。
利用轴承状态监测技术可以了解轴承的使用性能，并对可能发生的故障进行早期检测，分析和预测可能发生的故障，进一步提高设备的管理水平和维修效率，经济效益十分显著。
轴承故障诊断的发展历程轴承故障诊断刚开始主要是依靠人工听觉来诊断，再有就是利用探听棒，这种方法在许多企业中目前仍在使用，不过一些工具已经被改进到电子听诊器等。
例如，当使用电子听诊器检测轴承故障时，具有经验丰富的人员可以凭经验诊断轴承疲劳剥落，有时还可以诊断出损伤发生的位置，但由于其它的外部原因，这种方法的可靠性有时会无法得到保证。
随着科技的发展，越来越多的振动仪器被运用到滚动轴承的状态监测工作中。
这些仪器利用振动位移、速度和加速度的均方根值（RMS）或峰值来判断轴承是否有故障。
这些仪器减少了我们对经验的依赖，使得监测和诊断的准确性有了很大的提高，但是在故障发生的初始阶段仍然很难及时做出准确的诊断。
瑞典公司在多年研究轴承故障机理的基础上，于1966年发明了脉冲计检测轴承损伤的方法，很大程度上提高了滚动轴承故障诊断工作的准确性和及时性。
此后，许多公司都安装了大量的振动监测传感器来监测轴承的长期运行，再有就是航天领域也采用了这样的监测仪器。
1976-1983年，公司研制了NB系列轴承监测仪，利用轴承振动信号的1~15kHz范围，测量了轴承故障的均方根和峰值。
滚动轴承的状态监测与故障判断
滚动轴承的状态监测与故障判断摘要：滚动轴承作为旋转机械设备的关键部件，同时也是旋转机械最易损坏的零件之一，其产生失效的初始阶段，由于失效程度较为轻微，往往不易被发现，只有当失效发展到明显过热、强烈振动或滚动噪声足够大时才会被发现。
往往由于发现不及时引起设备停机或设备损坏，造成生产上不应有的损失。
利用监测系统对滚动轴承实施在线监测，可以精确诊断轴承故障，便于制定维护、维修管理方案。
关键词：滚动轴承；状态监测；故障判断前言轴承是影响机械设备的关键，对机组轴承的状态检测、故障诊断与维护势在必行。
随着现代信息技术的进一步发展，信息技术已经被广泛应用在故障诊断中，并成为保证机组轴承运行能力的关键。
1滚动轴承的主要失效形式在轴承的正常运行条件下，振动型号的频谱范围窄，此时所能够产生的振幅小，噪音也很小，此时微小的振动可能是轴承本身所存在的小缺陷所引起的。
在轴承稳定运行期间，振动波形是有规律的，并且振幅也在控制在一定水平下。
而随着运行时间增加，轴承逐渐达到运行寿命，失效现象开始出现，而此时的轴承会因各种失效原因而出现加剧振动问题，此时的轴承出现故障，文章将其分为以下四个时段：（1）滚动轴承故障的初始阶段。
此阶段是故障出现的萌芽阶段，轴承的各项指标都正常，只有在尖峰能量上可以发现少许的变化，同时频谱建设结果也能发现一些异常，机组整体运行相对平稳。
（2）滚动轴承的轻微故障阶段。
此阶段轴承运行期间的噪音逐渐增加，但是统计结果发现轴承的各项运行指标相对正常，而尖峰能力已经发现明显的突变，谱宽明显增大，机组运行失稳现象开始出现。
（3）滚动轴承的宏观故障阶段。
在这个阶段，已经认为听到噪音，监测系统发现轴承的工作温度异常变化，平铺图上能够发现谱宽增加，出现明显的混乱；尖峰能量持续增加，一般在此阶段就是更换轴承的最佳时机。
（4）滚动轴承故障的最后阶段。
该阶段是轴承运行的临界点，随时有可能引发灾难性后果，应该注意避免轴承在此阶段运行。
滚动轴承的故障及诊断技术
滚动轴承的频谱分析
2、诊断思路
高频段 是否有 能量堆 积或峰 群出现
有：存 在早期 故障
无：没 有早中 期故障
在低频段出现轴承 的通过频率
通过频率的峰值增 大，故障恶化
滚动轴承的频谱分析
3、理论依据
1）轴承疲劳后，加速度谱图上出现高频峰群。
2）确认故障特征频率处有峰，表明存在该种故 障，若还有明显的倍频成分，表明故障严重。
• 确认外圈故障特征频率n f0处有峰，表明外 圈有故障。
• 确认内圈故障特征频率n fi处有峰，还有间 隔为1×的边频，表明内圈存在故障。
• 确认滚动体故障特征频率n zfb处有峰，还有 边频，边带间隔为保持架故障特征频率，表 明滚动体有故障。
滚动轴承的频谱分析
4、滚动轴承的故障频谱特征
第 一 阶 段 第 二 阶 段 第 三 阶 段 第 四 阶 段
测点4在高频段无能量堆积，且加速度幅值 很小。这说明测点4处的滚动轴承目前正处 在正常状态。
诊断（4）频域分析
从测点3轴向及测点4水平方向的速度幅值 谱可看出，出现了转轴旋转频率 25Hz(1450/60)及其倍频。并且基本上高次 谐波的幅值大于转频。这是典型的平行不 对中故障特征。
测点2轴向加速度时域波形，存在着冲击现 象。幅值谱图在高频段有能量堆积并有较 高的峰值。这说明电机侧测点2处滚动轴承 可能存在这着中期故障。
单位:m/s2
测试方向 水平方向 垂直方向
10月28日 19.7 15.2
12月9日 34.6 46.6
12月19日 46.0 38.6
ห้องสมุดไป่ตู้
12月27日 11.6 9.80
趋势图与趋势分析
• 频率范围大约是500-2000Hz，末期固有频率附 近出现边频。旁波振幅的大小相对于轴承损坏 频率的谐波是非常重要的指标。
滚动轴承的状态监测与故障判断
滚动轴承的状态监测与故障判断随着工业自动化水平的不断提高，滚动轴承作为机械设备中重要的动力传递部件，在机械设备中得到了广泛的应用。
由于滚动轴承工作环境的复杂性和工作条件的限制，滚动轴承会受到各种力和振动的影响，从而导致滚动轴承的状态发生变化，甚至出现故障。
滚动轴承的状态监测与故障判断显得尤为重要。
通过对滚动轴承的状态进行实时监测和故障进行判断，可以有效预测滚动轴承的寿命，提前发现滚动轴承的故障状态，确保机械设备的正常运转，减少停机维修时间，提高生产效率和设备可靠性，降低维护成本。
本文将从滚动轴承的故障原因、常用的状态监测方法和故障判断技术等方面进行综述，为相关领域的研究和实践提供参考。
一、滚动轴承的故障原因1.1载荷在机械设备的工作过程中，滚动轴承承受来自外部环境和工作负荷的作用，包括径向载荷、轴向载荷和转矩载荷等。
当载荷过大或者不均匀分布时，会导致滚动轴承的变形和损伤，从而降低滚动轴承的寿命。
1.2振动振动是导致滚动轴承故障的常见原因之一。
机械设备在工作过程中会产生各种振动，而过大的振动会直接影响滚动轴承的工作稳定性，引起滚动体和轨道的磨损和损伤。
1.3温度滚动轴承在工作时会因为摩擦和载荷的作用而产生热量，使得滚动轴承的温度升高。
当滚动轴承的温度超过设计范围时，会导致滚动轴承内部的润滑脂老化和流失，使得滚动轴承的摩擦系数增大，从而加速滚动轴承的磨损和损伤。
1.4润滑良好的润滑可以有效减少滚动轴承的摩擦和损耗，延长滚动轴承的使用寿命。
而不良的润滑会导致滚动轴承的磨损和损坏，进而引起滚动轴承的故障。
1.5封闭滚动轴承的封闭性能直接影响着滚动轴承的使用寿命。
当封闭性能不足或者密封件老化破损时，会导致外部杂质和水分进入滚动轴承内部，进而引起滚动轴承的故障。
2.1振动监测振动是导致滚动轴承故障的重要原因之一。
通过监测滚动轴承的振动情况，可以及时发现滚动轴承的异常状态，预测滚动轴承的寿命。
常用的振动监测技术包括加速度传感器和振动分析仪等。
滚动轴承的状态监测与故障判断
滚动轴承的状态监测与故障判断滚动轴承是一种常见的机械设备中的元件，其主要作用是减少机械设备中的摩擦和磨损，以达到增加机械设备使用寿命的目的。
随着现代工业的不断发展与进步，滚动轴承在机械设备中的使用也越来越普遍。
然而，长期以来，滚动轴承的故障和损坏一直是机械设备运行中不可忽视的问题。
因此，及时做好滚动轴承的状态监测与故障判断对于机械设备的正常运行和保养非常重要。
滚动轴承的状态监测主要包括以下几个方面：1. 声音状态监测：通过听声识别轴承故障的声音，判断轴承是否存在噪声等异常声音。
2. 温度状态监测：通过测量轴承的温度来判断轴承是否存在过热现象，以及过热现象是否足以影响轴承的使用寿命。
3. 振动状态监测：通过振动传感器对轴承进行振动监测，判断轴承是否存在振动异常，并分析振动的原因。
4. 油润滑状态监测：通过判断轴承油液的清洁程度和油液质量，来判断轴承的润滑状态。
以上状态监测的方法综合运用，可以有效地对滚动轴承的状态进行监测，及时发现轴承存在的问题，并进行必要的修复措施。
1. 外观判断：通过对轴承的外观进行检查，判断轴承是否存在外观缺陷。
3. 油液检查：通过对轴承的润滑油液进行检查，判断轴承是否存在油液污染、流量不足等问题。
滚动轴承的故障判断需要对轴承进行全方位的检查，尤其对于内部零件的检查和油液状态的检查是关键。
通过多种故障判断方法的综合应用，可以更为准确地判断轴承的故障状况，更好地进行修复措施。
总之，滚动轴承的状态监测与故障判断工作对于机械设备的正常运行和保养同样重要，应该得到足够的重视和关注。
通过对滚动轴承的状态进行及时监测，可以避免轴承故障导致机械设备的停机维修，从而提高机械设备的运行效率和使用寿命。
机械故障诊断—第五章滚动轴承的故障诊断
f bn
=
0.424 r
E
2r
（5.1）
其中 r 为钢球的半径（m），ρ为材料密度（kg/m3）,E 为钢球的弹性模量（N/m2） 当滚动轴承为钢材时，其内外圈的固有频率可用下式计算：
f (i,o)n
= 9.4 105
h D2
பைடு நூலகம்
n(n 2 n2
1) 1
（5.2）
其中 h 为圆环的厚度（mm），D 为圆环中性轴的直径（m），n 为振动阶数（变形波数见图
第一节 滚动轴承的失效形式及振动机理 一、概述
旋转机械是设备故障诊断工作的重点，而旋转机械的故障有相当大的比例与滚 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 故障诊断工作的重要性。
最初的轴承故障诊断是利用听棒，靠听觉来判断。这种方法至今仍然在沿用，
单个滚动体（或保持架）相对于外圈的旋转频率为
p
f oc
= VB lm
=
2 (D d) fn
pD
=
1 2
1
d D
fn
（5.5）
其中 lm 为滚道节圆周长。 如果外圈滚道上某处有一缺陷时，则Z 个滚动体滚过该缺陷时的频率为
Zf oc
=
1 2
1
d D
f
n
Z
（5.6）
如果内圈上有一处缺陷点时，Z 个滚动体滚过该缺陷时的特征频率为
硬度很高的异物侵入时都会在滚道表面形成凹痕或划痕。这将使轴承在运转过程中产 生剧烈的振动和噪声。而且一旦有了压痕，压痕引起的冲击载荷会进一步引起附近表 面的剥落。
4．锈蚀 锈蚀是滚动轴承最严重的问题之一，高精度的轴承可能会由于表面锈蚀导致
滚动轴承状态检测与故障诊断
滚动轴承状态检测与故障诊断目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (1)Key words (1)第1章绪论 (2)一、滚动轴承的失效形式 (2)1．滚动轴承的疲劳失效 (2)2．滚动轴承的胶合失效 (2)3．滚动轴承的磨损失效 (2)4．滚动轴承的烧伤失效 (2)5．滚动轴承的腐蚀失效 (2)6．滚动轴承的破损失效 (3)7．滚动轴承的压痕失效 (3)二、设备故障诊断技术的发展概况 (3)第2章设备故障诊断的技术基础和振动诊断方法 (4)一、设备故障诊断的概述 (4)二、设备故障诊断技术常见方法 (4)1．时域分析法 (5)2．频域分析法 (5)3．时频分析法 (5)4．智能诊断 (5)第3章滚动轴承的主要诊断方法 (6)一、振动信号简易诊断法 (6)１．振幅值诊断法 (6)２．波形因数诊断法 (6)３．波峰因数诊断法 (6)４．概率密度诊断法 (6)二、油液分析诊断 (7)三、温度监测诊断法 (7)四、间隙（游隙）监测诊断法 (7)参考文献 (8)致谢 (9)摘要：滚动轴承是机械设备中最常见的零部件，其性能与工况的好坏直接影响到与之相联的转轴以及安装在转轴上的齿轮乃至整个机器设备的性能。
据统计，在使用轴承的旋转机械中，大约有30％的故障都是由于轴承引起的。
因此，研究滚动轴承的失效机理，提出相应的预防和维护措施，对于降低设备的维修费用，延长设备维修周期，提高经济效益，保证设备的长期安全稳定运行，均有现实的意义。
关键词：滚动轴承；故障；振动；诊断Abstract：Rolling bearing is the mechanical equipment is the most common parts, its performance and modes of the direct influence on the shaft and the associated with the gear axis installed in the whole machine equipment performance. According to statistics, in the use of rotating machine, bearing about 30% of the fault is due to bearing cause. Therefore, the study of rolling bearings failure mechanism and corresponding preventive and maintenance measures, for reducing the equipment of the cost of maintenance of the equipment, prolong maintenance cycle, to improve the economic benefit and guarantee the safe and stable operation of the equipment's long-term, all have realistic significance.Key words：Bearing；vibration；fault；diagnosis第1章绪论滚动轴承是机械设备中最常见的零部件，其性能与工况的好坏直接影响到与之相联的转轴以及安装在转轴上的齿轮乃至整个机器设备的性能。
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图 IFD法的信号变换过程
二、滚动轴承的精密诊断 1.轴承外滚道损伤
当轴承外滚道产生损伤时，如剥落、裂纹、点蚀等（如图2 所示），在滚动体通过时也会产生冲击振动。由于点蚀的位置 与载荷方向的相对位置关系是一定的，所以，这时不存在振幅 调制的情况，振动频率为nfo ( n＝1，2,…），振动波形如图 所示。
f ci { fi1[1 d (cos ) / D] f o1[1 d (cos ) / D]}/ 2
Z-滚动体数、 f r -内外环相对转速频率、d-滚动体直径、 1 D-节圆直径、α-接触角、 fi1、 f o分别为内外环转速频率，二 者方向一致取正号，方向相反则取负号。
3、滚动轴承元件的固有振动频率
图 轴承疲劳试验过程
5.滚动轴承的冲击脉冲诊断法（SPM法）
5.滚动轴承的冲击脉冲诊断法（SPM法）
总的冲击能量dBsv与初始冲击能量dBi之差称为标准冲击能量 (背景分贝 )dBN
dBN=dBsv-dBi
图 冲击脉冲值与轴承寿命的关系
图
冲击脉冲仪示意图
6.滚动轴承共振解调诊断法（IFD法）
滚动轴承的频谱分析
诊断思路
• 高频段 是否有 能量堆 积或峰 群出现 有：存 在早中 期故障 无：没 有早中 期故障 在低频段出现轴 承的故障特征频 率及倍频
故障特征频率的 峰值增大，故障 恶化
第三节 滚动轴承的故障诊断方法
一、滚动轴承的简易诊断
1.振幅值诊断法 振幅值指峰值XP、均值X以及均方根值（有效值）Xrms。 峰值反映的是某时刻振幅的最大值，因而它适用于像表面点 蚀损伤之类的具有瞬时冲击的故障诊断。另外，对于转速较低的 情况（如300r/min以下），也常采用峰值进行诊断。 均值用于诊断的效果与峰值基本一样，其优点是检测值较峰 值稳定，但一般用于转速较高的情况（如300r/min以上）。 均方根值是对时间平均的，因而它适用于像磨损之类的振幅 值随时间缓慢变化的故障诊断。 日本NSK公司生产NB系列轴承监测仪和新日铁研制的MCV-21A型 机械监测仪就是这类仪器。
第二节 滚动轴承的失效形式
滚动轴承常见的失效形式：
滚动轴承尺寸的选择2
疲劳点蚀或剥落
磨 损
胶 合
断 裂
保持架损坏
烧 伤
第三节 滚动轴承的振动
与轴承的结构有关的振动 ——无论轴承正常与否，都会产生振动
与轴承滚动表面状况有关的振动两种类型
——反映了轴承的损坏状况
一、滚动轴承的振动机理 1、承载状态下滚动轴承的振动
第五章
滚动轴承的状态 监测与故障诊断
概述
滚动轴承的失效形式
滚动轴承的振动
滚动轴承的故障诊断方法
第一节
概述
•外圈
•内圈
•滚动体
•保持架
滚动轴承的故障诊断开始于60年代。 1966年瑞典SKF公司发明了用冲击脉冲仪（Shock Pulse Meter）检测轴承损伤，将滚动轴承的故障诊 断水平提高了一个档次。 1969年，根据滚动轴承的运动分析得出了滚动轴 承的滚动体在内外滚道上的通过频率和滚动体及保持 架的旋转频率的计算公式。 1976年，日本新日铁株式会社研制了MCV系列机器 检测仪，可分别在低频、中频和高频段检测轴承的异 常信号。
式中R—钢球半径；
二、测点的选择
滚动轴承因故障引起的冲击振动由冲击点以半球面波方式 向外传播，通过轴承零件、轴承座传到箱体或机架。由于冲击振 动所含的频率很高，每通过零件的界面传递一次，其能量损失约 80％。因此，测量点应尽量靠近被测轴承的承载区，应尽量减少 中间传递环节，探测点离轴承外圈的距离越近越直接越好。
四、传感器的选择与固定方式
滚动轴承的振动属于高频振动，对于高频振动的测量，传 感器的固定采用手持式方法显然不合适，一般也不推荐磁性座 固定，建议采用钢制螺栓固定，这样不仅谐振频率高，可以满 足要求，而且定点性也好，对于衰减较大的高频振动，可以避 免每次测量的偏差，使数据具有可比性。
五、轴承失效的四个阶段
（1）轴承结构特点引起的振动 滚动轴承在承载时，由于在不同位置承载的滚子数目不同， 因而承载刚度会有所变化，引起轴心的起伏波动。要减少这种振 动的振幅可以采用游隙小的轴承或加预紧力去除游隙。
（2）轴承刚度非线性引起的振动 滚动轴承的轴向刚度常呈非线性，特别是当润滑不良时， 易产生异常的轴向振动。在刚度曲线呈对称非线性时，振动 频率为fn, 2fn., 3fn,…；在刚度曲线呈非对称非线性时，振动 频率为 …分数谐频（fn为轴回转频率）。
图 轴承偏心引起的轴承振动
滚动体大小不均匀引起轴心摆动
滚动体大小不均匀会导致轴心摆动，还有支承刚性的 变化。。
图 滚动体大小不均匀引起的轴心
2、故障轴承振动信号特征
（1）磨损类损伤 轴承磨损后产生的振动同正常轴承的振动具有相同的性质， 即两者的波形均无规则、随机性强，但磨损后振动水平（幅值） 明显高于正常轴承。
３、滚动体损伤
当轴承滚动体产生损伤时，如剥落、裂纹、点蚀等，缺陷部 位通过内圈或外圈滚道表面时会产生冲击振动。 在滚动轴承无径向间隙时，会产生频率为nZfb（n＝1，2,…） 的冲击振动。 通常滚动轴承都有径向间隙，因此，同内圈存在点蚀时的情况 一样，根据点蚀部位与内圈或外圈发生冲击接触的位置不同，也 会发生振幅调制的情况，此时是以滚动体的公转频率fc进行振幅 调制。这时的振动频率为nZfb＋fc 。
3．高频段 在滚动轴承的故障诊断中，高频率段指20～80kHz频率范围。 由于轴承故障引起的冲击有很大部分冲击能量分布在高频段， 如果采用合适的加速度传感器和固定方式保证传感器较高的谐振 频率，利用传感器的谐振或电路的谐振增强所得到衰减振动信号， 对故障诊断非常有效。瑞典的冲击脉冲计（SPM）和美国首创的 IFD法就是利用这个频段。
2. 波形因数诊断法
波形因数定义为峰值与均值之比（ X P X ）。当XP/X 值过 大时，表明滚动轴承可能有点蚀；而XP/X 小时，则有可能发 生了磨损。
图
滚动轴承冲击振动的波形因数
3.波峰因数诊断法
波峰因数定义为峰值与均方根值之比（XP/Xrms)。 该值用于滚动轴承简易诊断的优点在于它不受轴承尺寸、转 速及载荷的影响。适用于点蚀类故障的诊断。通过对（XP/Xrms) 值随时间变化趋势的监测，可以有效地对滚动轴承故障进行早 期预报，并能反映故障的发展变化趋势。 当滚动轴承无故障时，XP/Xrms，为一较小的稳定值；一旦 轴承出现了损伤，则会产生冲击信号，振动峰值明显增大，但 此时均方根值尚无明显的增大，故XP/Xrms增大；当故障不断扩 展，峰值逐步达到极限值后，均方根值则开始增大，XP/Xrms逐 步减小，直至恢复到无故障时的大小。
伤时，如：剥落、裂纹、点蚀等（如图所示），若滚 动轴无径向间隙时，会产生频率为nfi（n＝1，2,…）的冲击振动。
图
内滚道损伤振动特征
通常滚动轴承都有径向间隙，且为单边载荷，根据点蚀部分与滚动体 发生冲击接触的位置的不同，振动的振幅大小会发生周期性的变化，即发生 振幅调制。若以轴旋转频率fr进行振幅调制，这时的振动频率为nZfi±fr (n=l，2…)；若以滚动体的公转频率(即保持架旋转频率) fc进行振幅调制， 这时的振动频率为nZfi±fc (n= 1，2，…)。
滚动轴承元件出现缺陷或结构不规则时，在运行中，激发 各个元件以其固有频率振动，各轴承元件的固有频率取决于元 件本身的材料、外形和质量。 轴承圈在的固有频率为：
式中n—振动阶数（变形波数），n＝2，3，…；E—弹性 模量；I—套圈横截面的惯性矩；γ—密度；A—套圈横截面积， A≈bh；D—套圈横截面中性轴直径； g—重力加速度。 钢球振动的固有频率为：
利用解调技术对信号进行频谱分析的过程如图所示。轴承故障引起的冲 击脉冲F(t)经传感器拾取及谐振，得到放大的高频衰减振动a（t），再经 包络检波得到的波形a1（t），相当于将故障引起的脉冲加以放大和拓宽， 并且摒除了其余的机械干扰，最后作频谱分析可以得到与故障冲击周期T相 对应的频率成分f及其高次谐波。据此，可以用于滚动轴承故障及故障部位 的诊断。
美国波音公司提出的一项技术，称为早期故障探测法（Incipient Failure Detection）。
轴承故障会产生周明性的冲击振动信号，通常是高频低幅值信号， 在故障的早期和中期，因不平衡、不对中、松动等故障的幅值较高，在 常规速度谱和加速度谱难以观察到轴承的故障频率。现场使用最多的是 带磁座的压电加速度传感器，对常规振动通常取传感器安装共振频率的 1/3，以保证所测谱线幅值在线性范围之内。包络分析采用带通滤波器， 通常选取以加速度传感器安装共振频率为中心的频带做为载波频率，使 微弱的轴承故障信号搭载在高幅值的谐振频段传递出来，否则高频低幅 的轴承故障信号在多个界面经过反射、衰减之后，传感器很难拾取。再 对所测信号进行绝对值处理，之后采用低通滤波，即可获得调制信号的 包络线，然后进行快速傅立叶变换FFT，便可得到轴承的包络谱，这个过 程也称为共振解调。
图 传感器位置对故障检测灵敏度的影响
三、分析谱带的选择
滚动轴承的故障特征在不同频带上都有反映，因此，可以利用 不同的频带，采用不同的方法对轴承的故障做出诊断。 1．低频段 在滚动轴承的故障诊断中，低频率段指1kHz以下的频率范围。 由于轴承的故障特征频率（通过频率）通常都在1kHz以下，此 法可直接观察频谱图上相应的特征谱线，做出判断。 2．中频段 在滚动轴承的故障诊断中，中频段指1～20kHz频率范围。包 含有轴承元件表面损伤引起的轴承外圈的固有振动频率等。通过 分析这一频带内的振动信号，可以较好地诊断出轴承的损伤类故 障。如果测量用的传感器谐振频率较高，那么由于轴承损伤引起 的冲击在高频带（20kHz以上），对此频带分析也可以诊断出轴 承的故障。
图 轴承的轴向刚度
（3）轴承制造装配的原因 加工面波纹度引起的振动 由轴承零件的加工面（内圈、外圈滚道面及滚动体 面）的波纹度引起的振动和噪声在轴承中比较常见， 这些缺陷引起的振动为高频振动（比滚动体在滚道上 的通过频率高很多倍）。