滚动轴承的状态检测与故障诊断

滚动轴承故障诊断系统设计滚动轴承是机械传动系统中常用的一种轴承结构，其故障对机械设备的运行稳定性和工作效率都有着重要影响。

为了及时发现并准确诊断滚动轴承故障，设计一个滚动轴承故障诊断系统至关重要。

本文将以滚动轴承故障诊断系统为例，对其进行详细的设计。

滚动轴承故障主要分为疲劳破裂、轴承内部损伤和润滑不良等几种情况。

为了对这些故障进行准确判断，我们可以采用振动特征和声音特征相结合的方法进行诊断。

系统的设计主要包括传感器采集、信号处理和故障诊断三个部分。

1.传感器采集传感器采集是整个系统的基础，需要采集滚动轴承运行状态下的振动信号和声音信号。

振动信号可以通过加速度传感器或振动传感器获取，而声音信号可以通过麦克风获取。

在采集信号时，需要注意信号的采样频率和分辨率，以充分获取故障特征。

2.信号处理采集到的振动信号和声音信号需要经过信号处理，提取其中的故障特征。

常用的信号处理方法包括时域分析、频域分析和小波分析。

时域分析可用于提取振动波形的均值、峰值和波形形状信息；频域分析可用于提取振动信号在不同频率上的能量分布，如功率谱密度和频率谱图；小波分析能够同时提取时域和频域特征。

3.故障诊断通过信号处理后，可以得到滚动轴承的振动特征和声音特征。

对这些特征进行分析和对比，即可进行故障诊断。

例如，如果识别到频率谱图上存在明显的功率峰，且其频率接近滚动轴承的特征频率，可以判断为疲劳破裂故障；如果声音信号中出现明显的金属碰撞声，可以判断为滚动体和内圈或外圈之间的摩擦故障。

此外，滚动轴承故障诊断系统还可以进行故障程度评估，即评估轴承故障的严重程度。

这可以通过比较故障特征与正常状态下的参考特征进行，如与正常振动信号的差异、与故障前的特征进行对比等。

以上是滚动轴承故障诊断系统的设计方案。

它可以实时监测滚动轴承的运行状态，及时发现并准确诊断故障，为机械设备提供保护。

同时，系统设计还可以根据实际情况进行扩展，如添加温度传感器用于检测滚动轴承的温度等。

滚动轴承故障诊断滚动轴承是应用最为广泛的机械零件质疑，同时，它也是机器中最容易损坏的元件之一。

许多旋转机械的故障都与滚动轴承的状态有关。

据统计，在使用滚动轴承的旋转机械中，大约有30%的机械故障都是由于轴承而引起的。

可见，轴承的好坏对机器工作状态影响极大。

通常，由于轴承的缺陷会导致机器产生振动和噪声，甚至会引起机器的损坏。

而在精密机械中（如精密机床主轴、陀螺等），对轴承的要求就更高，哪怕是在轴承上有微米级的缺陷，都会导致整个机器系统的精度遭到破坏。

最早使用的轴承诊断方法是将听音棒接触轴承部位，依靠听觉来判断轴承有无故障。

这种方法至今仍在使用，不过已经逐步使用电子听诊器来替代听音棒以提高灵敏度。

后来逐步采用各式测振仪器、仪表并利用位移、速度或加速度的均方根值或峰峰值来判断轴承有无故障。

这可以减少对设备检修人员的经验的依赖，但仍然很难发现早期故障。

随着对滚动轴承运动学、动力学的深化研究，对轴承振动信号中频率成分和轴承零件的几何尺寸及缺陷类型的关系有了比较清楚的了解，FFT级数的发展也使得利用频率域分析和检测轴承故障成为一种有效的途径。

也是目前滚动轴承监测诊断的基础。

从发展的历程看，滚动轴承故障检测诊断技术大致经历了以下阶段：1961年，W.F.Stokey完成了轴承圈自由共振频率公式的推导，并发表；1964年，O.G.Gustafsson研究了滚动轴承振动和缺陷、尺寸不均匀及磨损之间的关系，这与目前诊断滚动轴承故障的方法是基本一致的；1969年，H.L.Balderston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。

至此，有关滚动轴承监测诊断的理论体系已经基本完成；1976年，日本新日铁株式会社研制了MCV-021A机器检测仪，其方法是通过检测低频、中频和高频段轴承的信号特征来判断轴承的工作状态；1976～1983年之间，日本精工公司也积极在滚动轴承检测仪器方面做工作，相继推出了NB系列轴承检测仪，利用1～15kHz范围内的轴承振动信号的有效值（rms）和峰峰值（p－p）来诊断轴承的故障；1980年代至今，以改良频率分析的方法来精密诊断滚动轴承的故障、确定故障位置，一直是精密诊断采取的必备方法，其中包括细化谱分析、倒频谱分析、共振解调技术、包络分析技术等。

滚动轴承内圈故障特征
滚动轴承内圈的故障特征可能包括：
1. 轴承内圈出现裂纹，这可能是由于装配过盈量太大，配合不当，受到较大的冲击载荷，或者制造质量不良，轴承材料内部有缺陷。

2. 轴承内圈的金属剥落，这可能是由于冲击力或交变载荷使滚道和滚动体产生疲劳剥落，内外圈安装歪斜造成过载，间隙调整过紧，配合面间有铁屑或硬质杂物，或者选型不当。

3. 轴承内圈的表面出现点蚀麻坑，这可能是由于油液黏度过低，抗极压能力低，或者超载。

4. 轴承内圈咬死，这可能是由于严重发热造成局部高温。

5. 轴承内圈磨损，这可能是由于润滑不良，超载、超速，装配不良、间隙调整过紧，或者轴承制造质量不高。

以上信息仅供参考，具体故障特征及可能的原因和解决方案需要根据实际情况进行判断。

如遇到相关问题，建议寻求专业人员的帮助。

为了尽可能长时间地以良好状态维持轴承本来的性能，必须保养、检测、检修、以求防事故于未然，确保运转的可靠性，提高生产性、经济性。

对长期运行中的设备来讲，平时的检测跟踪尤为重要，检测项目包括轴承的旋转音、振动、温度、润滑剂的状态等，根据检测结果，设备维护人员可以准确地判断设备的问题点，提早作出预防和解决方案。

一、异常旋转音分析诊断异常旋转音检测分析是采用听诊法对轴承工作状态进行监测的分析方法，常用工具是木柄长螺钉旋具，也可以使用外径为20mm左右的硬塑料管。

相对而言，使用电子听诊器进行监测，更有利于提高监测的可靠性。

轴承处于正常工作状态时，运转平稳、轻快，无停滞现象，发生的声响和谐而无杂音，可听到均匀而连续的“哗哗”声，或者较低的“轰轰”声。

异常声响所反映的轴承故障如下：1、轴承发出均匀而连续的“咝咝”声，这种声音由滚动体在内外圈中旋转而产生，包含有与转速无关的不规则的金属振动声响。

一般表现为轴承内加脂量不足，应进行补充。

若设备停机时间过长，特别是在冬季的低温情况下，轴承运转中有时会发出“咝咝沙沙”的声音，这与轴承径向间隙变小、润滑脂工作针入度变小有关。

应适当调整轴承间隙，更换针入度大一点的新润滑脂。

2、轴承在连续的“哗哗”声中发出均匀的周期性“嗬罗”声，这种声音是由于滚动体和内外圈滚道出现伤痕、沟槽、锈蚀斑而引起的。

声响的周期与轴承的转速成正比。

应对轴承进行更换。

3、轴承发出不规律、不均匀的“嚓嚓”声，这种声音是由于轴承内落入铁屑、砂粒等杂质而引起的。

声响强度较小，与转数没有联系。

应对轴承进行清洗，重新加脂或换油。

4、轴承发出连续而不规则的“沙沙”声，这种声音一般与轴承的内圈与轴配合过松或者外圈与轴承孔配合过松有关系。

声响强度较大时，应对轴承的配合关系进行检查，发现问题及时修理。

二、振动信号分析诊断轴承振动对轴承的损伤很敏感，例如剥落、压痕、锈蚀、裂纹、磨损等都会在轴承及振动测量中反映出来。

所以，通过采用特殊的轴承振动测量器（频率分析器等）可测量出振动的大小，通过频率分布可推断出异常的具体情况。

滚动轴承故障诊断方法与技术综述引言：滚动轴承作为机械设备中常用的零部件之一，承担着支撑和传递载荷的重要作用。

然而，由于使用环境的恶劣和工作条件的复杂性，滚动轴承往往容易出现各种故障。

因此，为了保证机械设备的正常运行和延长轴承寿命，对滚动轴承的故障进行准确诊断非常重要。

一、故障诊断方法1. 观察法观察法是最常用的故障诊断方法之一。

通过观察滚动轴承的外观和运行状态来判断是否存在故障。

例如，如果发现滚动轴承有异常噪声、温度升高、润滑油泡沫、振动加剧等现象，很可能是轴承出现了故障。

2. 振动诊断法振动诊断法是一种先进的故障诊断方法，可以通过检测轴承的振动信号来判断轴承是否存在故障。

通过分析振动信号的频谱图，可以确定轴承故障的类型和位置。

常用的振动诊断方法包括时域分析、频域分析和小波分析等。

3. 声音诊断法声音诊断法是一种通过听觉判断轴承故障的方法。

通过专业人员对轴承产生的声音进行听觉分析，可以判断轴承是否存在异常。

常见的轴承故障声音包括金属碰撞声、摩擦声和振动声等。

4. 热诊断法热诊断法是一种通过测量轴承的温度来判断轴承故障的方法。

由于轴承在故障状态下会产生摩擦热，因此轴承的温度可以间接反映轴承的工作状态。

通过测量轴承的温度分布，可以判断轴承是否存在异常。

二、故障诊断技术1. 模式识别技术模式识别技术是一种基于机器学习的故障诊断技术，可以根据轴承的振动信号和声音信号等特征，通过训练模型来识别轴承的故障类型。

常用的模式识别技术包括支持向量机、神经网络和决策树等。

2. 图像诊断技术图像诊断技术是一种通过图像处理和分析来判断轴承故障的技术。

通过对轴承的外观图像进行特征提取和分类，可以实现对轴承故障的自动诊断。

常用的图像诊断技术包括边缘检测、纹理分析和目标识别等。

3. 声音信号处理技术声音信号处理技术是一种通过对轴承声音信号进行滤波、频谱分析和特征提取等处理，来判断轴承故障的技术。

通过对声音信号的频谱图和时域图进行分析，可以判断轴承故障的类型和位置。

滚动轴承寿命预测与故障诊断滚动轴承是机械传动系统中常用的一种关键零部件，因其结构简单、可靠性高、运转稳定等特点被广泛应用于工业制造、交通运输、航天航空等领域。

然而，在长期的使用中，由于负载、转速、温度等因素的影响，滚动轴承很容易出现各种故障，严重影响机械设备的正常性能。

因此，预测滚动轴承的寿命并对其故障进行诊断具有极其重要的意义，不仅能够减少机器设备的维修成本，更能提高机器设备的运行效率和安全性。

一、滚动轴承寿命预测的基本理论滚动轴承寿命预测是指通过对滚动轴承在特定工况下的运行情况进行数学模型建立和系统分析，来预测滚动轴承在未来一段时间内的使用寿命。

其基本理论是寿命公式理论，即基于统计学原理，通过对有限数量的试验数据进行分析，来估计大量相似产品的寿命。

该理论最早由Weibull提出，现广泛应用于各种设备的寿命预测中。

滚动轴承的寿命是指在一定的负载、转速、温度等工况条件下，维持基本性能的使用寿命。

通常将运转时间作为寿命评定标准，其评定方法有两种，即L10寿命和L50寿命。

其中L10寿命是指在有10%以上的滚动轴承失败的情况下所需要的运转时间，L50寿命则是指在有50%以上的滚动轴承失败的情况下所需的运转时间。

滚动轴承寿命预测的方法一般有以下几种：1、基于模型的预测法该方法是在通过对相关参数的观测和测量得到大量样本数据的基础上，建立滚动轴承故障模型，对其进行数学分析和计算，从而提出一定的预测理论。

该方法的优点是可以快速准确地预测滚动轴承的寿命，缺点是在模型建立过程中，需要考虑多种因素的影响，模型的建立难度较高。

2、基于统计模型的预测法该方法是通过统计分析大量实测数据，确定影响滚动轴承寿命的关键因素，建立相应的统计模型，并通过多种分析方法，包括生存分析、半参数估计和回归分析等来预测滚动轴承的寿命。

该方法的优点是具有较强的实用性和普适性，但缺点是要求样本数据的质量和数量均较高，在实际操作中要具备较为广泛的背景知识和大量的经验。

滚动轴承故障诊断的频谱分析滚动轴承在机电设备中的应用非常广泛，滚动轴承状态的好坏直接关系到旋转设备的运行状态，因此在实际生产过程中作好滚动轴承的状态监测与故障诊断是搞好设备维修与管理的重要环节。

滚动轴承在其使用过程中表现出很强的规律性，并且重复性强。

正常优质轴承在开始使用时振动和噪声均比较小，但频谱有些散乱，幅值比较小。

运动一段时间后，振动和噪声保持在一定水平，频谱比较单一，仅出现一，二倍频，极少出现三倍工频以上频谱，轴承状态非常平稳，进入稳定工作期。

持续运行后进入使用后期，轴承振动和噪声开始增大，有时出现异音，但振动增大的变化比较缓慢，此时，轴承峭度值开始突然到达一定值。

可以认为此时轴承出现了初期故障。

这时就要对轴承进行严密监测，密切注意其变化。

此后轴承峭度值又开始快速下降，并接近正常值，而振动和噪声开始显著增大，其增大幅度开始加快，其振动超过标准时（ISO2372），其轴承峭度值也开始快速增大，当轴承超过振动标准，峭度值也超过正常值时，可认为轴承已进入晚期故障，需要及时检修设备，更换滚动轴承。

1、滚动轴承故障诊断方式振动分析是对滚动轴承进行状态监测和故障诊断的常用方法。

一般方式为：利用数据采集器在设备现场采集滚动轴承振动信号并储存，传送到计算机，利用振动分析软件进行深入分析，从而得到滚动轴承各种振动参数的准确数值，进而判断这些滚动轴承是否存在故障。

采用恩递替公司的Indus3振动测量分析系统进行大中型电机滚动轴承的状态监测和故障诊断，经过近几年实际使用，其效果令人非常满意。

要想真实准确反映滚动轴承振动状态，必须注意采集信号的准确真实，因此要在离轴承最近的地方安排测点。

2、滚动轴承正常运行特点与诊断技巧滚动轴承的运转状态在其使用过程中有一定的规律性，并且重复性非常好。

例如，正常优质轴承在开始使用时，振动幅值和噪声均比较小，但频谱有些散乱(图1)这可能是由于制造过程中的一些缺陷，如表面毛刺等所致。

铁路货车滚动轴承常见故障分析及外检判定方法的探讨摘要:铁路货车滚动轴承作为铁路货车走行部的关键部件，防止车辆轴承故障引发的燃轴、切轴事故，是保证铁路运行安全面临的重大安全课题。

本文简要分析了轴承常见故障发生的原因及外检识别判定方法。

关键词:滚动轴承故障分析识别判定1概述滚动轴承是铁路货车上重要的并且是可互换的部件，其技术状态的好坏直接影响车辆运行安全。

滚动轴承故障具有较强的隐蔽性，铁路货车段修时，轴承内部质量故障未能及时发现将带有安全隐患的轮对（轴）装车使用，是导致燃轴、切轴事故的直接原因。

而滚动轴承外观质量检查是确认轴承及其零部件的外观及内部质量是整个检修过程中最重要的工序之一，它是轴承检修中最关键的环节，也是轴承检修中故障最难判定的工序。

外检是检查轴承的内部故障，不能直观所见，只能凭感觉，凭经验，是只可意会不可言传的，所以要求外检的工作者必须经验丰富、责任心强，要具有内科大夫看病的本领。

2货车滚动轴承常见故障及原因货车滚动轴承在运转（行）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、腐蚀和过载等都可能会导致轴承过早损坏。

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现象。

另外轮对踏面擦伤、剥离、缺损、局部凹陷等超过限度时，对轴承的危害是非常大的。

总之，滚动轴承的故障原因是十分复杂的。

车辆段修时滚动轴承常见故障形式如下:2.1外观故障2.1.1前盖、后档（挡）、外圈有裂纹、碰伤、松动、变形或其他异状。

轴承在运用中受到非正常的外力作用造成的，如由于车辆脱线造成轴承外圈裂损、前盖、后档（挡）碰伤、车辆行走（走行）时带起的飞石或其它外力造成轴承外圈裂损。

另外轴承在检修过程中操作不当也会造成轴承故障缺陷，如磕碰伤、划伤、拉伤等。

2.1.2密封罩、密封组成裂纹、碰伤、松动、变形。

密封罩、密封组成裂纹、碰伤、变形主要是外力所致，而密封罩松动是密封装置最常见也是危害最大的，其主要原因是轴承一般检修或大修时，外圈牙口与密封罩配合过（过盈量）小，密封罩在车辆运行中受到离心力及转动力矩作用，导致密封罩中的密封圈与密封座摩擦加剧从而带动密封罩一起转动，使得密封罩松动脱出，过盈量过大在密封罩组装过程中容易破坏甚至切掉凸台，而且会使密封罩受力产生变形，在受到振动或冲击力时容易瞬间脱出。