滚动轴承常见故障及其振动信号特征 论文

滚动轴承常见故障及其原因分析滚动轴承是机械设备中常用的一种基础部件，其主要作用是支撑和传递机械装置的力，承受载荷并降低摩擦损失。

然而，由于长期使用和不良维护，常见的故障会在滚动轴承中出现。

本文将详细介绍滚动轴承常见故障以及其可能的原因分析。

1. 滚珠脱落滚珠脱落是滚动轴承常见的故障之一。

通常，滚珠脱落的主要原因是疲劳和损坏。

当滚珠接近疲劳极限或者发生撞击时，会引起损坏并导致滚珠脱落。

此外，如果滚珠与内、外环之间的间隙不足，也会导致滚珠脱落。

2. 席瓦出现磨损席瓦的磨损是滚动轴承中经常出现的故障之一。

一般来说，席瓦的磨损主要是由于其他零部件的磨损或者原材料不良引起的。

如果滚珠或钢球与席瓦的装配不正确，可能会增加席瓦的磨损。

3. 轴承卡死轴承卡死是指滚动轴承无法自由旋转，通常是由于内、外环之间的卡合引起的。

轴承卡死的原因可能有多种，包括使用过度或不当，润滑不良，以及进入异物等。

4. 轴承锈蚀轴承的零部件可能会出现锈蚀，这通常是由于滚珠、内外环表面的锈蚀引起的。

可能是由于零件长期暴露在潮湿的环境中，润滑不好或者外界因素作用引起的。

5. 滚珠氧化当滚珠内的氧化物质增加或者表面氧化时，会导致滚珠失去润滑，引起摩擦和热。

滚珠氧化可能会导致分离或者破碎。

氧化通常是由于过度使用、温度过高、润滑不良或者滚珠表面质量不好等原因引起的。

6. 轴承寿命过短轴承寿命不足可能会导致轴承的失效。

轴承寿命短的原因有很多，包括过度负载、滚珠或滚道表面缺陷或者轴向荷载等。

7. 滚珠辊子表面过靠近如果滚珠、滚柱或钢球与内、外环之间的间隙不足，可能会导致滚珠和滚柱表面过于靠近。

这种情况会增加轴承的滚动摩擦，进而导致轴承过度磨损和损坏。

8. 轴承过度负载轴承的负荷过大可能会导致滚珠、钢球或滚柱过度变形或者应力过大。

过度负载的原因包括电机过载、不恰当的安装方式或者传动系统设计不良等。

9. 不当润滑轴承的润滑对于轴承的正常工作非常重要。

不正确的润滑可能会导致轴承失效。

文件编号：TP-AR-L9607In Terms Of Organization Management, It Is Necessary To Form A Certain Guiding And Planning Executable Plan, So As To Help Decision-Makers To Carry Out Better Production And Management From Multiple Perspectives.（示范文本）编订：_______________审核：_______________单位：_______________滚动轴承常见故障及其原因分析(正式版)滚动轴承常见故障及其原因分析(正式版)使用注意：该安全管理资料可用在组织/机构/单位管理上，形成一定的具有指导性，规划性的可执行计划，从而实现多角度地帮助决策人员进行更好的生产与管理。

材料内容可根据实际情况作相应修改，请在使用时认真阅读。

1.故障形式（1）轴承转动困难、发热；（2）轴承运转有异声；（3）轴承产生振动；（4）内座圈剥落、开裂；（5）外座圈剥落、开裂；（6）轴承滚道和滚动体产生压痕。

2.故障原因分析（1）装配前检查不仔细，轴承在装配前要先清洗并认真检查轴承的内外座圈、滚动体和保持架，是否有生锈、毛刺、碰伤和裂纹；检查轴承间隙是否合适，转动是否轻快自如，有无突然卡止的现象；同时检查轴径和轴承座孔的尺寸、圆度和圆柱度及其表面是否有毛刺或凹凸不平等。

对于对开式轴承座，要求轴承盖和轴承底座接合面处与外座圈的外圆面之间，应留出0.1mm～0.25mm间隙，以防止外座两侧“瓦口”处出现“夹帮”现象导致的间隙减小，磨损加快，使轴承过早损坏。

（2）装配不当。

装配不当会导致轴承出现上述的各种故障形式，以及以下的几种情况：A.配合不当轴承内孔与轴的配合采用基孔制，轴承外圆与轴承座孔的配合采用基轴制。

一般在正常负荷情况下工作的离心泵、离心机、减速机、电动机和离心式压缩机的轴与轴承内座圈，采用j5，js5，js6，k5，k6，m6配合，轴承座孔与轴承外座圈采用j6，j7配合。

滚动轴承故障诊断分析学院名称：机械与汽车工程学院专业班级：学生姓名：学生学号：指导教师姓名：摘要滚动轴承故障诊断本文对滚动轴承的故障形式、故障原因、常用诊断方法等诊断基础和滚动轴承故障的振动机理作了研究，并建立了相应的滚动轴承典型故障（外圈损伤、内圈损伤、滚动体损伤）的理论模型，给出了一些滚动轴承故障诊断常见实例。

通过对滚动轴承故障振动机理的研究可以帮助我们了解滚动轴承故障的本质和特征.本文对特征参数的提取，理论推导，和过程都进行了详细的阐述，关键词：滚动轴承；故障诊断;特征参数；特征；ABSTRACT ：The Rolling fault diagnosisIn the thesis ,the fault types,diagnostic methods and vibration principle of rolling bearing arediscussed。

the thesis sets up a series of academic models of faulty rolling bearings an d lists some symptom parameters which often used in fault diagnosis of ro lling bearings 。

the study of vibration principle of rolling bearings can hel p us to know the essence and feature of rolling bearings.In this paper， th e parameters of the extraction, theoretical analysis， and process are descr ibed in detail。

Keywords: Rolling Bearing; Fault Diagnosis; Symptom Parameter; Distinctio n Index; Distinction Rate0引言：化方向发展,在提高生产率、降低成本、节约能源、减少废品率、保证产品质量等方面具有很大的优势.但是,由于故障所引起的灾难性事故及其所造成的对生命与财产的损失和对环境的破坏等也是很严重的，这就使得人们对诸如航空航天器、核电站、热电厂及其他大型化工设备的可靠性、安全性提出了越来越高的要求。

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。

滚动轴承故障诊断文献综述滚动轴承故障诊断文献综述[ 2008-4-2 14:38:00 | By: mp2 ]推荐文献综述——滚动轴承故障诊断1.前言滚动轴承是各种旋转机械中应用最广泛的一种通用机械零件，它是机器最易损坏的零件之一。

据统计。

旋转机械的故障有30,是由轴承引起的。

可见轴承的好坏对机器的工作状况影响很大。

轴承故障诊断就是要通过对能够反映轴承工作状态的信号的测取，分析与处理，来识别轴承的状态。

包括以下几个环节:信[1]号测取;特征提取;状态识别:故障诊断;决策干预。

滚动轴承故障诊断传统的分析方法有冲击脉冲法，共振解调法，倒频谱分析技术。

在现代分析方法中，小波分析是最近几年才出现井得以应用和发展的一种时—频信号分析方法。

它具有时域和频域的局部化和可变时频窗的特点(用它分析非平稳信号比传统的傅里叶分析更为最著。

由于滚动轴承的故障信号中禽有非稳态成分，所以刚小波分析来处理其振动信号(可望获得更为有效的诊断特征信息[2]。

滚动轴承故障的智能诊断技术就是把神经网络、专家系统、模糊理论等技术与滚动轴承的特征参数有机地结合起来进行综合分析的故障诊断技术。

2.故障信号诊断方法2.1冲击脉冲法(spm)SPM技术(Shock Pulse Method)，是在滚动轴承运转中，当滚动体接触到内外道面的缺陷区时，会产生低频冲击作用，所产生的冲击脉冲信号，会激起SPM 传感器的共振，共振波形一般为20kHz,60kHz，包含了低频冲击和随机干扰的幅值调制波，经过窄带滤波器和脉冲形成电路后，得到包含有高频和低频的脉冲序列。

SPM 方法是根据这一反映冲击力大小的脉冲序列来判断轴承状态的。

此种方法目前被公认为对诊断滚动轴承局部损伤故障工程实用性最强的。

此方法虽然克服了选择滤波中心频率和带宽的困难，但这种固定中心频率和带宽的方法也有其局限性，因为，一些研究结果表明，滚动轴承局部损伤故障所激起的结构共振频率并不是固定不变的，在故障的不同阶段可能激起不同结构的共振响应,而不同部位的故障(内、外圈、滚子)也会激起不同频率结构的共振响应。

滚动轴承的故障诊断摘要：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。

研究滚动轴承的失效机理，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；诊断一、振动信号简易诊断法１．振幅值诊断法这里所说的振幅值指峰值XP、均值X（对于简谐振动为半个周期内的平均值，对于轴承冲击振动为经绝对值处理后的平均值）以及均方根值（有效值）Xrms。

这是一种最简单、最常用的诊断法，它是通过将实测的振幅值与判定标准中给定的值进行比较来诊断的。

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。

２．波形因数诊断法波形因数定义为峰值与均值之比（XP/X ）。

该值也是用于滚动轴承简易诊断的有效指标之一。

如图3-1所示，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。

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，也不受传感器、放大器等一、二次仪表灵敏度变化的影响。

该值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。

滚动轴承和齿轮振动信号分析与故障诊断方法目录一、内容简述 (2)1. 相对介绍 (3)2. 重要性和研究背景 (4)3. 文档结构 (6)二、滚动轴承和齿轮的工作原理 (7)1. 滚动轴承结构与工作原理 (8)2. 齿轮结构与工作原理 (10)三、振动信号分析方法 (11)1. 时域分析 (13)1.1 振幅分析 (14)1.2 相位分析 (15)1.3 autocorrelation函数分析 (16)1.4 其他时域分析方法 (18)2. 频域分析 (20)3. 统计特性分析 (21)四、滚动轴承和齿轮的常见故障类型及其特征 (22)1. 滚动轴承故障 (24)1.1 轴承滚动体磨损 (25)1.2 轴承内圈/外圈损坏 (27)1.3 轴承滚道损伤 (28)2. 齿轮故障 (29)五、滚动轴承和齿轮故障诊断方法 (30)1. 基于时域分析的故障诊断方法 (31)2. 基于频域分析的故障诊断方法 (33)2.1 特点峰值识别 (34)2.2 基于经验模态分解 (35)3. 基于机器学习的故障诊断方法 (37)3.1 支持向量机 (38)3.2 神经网络 (NN) (40)3.3 其他机器学习算法 (41)六、实验验证与案例分析 (43)1. 实验平台搭建 (44)2. 仿真数据分析 (45)3. 实际工程案例分析 (46)七、结论与展望 (48)1. 研究成果总结 (49)2. 未来研究方向 (50)一、内容简述本文档旨在系统化介绍滚动轴承和齿轮振动信号的分析方法及其在故障诊断中的应用。

通过对这些关键机械组件的基础振动行为进行分析，我们旨在开发高效准确的诊断工具，用以预测和识别潜在的机械故障。

文档分为几个主要部分：引言本部分阐述了滚动轴承和齿轮在机械系统中的重要性，以及振动分析和故障诊断在维护实践中的作用。

我们还强调了目前的研究趋势和技术挑战。

滚动轴承振动理论在这一章节，我们将详细讨论滚动轴承的振动特性，包括基础振动模型、不同类型的滚动轴承及其振动行为，以及振动信号的物理意义。

发电厂中的滚动机械很多，作为重要部件的滚动轴承广泛用于电厂各类机械驱动系统中。

滚动轴承的作用是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失，是一种精密的机械元件。

滚动轴承具有使用维护方便，工作可靠，起动性能好，在中等速度下承载能力较高等优势，也有减振能力较差，高速时寿命低，声响较大等劣势。

工作中的滚动轴承即使润滑良好，安装正确，防尘防潮严密，运转正常，最终也会因为滚动接触表面的疲劳而失效。

滚动轴承的损坏会导致机械系统出现故障，严重情况下甚至会造成人身伤害。

为保证机械系统的正确运行以及人身安全，需要采取有效的轴承故障分析方法，尽早发现故障以采取应对措施。

一、滚动轴承常见故障1.磨损。

滚动轴承内滚道与滚动体的相对运动会产生磨损；多尘环境中外界的尘土、杂质侵入到轴承内，也会使滚道与滚动体表面产生磨损；润滑不良，还会产生黏着磨损，这种黏着磨损随着轴承转速越高会日益加剧。

还有一种微振磨损，即滚动轴承不旋转但出于振动中时，滚动体与滚道接触面间存在往复的微小滑动，在滚道上产生波纹状的磨痕。

磨损产生后，表面粗糙度增大，轴承游隙加大，运动精度降低，噪声和振动都会增强。

2.疲劳剥落。

工作时轴承滚动体表面与滚道由于交变载荷的作用，先在轴承表面下一定深度处产生裂纹，裂纹逐步扩展至接触表层产生剥落坑，随着时间的增长剥落坑进一步增大会导致滚动体或滚道的局部表层金属大面积剥落，使轴承产生振动和噪声。

3.腐蚀。

当有电流通过滚动轴承内部时，滚动体和滚道间接触点处引起火花使轴承表面局部熔融，产生波纹状凹凸不平；水分、空气水分的直接侵入滚动轴承也会引起轴承表面的锈蚀。

此外，轴承套圈在轴颈或座孔中的微小相对运动也会造成微振腐蚀。

4.塑性变形。

热变形引起的额外载荷、过大的静载荷或冲击载荷、高硬度异物的侵入等情况的发生，会在滚动轴承滚道表面形成划痕或不均匀的凹痕，压痕产生后会进一步加大冲击载荷引起附近表面的剥落，引起轴承塑性变形，进一步加剧轴承振动和噪声。

滚动轴承的振动及其故阵特征滚动轴承的振动及其故阵特征滚动抽承的时域波形特征(1)正常情况下，滚动轴承的振动时域波形从图中可以看出，其波形有两个特点:一是无冲击，二是变化慢。

(2)轴承元件发生异常时，就会产生冲击脉冲振动:冲击脉冲周期为基阶故障特征频率的倒数。

冲击脉冲宽度在As数量级，它将激起系统或结构的高频响应(固有振动)，响应水平取决于系统或结构的固有频率及阻尼的大小.轴承损伤引起的振动响应及其频率。

每组图中.上图为损伤引起的冲击脉冲，中间图形为冲击脉冲产生的振动，下图反映了损伤的特征频率.对于内环，由于轴承径向间隙的存在，很据损伤和滚动体发生冲击的位里，响应振粗会受到调制，其调制波的频率为轴的旋转频率fr和振动体的公转频率f二其中最主要的还是通过频率对固有频率的脉冲调制。

对于外环。

由于损伤处的位置与承载方向之间的位置关系是一定的，故无振幅调制现象.对于滚动体，它与内环情况相当。

其调制波的频率为fM.(3)轴承偏心引起的振动:当轴承内环严重磨搅或开裂时，轴的中心(即内环中心)便以外环中心为中心作振动。

(4)滚动体的非线性伴生振动:滚动轴承靠滚道与滚动体的弹性接触来承受载荷.因此具有“弹簧”的性质。

这个“弹簧”的刚性很大，当润滑状态不良时.就会出现非线性弹簧性质的振动.轴向非线性伴生振动频率为轴的旋转频率f,，分数谐波要f,I…及其高次谐波2f, 3f, 而径向非线性伴生振动是Zf，的各次谐波及f.的分数谐波成分。

(5)不同轴引起的振动:当两个轴承不对中，轴承装配不良等都会引起低频振动。

幅值城中的概率密度特征滚动轴承正常时和发生剥落损伤时轴承振动信号的幅值概率密度分布。

从图中可以看出，轴承发生剥落时.幅值分布的幅度广，这是由于存在剥落的冲击振动。

这样，从概率密度分布的形状。

就可以进行异常诊断。

显然，根据上述轴承的各种振动特征，不但有可能判别运转中的轴承是否已出现故降，而且可进一步判断故障的类型及故降发生的元件.滚动轴承故障诊断方法目前，用于滚动轴承监测和诊断的方法很多，本节卞要讨论利用振动信号对其进行监侧的方法。

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。