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滚动轴承故障诊断1（之国外专家版）

滚动轴承故障

现代工业通用机械都配备了相当数量的滚动轴承。一般说来，滚动轴承都是机器中最精密的部件。通

常情况下，它们的公差都保持在机器的其余部件的公差的十分之一。但是，多年的实践经验表明，只有10%

以下的轴承能够运行到设计寿命年限。而大约40%的轴承失效是由于润滑引起的故障，30%失效是由于不

对中或“卡住”等装配失误，还有20%的失效是由过载使用或制造上缺陷等其它原因所致。

如果机器都进行了精确对中和精确平衡，不在共振频率附近运转，并且轴承润滑良好，那么机器运行

就会非常可靠。机器的实际寿命也会接近其设计寿命。然而遗憾的是，大多数工业现场都没有做到这些。

因此有很多轴承都因为磨损而永久失效。你的工作是要检测出早期症状并估计故障的严重程度。振动分析

和磨损颗粒分析都是很好的诊断方法。

1、频谱特征

故障轴承会产生与1X基频倍数不完全相同的振动分量——换言之，它们不是同步的分量。对振动分

析人员而言，如果在振动频谱中发现不同步分量那么极有可能是轴承出现故障的警告信号。振动分析人员

应该马上诊断并排除是否是其它故障引起的这些不同步分量。（非转频的倍数峰值疑似为故障信息）

如果看到不同步的波峰，那极有可能与轴承磨损相关。如果同时还有谐波（基频的倍频）和边频带出

现，那么轴承磨损的可能性就非常大——这时候你甚至不需要再去了解轴承准确的扰动频率。

2、扰动频率计算

有四个与轴承相关的扰动频率：球过内圈频率（BPI）、球过外圈频率（BPO）、保持架频率（FT）和

球的自旋频率（BS）（外圈，内圈，保持架，滚动体特征频率）。轴承的四个物理参数：球的数量、球的直

径、节径（滚柱圆心对应轴承的半径D）和接触角。其中，BPI和BPO的和等于滚珠/滚柱的数量。例如，

如果BPO等于3.2X（转频），BPI等于4.8X，那么滚珠/滚柱的数量必定是8。

轴承扰动频率的计算公式如下：

注意：BS的值可能会加倍，因为所给的公式针对的是球撞击内圈或外圈的情况。如果有庇点的滚球/

滚柱同时撞击内圈和外圈，那么其频率值应该加倍。

需要说明的是由于受到各种实际情况如滑动、打滑、磨损、轴承各参数的不精确（如直径可能不完全

精确）等的影响，我们所计算出来的频率值可能会与真实值有小范围的差异。

在检查过程中你可能会经常涉及到滚珠的数目，对于轴承而言你所能了解到的信息可能只有滚珠（或

滚柱）的数目。如果能够根据频谱（或其它地方）确定其中一个的扰动频率，我们就可以根据它计算出其

它的频率。

对于四个扰动频率计算还有一个近似的经验公式可供参考。对于8～12个滚珠/滚柱的轴承：BPO通常

等于滚珠数量的0.4倍，BPI是滚珠数量的0.6倍，而FT等于0.4X。

3、轴承失效的九个阶段

有人把轴承失效划分为四个阶段，在此我们为了描述得更加详细将它细分为九个阶段。

第一阶段：

在轴承失效的最初阶段，其频率范围大约在20KHz～60KHz之间——或更高。有多种电子设备可以

用来检测这些频率，包括峰值能量、HFD、冲击脉冲、SEE等超音频测量装置。在这个阶段，普通的频

谱上不会出现任何显示。

第二阶段：

由于轴承上的庇点增大，使它在共振（固有）频率处发出铃叫声。同时该频率还作为载波频率调制轴

承的故障频率。

第三阶段：

出现轴承故障频率。开始的时候我们只能观察到这个频率本身。图中所示为轴承内圈故障时的频谱显

示。当轴承磨损进一步加剧后，在故障频率（例子中的BPI）处的波峰值将会升高。大多数情况下波峰值

将随着时间线性增加。

第四阶段：

随着故障的发展，故障频率将产生谐波。这表明发生了一定程度的冲击。故障频率的谐波有时可能会

比基频波峰更早被发现。因此，我们首先要查找频谱中的非同步波峰，并查证是否有谐波。对应的时域波

形中同时也会出现冲击脉冲的显示。

故障频率及其谐波的幅值在开始阶段都比较低。如果你仅仅通过线性坐标图表来查看数据，很容易错

过这些重要的故障信号。因此，建议结合对数坐标来进行分析，从而及时发现轴承故障的早期显示。

如果你想要进行轴承的早期故障预报，那么就应该使用加速度为单位来采集高频时域波形（使用加速

度传感器）——也就是说，不要进行积分。加速度能突出信号中的高频成分，这对于我们的应用来说是很

理想的方法。

第五阶段：