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[摘 要]机械设备的动力传递要靠传动部件实现，传动部件的状态直接影响了整机的功能！典型的传动部件：滚动轴承和齿轮装置旋转机械是设备状态监测与故障诊断工作的重点，而旋转机械的故障有相当大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。滚动轴承的原因分析与故障诊断显得尤为重要。
[关键词]滚动轴承 振动 故障诊断
中图分类号：TH165+.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0009-01
滚动轴承在运转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而不能正常工作。滚动轴承的运行示意图如下所示：
一、滚动轴承的振动及其故障特征
1.滚动轴承的时域波形特征
正常情况下，滚动轴承的振动时域波形中可以看出有两个特点？：一是无冲击，二是变化慢。
轴承元件发生异常时，就会产生冲击脉冲振动，具有以下特点：
⑴冲击脉冲周期为基阶故障特征频率的倒数；
⑵冲击脉冲宽度在μs数量级，它将激起系统或结构的高频响应（固有振动）；
⑶响应水平取决于系统或结构的固有频率及阻尼的大小；
2、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，点蚀部分与滚动体发生冲击接触的位置的不同（内圈和滚动体均滚动）载荷受力不同，则振幅会发生周期性的变化，即发生振幅调制。
⑴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=1，2…）；
⑵若以滚动体的公转频率（即保持架旋转频率）fm进行振幅调制，这时的振动频率为nZfi±fm（n=1，2，…）；
3、外滚道损伤振动特征
当轴承外滚道产生损伤时，如剥落、裂纹、点蚀等，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固定的（外圈固定），所以，这时不存在振幅调制的情况，振动频率为nZfo （n=1，2，…）
4、滚动体损伤振动情况
当滚动体产生损伤时，如剥落、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nZfRS（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，不过此时是以滚动体的公转频率fm进行振幅调制。这时的振动频率为nzfRS±fm
5、轴承偏心引起的振动
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。滚动轴承偏心振动特征如下图所示：
6、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（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。轴向非线性振动频率为轴的旋转频率fr，分数谐波1/2fr， 1/3fr，…，及其高次谐波2fr， 3fr，…
二、滚动轴承故障诊断方法
1、时域：有效值和峰值判断法
2、时域：峰值指标法
3、幅域：振幅概率密度分析法
4、时序模型参数分析法
5、冲击脉冲法
6、包络法
7、高通绝对值频率分析法
三、诊断方法简介
1、冲击脉冲法
基本原理：
当两个不平的表面相互撞击时（滚动体与内滚道缺陷），就会产生冲击波，即冲击脉冲，冲击脉冲激发了轴承元件和结构的共振。基于这个原理，通过测量仪器，检测轴承系统的共振来判断冲击脉冲的大小，来了解轴承的工作状态。振动加速度的振幅大小是与异常程度成正比例的，因此可以利用冲击波形的最大值xp，或者冲击波形的绝对平均值进行异常判断。
当转速较低时（300r/min），平均值很小，据此进行异常与否判断则很困难，因此用最大值进行诊断
2、包络法
包络分析法是利用包络检测和对包络谱的分析，根据包络谱峰识别故障。当滚动轴承元件产生缺陷而在运行中引起脉动时，不但会引起轴承外圈及传感器本身产生高频固有振动，且此高频振动的幅值还会受到上述脉动激发力的调制。
包络法把与故障有关的信号从高频调制信号中解调出来，从而避免与其它低频干扰的混淆，故有很高的诊断可靠性和灵敏度，是目前最常用、最有效地诊断滚动轴承故障的方法之一。不仅可根据某种高频固有振动的出现与否，判断轴承是否异常而且可根据包络信号的频率成分识别出产生故障的原件（如内圈、外圈、滚动体）
当前，滚动轴承运行的故障诊断和监测技术已经发展的较完善。测振、测温、测磨损、测润滑等各种方法都有应用。
作者简介
任海燕、刘军辉、罗辉、李亚强，山东华聚能源股份有限公司 工程师
[关键词]滚动轴承 振动 故障诊断
中图分类号：TH165+.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0009-01
滚动轴承在运转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而不能正常工作。滚动轴承的运行示意图如下所示：
一、滚动轴承的振动及其故障特征
1.滚动轴承的时域波形特征
正常情况下，滚动轴承的振动时域波形中可以看出有两个特点？：一是无冲击，二是变化慢。
轴承元件发生异常时，就会产生冲击脉冲振动，具有以下特点：
⑴冲击脉冲周期为基阶故障特征频率的倒数；
⑵冲击脉冲宽度在μs数量级，它将激起系统或结构的高频响应（固有振动）；
⑶响应水平取决于系统或结构的固有频率及阻尼的大小；
2、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，点蚀部分与滚动体发生冲击接触的位置的不同（内圈和滚动体均滚动）载荷受力不同，则振幅会发生周期性的变化，即发生振幅调制。
⑴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=1，2…）；
⑵若以滚动体的公转频率（即保持架旋转频率）fm进行振幅调制，这时的振动频率为nZfi±fm（n=1，2，…）；
3、外滚道损伤振动特征
当轴承外滚道产生损伤时，如剥落、裂纹、点蚀等，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固定的（外圈固定），所以，这时不存在振幅调制的情况，振动频率为nZfo （n=1，2，…）
4、滚动体损伤振动情况
当滚动体产生损伤时，如剥落、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nZfRS（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，不过此时是以滚动体的公转频率fm进行振幅调制。这时的振动频率为nzfRS±fm
5、轴承偏心引起的振动
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。滚动轴承偏心振动特征如下图所示：
6、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（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。轴向非线性振动频率为轴的旋转频率fr，分数谐波1/2fr， 1/3fr，…，及其高次谐波2fr， 3fr，…
二、滚动轴承故障诊断方法
1、时域：有效值和峰值判断法
2、时域：峰值指标法
3、幅域：振幅概率密度分析法
4、时序模型参数分析法
5、冲击脉冲法
6、包络法
7、高通绝对值频率分析法
三、诊断方法简介
1、冲击脉冲法
基本原理：
当两个不平的表面相互撞击时（滚动体与内滚道缺陷），就会产生冲击波，即冲击脉冲，冲击脉冲激发了轴承元件和结构的共振。基于这个原理，通过测量仪器，检测轴承系统的共振来判断冲击脉冲的大小，来了解轴承的工作状态。振动加速度的振幅大小是与异常程度成正比例的，因此可以利用冲击波形的最大值xp，或者冲击波形的绝对平均值进行异常判断。
当转速较低时（300r/min），平均值很小，据此进行异常与否判断则很困难，因此用最大值进行诊断
2、包络法
包络分析法是利用包络检测和对包络谱的分析，根据包络谱峰识别故障。当滚动轴承元件产生缺陷而在运行中引起脉动时，不但会引起轴承外圈及传感器本身产生高频固有振动，且此高频振动的幅值还会受到上述脉动激发力的调制。
包络法把与故障有关的信号从高频调制信号中解调出来，从而避免与其它低频干扰的混淆，故有很高的诊断可靠性和灵敏度，是目前最常用、最有效地诊断滚动轴承故障的方法之一。不仅可根据某种高频固有振动的出现与否，判断轴承是否异常而且可根据包络信号的频率成分识别出产生故障的原件（如内圈、外圈、滚动体）
当前，滚动轴承运行的故障诊断和监测技术已经发展的较完善。测振、测温、测磨损、测润滑等各种方法都有应用。
作者简介
任海燕、刘军辉、罗辉、李亚强，山东华聚能源股份有限公司 工程师