轴承故障频率是多少？缺陷检测 • 便携式平衡仪、振动分析仪"Balanset"，用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡。 轴承故障频率是多少？缺陷检测 • 便携式平衡仪、振动分析仪"Balanset"，用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡。

轴承故障频率是多少？缺陷检测

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了解轴承故障频率

定义：什么是轴承故障频率？

轴承故障频率 （也称为轴承缺陷频率或特征频率）是特定的 振动 当轴承中的滚动体（滚珠或滚子）经过轴承滚道或滚动体本身的裂纹、剥落或凹坑等缺陷时，会产生特定的频率。这些频率可以根据轴承的几何形状和轴的转速进行数学预测，因此是早期检测缺陷的宝贵诊断指标。 轴承缺陷.

通过以下方式理解和识别这些频率 振动分析 使维护人员能够在轴承问题通过温度升高、噪音或灾难性故障显现之前数月就发现这些问题，从而实现计划性维护并防止代价高昂的计划外停机。.

四种基本故障频率

每个滚动轴承都有四种特征故障频率，每种频率对应一种不同的故障类型：

1. BPFO – 外圈球传递频率

滚动体通过外圈固定点的速率：

  • 物理意义： 如果外圈存在缺陷，每个滚动体经过时都会撞击该缺陷，从而产生反复冲击。
  • 典型值： 大多数轴承的转速应为轴转速的 3-5 倍。
  • 公式： BPFO = (N × n / 2) × (1 + (Bd/Pd) × cos β)
  • 最常见： 外圈缺陷是最常见的轴承失效模式
  • 加载区效应： 外圈静止是指缺陷相对于载荷的位置保持不变

2. BPFI – 传球频率，内圈

滚动体通过内圈固定点的速率：

  • 物理意义： 内圈随轴旋转，因此内圈上的缺陷会被每个滚动体在经过时撞击。
  • 典型值： 大多数轴承的转速应为轴转速的 5-7 倍。
  • 公式： BPFI = (N × n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
  • 高于 BPFO： 对于相同轴承，频率始终高于BPFO。
  • 侧边栏： 几乎总是显示 1× 边带 由于负荷区调制

3. BSF – 球旋转频率

滚动体绕自身轴线旋转的旋转频率：

  • 物理意义： 如果滚动体存在缺陷，则会在该频率下对两个赛段都产生影响。
  • 典型值： 1.5-3倍轴转速
  • 公式： BSF = (Pd / Bd) × (n / 2) × [1 – (Bd/Pd)² × cos² β]
  • 最不常见： 滚动体缺陷比滚道缺陷少见。
  • 复杂模式： 缺陷接触到两个种族，产生复杂的振动特征

4. FTF – 基频

轴承保持架（挡圈）的旋转频率：

  • 物理意义： 保持架旋转的速度，带动滚动体绕轴承旋转
  • 典型值： 0.35-0.45倍轴转速（次同步）
  • 公式： FTF = (n / 2) × (1 – (Bd/Pd) × cos β)
  • 笼子缺陷： 磨损或损坏的笼子会激发这种频率
  • 不稳定指标： 也可能出现在轴承引起的转子不稳定性期间

公式变量解释

故障频率公式使用以下轴承几何参数：

  • 否 滚动元件（滚珠或滚柱）的数量
  • n = 轴旋转频率（Hz）或转速（RPM）
  • 屋宇署 = 球或滚子的直径
  • 钯 = 节圆直径（通过滚动体中心的圆的直径）
  • β = 接触角（载荷方向与轴承轴线之间的夹角，通常为 0-40°）

大多数振动分析软件都包含轴承数据库，其中预先计算了数千种轴承模型的这些参数。.

故障频率在振动频谱中的表现

基本外观

当轴承出现故障时：

  • 主峰： 故障频率表现为一个明显的峰值 频谱
  • 谐波: 随着缺陷恶化，故障频率的多个谐波（2倍、3倍、4倍）开始出现。
  • 侧边栏： 对于内圈和滚动体缺陷，故障频率附近通常会出现 1 倍频程的边带。
  • 振幅增长： 随着缺陷的扩展，故障频率幅值增大。

边带模式

侧带提供重要的诊断信息：

  • 种族内部缺陷： BPFI 具有 ±1×、±2× 边带（缺陷在加载区内/外旋转）
  • 外圈缺陷： 如果外圈可以轻微旋转，BPFO 可能具有 1× 侧带。
  • 滚动体缺陷： BSF 具有 FTF 间隔的边带（笼频率调制）
  • 边带间距： 确定哪个部件存在缺陷

早期与晚期

  • 早期： 略高于噪声基底的小峰值可能需要 包络分析 检测
  • 中度阶段： 标准快速傅里叶变换 (FFT) 中清晰可见的峰值及其谐波和边带。
  • 高级阶段： 振幅极高，谐波众多，宽带噪声增大
  • 后期： 频谱变得混乱，噪声基底升高，峰值众多。

检测技术

标准FFT分析

  • 计算 快速傅里叶变换 振动信号
  • 寻找计算出的方位频率处的峰值
  • 对中度至重度缺陷有效
  • 可能错过隐藏在噪声中的早期缺陷。

包络分析（最有效）

包络分析 （解调）是轴承缺陷检测的黄金标准：

  • 滤除低频高能量振动（例如由不平衡等引起的振动）。
  • 重点关注轴承缺陷引起的高频冲击
  • 比标准FFT提前6-12个月检测到故障。
  • 包络频谱清晰地显示了故障频率和模式

时域技术

实际应用

诊断程序

  1. 识别方位： 确定轴承型号和位置
  2. 计算频率： 利用轴承几何形状计算 BPFO、BPFI、BSF、FTF（或在数据库中查找）
  3. 采集振动数据： 用以下方法测量轴承座： 加速度计
  4. 分析光谱： 在 FFT 或包络频谱中查找计算频率。
  5. 确认诊断： 检查是否存在与缺陷类型一致的谐波和边带
  6. 评估严重程度： 振幅和谐波含量指示缺陷发展阶段
  7. 计划行动： 根据严重程度和设备关键性安排轴承更换计划

诊断示例

采用 SKF 6308 轴承的电机，转速为 1800 RPM (30 Hz)：

  • 计算频率： BPFO = 107 赫兹、BPFI = 173 赫兹、BSF = 71 赫兹、FTF = 12 赫兹
  • 在包络谱中观察到： 峰值频率为 173 Hz，谐波频率为 346 Hz 和 519 Hz
  • 侧边栏： 173 Hz 峰值附近有 ±30 Hz 的边带
  • 诊断： 内圈缺陷已确认（BPFI伴1×侧带）
  • 行动： 根据振幅情况，安排在 2-4 周内更换轴承。

对预测性维护的重要性

  • 预警： 在故障发生前 6-24 个月检测到缺陷
  • 具体诊断： 确定哪个轴承部件损坏
  • 趋势监测： 跟踪故障频率幅值以预测剩余寿命
  • 计划维护： 在方便的停机时间内安排更换工作
  • 防止二次伤害： 在轴承发生灾难性故障损坏轴、轴承座或其他部件之前，应更换轴承。
  • 节约成本： 避免紧急维修、生产损失和附带损害

轴承故障频率是振动分析中最强大的诊断工具之一。其数学可预测性与现代包络分析技术相结合，能够可靠地早期检测轴承缺陷，从而构成旋转设备有效预测性维护计划的基石。.

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