轴承滚珠故障的理论推导与计算(修订中...)

1.缘起

轴承故障故障位置在高频，如果不即时处理，恶化后，滚珠会有单颗故障迅速恶化到多颗，如果此时电机承载较大负载，轴承的恶化，会牵连到相关的动力轴。是一个不可不进行监测的项目。

2.频谱特征

轴承的滚珠故障会体现为相应的倍频谱线（相对轴转速、轴承的特征频率）内侧，出现幅值相对于特征谱线，在线性坐标系，两个幅值间已经有明显比例关系的低频峰。

在进行频谱分析时，几个注意事项：

• 要明确相关的谱线特征是对数坐标系，还是线性坐标系。
• 如何进行频谱泄露的防护。如果采样值已经获取到，如何剔除因频谱泄露产生的虚假倍频谱线。
• 明确各类窗函数对信号的衰减特性。频谱响应曲线大概是怎样的。

3.工程实现

工程上需要考虑因为低采样率和非周期采样所引入的虚假信号或者噪声的干扰。

一般的做法，是首先需要对谱线本身做调谐处理。硬件实现，可以加入硬件滤波电路。软件方面，可以改变采样率，提高采样数据长度的方式来增强频率识别能力。

对于既有的采样数据，我们仍然可以引入数字滤波对关心的谱线进行增强。怀疑梳状滤波器，是可以对特定频率的谱线进行针对性的调谐处理的。

3.1 振动传感器与采集器的技术指标

• 振动传感器
  • 一款典型的恒流压变振动传感器的量程，如果矫正到+-50g的量程范围，它的电平输出是+-5V
  • 振动传感器自身频响，在[1~9000Hz]内,abs(增益)=10%；-3db线，截止频率在[-0.4,12kHz]处。
• 多通道采集器
  • 一款典型的多通道振动传感器采集器的技术指标：最高采样率250KHz。
  • 多通道采样时，有 N个通道，采样率下降到250kHz/N

3.2频差估算

• 假定轴承基频是Freq，轴承滚珠数是N，则故障谱线的幅度至少在1/N以上，频差一定高于Freq/N。
• 内圈谱线和外圈谱线的计算和确认。

4.网络相关资源汇集

西安因联我看到了非常难以搜索到的典型数据和分析样例：

4.1 有图有真相！常见的振动故障及其特征谱（1） - 知乎

这里明确地提及了振动峰值应随转速平方变化，这可以作为一个虚假谱线的剔除原则。

力偶不平衡的监测，以及一些工程上典型错误的测试原则和定性侦测原则，有价值。

4.2空压机故障振动诊断案例分析 - 知乎

这篇文章里提及了一些实测数据，可供比对：