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307滚动轴承故障分析【摘要】频谱分析和包络分析是滚动轴承振动信号中提取故障特征，从而判断其工作状态及故障种类的两种重要的方法，本文总结了频谱分析和包络分析的原理，介绍了滚动轴承故障试验系统，并基于频谱分析和包络谱分析处理振动信号，诊断出不同种类的滚动轴承故障，比较了这两种方法用于故障诊断信号处理的处理的区别和有效性。【关键词】 滚动轴承； 故障诊断； 特征提取；频谱分析； 包络分析；【滚动轴承故障概述】：【所用信号分析方法介绍】：（1）频谱：频谱分析即把滚动轴承的振动信号从时域变换到频域，做信号的频谱图，观察其中是否出现相应的滚动轴承故障特征频率成分，从而判断是否存在故障及故障类型。目前常用的信号频谱分析方法从离散傅里叶变换（DFT）方法中演变而来的快速傅里叶变换（FFT）。相比于DFT,FFT大大提高了计算速度和频谱分析的效率。但FFT也会引起一定程度的能量泄漏，使得频谱峰值变小，精度变低。傅里叶变换的计算公式见公式（1），其中x(t)为时域信号，X(f)为频域信号，f为频率，t为时间：1）分析频谱图中的主要频率成分，解释频谱峰值的来源及其与滚动轴承故障的对应关系；2）频谱图中主要有故障特征频率f，振幅A。3）频谱峰值与滚动轴承运转的平稳性相关，运转越不平稳，峰值就会越大，滚动轴承存在的故障就越严重。（2）带通滤波：从工业场所测得的信号是经传输线送入检测仪表的测量电路活微机的借口电路，在获取信号或信号传输过程中，很可能会引入干扰。为使信号在进入测量电路或接口电路之前消除或减弱这种干扰，通常要介入滤波器装置。另外，为了获得某一段频率信号，也需要加入滤波器。滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大的衰减其他频率成分。测试装置中利用滤波器的这种选频功能，可以消除噪声信号或进行频谱分析。带通滤波使在f1~f2之间的频率成分几乎不受衰减的通过，而其他成分受到衰减。（3）包络及包络谱：当轴承局部存在损伤或缺陷时，在受载过程中将产生突变的衰减冲击脉冲力，激发出轴承的高频固有振动，使得轴承的最终振动波形表现为复杂的幅值调制波。包络谱分析，是对信号先进行Hilbert变换再进行FFT，做出信号的包络谱图，从而分析谱图特征，诊断故障类别。包络解调分析的核心，是对信号进行Hilbert变换，这相当于对信号进行一次滤波处理，可以从复杂的信号中凸显有用的信息，便于故障特征频率的识别和判断。【测试方案介绍】：实验原理图：【滚动轴承特征频率计算】【根据所给图形进行故障分析，给出故障结果】基于频谱分析的滚动轴承故障诊断：频谱图中200Hz左右出现了频谱峰值，滚动轴承可能存在的故障有：外环故障，内环故障，滚珠故障，保持架碰外环，保持架碰内环。振动峰值A在0.28g左右。基于包络谱分析的滚动轴承故障分析：根据故障时振动信号带通滤波包络图及包络谱，图中的特征频率有18.6Hz、130.7Hz、218.2Hz，可知该滚动轴承的故障为：1）、滚动轴承外环故障； 2）、滚动轴承内环故障； 3）、滚动轴承保持架碰外环。【结论】对滚动轴承进行状态监测和故障诊断，对于保证各种机械设备的安全进行具有重要意义。频谱分析和包络谱分析是处理滚动轴承振动信号、提取故障信息的两种重要方法。本文基于频谱分析和包络谱分析，通过实验及数据处理，诊断出滚动轴承的故障类别，并比较了将这两种方法应用于滚动轴承故障诊断的结果看。实验结果表明，利用频谱分析和包络谱分析都能诊断出滚动轴承的故障，但频谱图的故障特征频率幅值比较低，包络谱分析更能凸显故障信息，具有更好的诊断结果。