滚动轴承的振动机理与信号特征

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1、滚动轴承的振动机理与信号特征（1）www.pmec.net中国设备管理网（2005-06-13）文章来源：中国设备管理网       滚动轴承的振动可由外部振源引起，也可由轴承本身的结构特点及缺陷引起。此外，润滑剂在轴承运转时产生的流体动力也可以是振动（噪声）源。上述振源施加于轴承零件及附近的结构件上时都会激励起振动。      一、滚动轴承振动的基本参数       1．滚动轴承的典型结构       滚动轴承的典型结构如图1所示，它由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成。图1 滚动轴承的典型结构 

2、     图示滚动轴承的几何参数主要有：       轴承节径D：                轴承滚动体中心所在的圆的直径      滚动体直径d：              滚动体的平均直径       内圈滚道半径r1：            内圈滚道的平均半径       外圈滚道半径r2：            外圈滚道的平均半径      接触角α：                  滚动体受力方向与内外滚道垂直线的夹角       滚动体个数Z：              滚珠或滚珠的

3、数目       2．滚动轴承的特征频率       为分析轴承各部运动参数，先做如下假设：       (1)滚道与滚动体之间无相对滑动；      (2)承受径向、轴向载荷时各部分无变形；       (3)内圈滚道回转频率为fi;      (4)外圈滚道回转频率为fO;       (5)保持架回转频率（即滚动体公转频率为fc）。       参见图1，则滚动轴承工作时各点的转动速度如下：       内滑道上一点的速度为：Vi=2πr1fi=πfi(D-dcosa)             

4、           外滑道上一点的速度为：VO=2πr2fO=πfO(D+dcosa)                          保持架上一点的速度为：Vc=1/2(Vi+VO)=πfcD                              由此可得保持架的旋转频率（即滚动体的公转频率）为：       从固定在保持架上的动坐标系来看，滚动体与内圈作无滑动滚动，它的回转频率之比与d/2r1成反比。由此可得滚动体相对于保持架的回转频率（即滚动体的自转频率，滚动体通过内滚道或外滚道的频率）

5、fbc        根据滚动轴承的实际工作情况，定义滚动轴承内、外圈的相对转动频率为         一般情况下，滚动轴承外圈固定，内圈旋转，即：        同时考虑到滚动轴承有Z个滚动体，则滚动轴承的特征频率如下：滚动体在外圈滚道上的通过频率zfoc为：        滚动体在内圈滚道上的通过频率Zfic为：       滚动体在保持架上的通过频率（即滚动体自转频率fbc）为：3.止推轴承的特征频率       止推轴承可以看作上述滚动轴承的一个特例，即α＝90°，同时内、外环相对转动频率为轴

6、的转动频率fr，此时滚动体在止推环滚道上的频率为：        滚动体相对于保持架的回转频率为：        以上各特征频率是利用振动信号诊断滚动轴承故障的基础，对故障诊断非常重要。       4.滚动轴承的固有振动频率      滚动轴承在运行过程中，由于滚动体与内圈或外圈冲击而产生振动，这时的振动频率为轴承各部分的固有频率。       固有振动中，内、外圈的振动表现最明显，如图2所示图2 滚动轴承套圈横截面简化图与径向弯曲振动振型示意图         轴承圈在自由状态下的径向弯曲振动的固

7、有频率为：         式中n—振动阶数（变形波数），n＝2，3，…；                E—弹性模量，钢材为210GPa;               I—套圈横截面的惯性矩，mm4；              γ—密度，钢材为7.86X10-6kg/mm3；                A—套圈横截面积，A≈bh，mm2；              D—套圈横截面中性轴直径，mm；             g—重力加速度，g＝9800mm/S2。          对钢材，将各常

8、数代入式得         有时钢球也会产生振动，钢球振动的固有频率为：         式中R—钢球半径；                E—弹性模量，钢材为210GPa;               γ—密度，钢材为7.86X10-6kg/mm3；              g—重力加速度，g＝9800mm/S2。          5．滚动轴承特征频率表       为方便使用，将以上介绍的滚动轴承各特征频率列于表1中。表1 滚动轴承特征频率表（假