机械振动中滚动轴承的故障信号特征及诊断建议
一、轴承内圈损伤
特征频率：在频谱或包络谱中，内圈故障特征频率（BPFI）及其倍频处出现明显峰值，该频率随转速线性变化，通常高于外圈故障频率。
调制特征：由于内圈随轴旋转，故障点周期性地进入和退出承载区，BPFI常被轴转频（fr）调制，在包络谱中表现为以BPFI为中心、以fr为间隔的边带群，即“内圈坏，边带成群是特征”。
时域与频域表现：时域波形出现周期性冲击，高频段能量明显增强，且对转速和负载变化较敏感。
图1 点蚀振动波形
二、轴承外圈损伤
特征频率：外圈故障特征频率（BPFO）及其倍频在频谱中清晰可见，频率相对较低且稳定，随转速变化较小。
调制特征：外圈固定，故障点与载荷方向相对位置不变，冲击幅值相对稳定，调制现象较弱，包络谱中BPFO倍频排列整齐，即“外圈坏，倍频排队很齐整”。
能量分布：中低频段（如1000–2000 Hz）能量集中，某一通道（如CH1）能量突出，时域冲击幅值波动明显。
图2 轴承外滚道产生损伤频谱
三、轴承滚动体损伤
特征频率：滚动体故障特征频率（BSF）及其倍频在包络谱中出现，同时常伴随保持架频率（FTF）及其倍频，以及以FTF为间隔的边带结构，整体形态较“散乱”。
调制特征：滚动体公转过程中，缺陷点周期性地与内外圈接触，BSF常被保持架频率调制，频谱中出现BSF ± FTF的边带成分。
时域与频域表现：时域波形周期性冲击明显，随故障尺寸增大而增强；频谱中低频分量为主，高频能量也较高，且呈现一定周期性。
图3 轴承滚动体损伤
四、轴承偏心
频率成分：偏心导致轴心绕外圈中心摆动，振动频率为轴转频（fr）及其倍频（n×fr，n=1,2,3…），在频谱中表现为1×、2×、3×fr等峰值。
相位特征：在轴承座不同方向（如12:00、3:00、6:00、9:00）采集数据时，振动幅值接近但相位相差约90°，可用于区分偏心与不平衡、不对中等故障。
时域表现：时域波形呈现“抖动”现象，轴向振动较大，与转频同步的周期性摆动明显。
图4 轴承偏心
五、诊断建议
早期诊断：早期故障冲击能量弱，普通频谱不易识别，建议采用包络谱或共振解调技术，在BPFI、BPFO、BSF、FTF及其倍频和边带处寻找特征峰。
复合故障：现场常存在多种故障叠加，若包络谱中多个特征频率及其谐波同时被激发，需考虑复合故障的可能性。
频率修正：实际故障频率可能因滑移、负载变化与理论值略有差异，分析时应在计算值附近（如±2–3%）搜索特征峰。
