滚动轴承故障诊断

轴承局部缺陷经过载荷区时产生周期性冲击，并激励结构高频共振。包络分析先提取共振带的幅值调制，再在低频包络谱中寻找缺陷重复频率。

理论特征频率

设滚动体数量为 $n$，轴转频为 $f_r$，滚动体直径为 $d$，节圆直径为 $D$，接触角为 $\theta$：

$$BPFO=\frac{n}{2}f_r\left(1-\frac{d}{D}\cos\theta\right)$$ $$BPFI=\frac{n}{2}f_r\left(1+\frac{d}{D}\cos\theta\right)$$

实际频率会受滑移、转速波动和几何误差影响，不应要求谱线与理论值完全重合。

诊断流程

1. 获取轴承型号、几何参数、转速和载荷。
2. 检查原始波形是否削顶、冲击是否真实存在。
3. 选择包含结构共振且避开强干扰的频带。
4. 带通滤波后取 Hilbert 包络并计算包络谱。
5. 检查 BPFO/BPFI 等频率、倍频和以转频为间隔的边带。
6. 与历史趋势、温度、润滑和听诊结果交叉验证。

常见误判

• “地毯值”或宽带噪声升高只能说明背景能量变化，不能直接定位外圈故障。
• 单个理论频率附近的峰值可能来自转速误差或其他周期激励。
• 包络频带选择不当会把齿轮、电磁或结构共振误当作轴承冲击。