峭度、脉冲和裕度这三类指标能够有效对冲击类 故障进行诊断，尤其是当早期故障 存在时，这三类指标的值明显变大，随故障的逐 渐变化，这些值增加到某一数值后反而 出现下降的趋势，说明它们对于早期故障是比较 敏感的，但稳定性不是很好。一般情况 下，均方根值的稳定性比较好，但对早期故障信 号不是很敏感。为了获得良好的效果， 把它们同时应用于实际工程中，以兼顾稳定性和 敏感性。
均方根值可用于表示信号的振动能量，对早期故障不是十 分敏感，但其稳定性和重复性相对比较好。
方差和标准差用于表示信号的波动分量
峰值指的是故障信号波形幅值的瞬时单峰最大值。
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量纲名
定义式
波形指标
峰值指标
脉冲指标
裕度指标
峭度指标
2021
无量纲参数
含义
稳定
表示绝对值的平均值。波形指标的 性好，但其敏感性差
频
率
2021
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滚动轴承的故障特征频率
为分析轴承各部分工作参数，先做下面的假设： （1）滚道与滚动体间没有相对滑动； （2）承受轴向、径向载荷时每个部分没有变形； （3）内圈回转频率为fi； （4）外圈回转频率为fo； （5）保持架回转频率为（即滚动体公转频率为fc）。 则滚动轴承运动时各点的转动速度为：
2021
2
量纲名 平均值
定义式
均方值
均方根值
方均根值
方差 标准差 峰值
2021
有量纲参数
含义
平均值是指信号波形曲线幅值的平均值，表示幅值变化过 程的中心趋势，可以用于描述信号的稳定性，反应的是信 号变化的静态分量。 用于故障信号的平均能量或者平均功率。如果信号为速度 时，均方值能够描述信号的振动能量；如果信号为位移时， 描述的是信号的位能；如果信号为加速度时，描述的是惯 性力的大小。
2021
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基于希尔伯特解调的特征提取方法
希尔伯特解调的方法是将希尔伯特变换和共振解调 技术结合在一起，然后提取滚动轴承的故障特征。 该方法先对滚动轴承故障信号进行傅里叶变换，利 用带通滤波器处理傅里叶变换后的信号，得到其窄 带信号。对窄带信号进行希尔伯特变换，求出解析 信号，提取它的包络，再利用傅里叶变换可以得到 包络谱。在包络谱中可以得到其特征频率，从而判 断滚动轴承的故障类型。
4
基于时域分析的轴承特征提取方法
滚动轴承故障模拟试验平台
2021
5
故障模拟
A、滚动轴承故障模拟：
通过将正常的轴承换成有损坏的轴承。可模拟的轴承故障有：轴承内圈损 坏、外圈损坏、滚动体损坏，轴承安装不佳，轴承座和轴承之间出现松动 等。
B、齿轮故障模拟：
通过将正常的齿轮换成有缺陷的齿轮，能够模拟的齿轮故障有：实验室加 工的齿轮故障有：断齿、划痕、磨损。
2021
14
希尔伯特变换
在信号分析处理过程中，希尔伯特变换是一种重要的算法工具， 它是把一个一维的、时域函数转换成唯一对应的一个二维时域 解析函数。这个解析函数的模代表了原函数的包络，相角代表 了原函数的相位特性，实现了对信号幅值及相位的解调。
滚动体在外圈滚道上的通过频率ocZf 为：
滚动体在内圈滚道上的通过频率为：
滚动体在保持架上的通过频率为：
保持架旋转频率为：
2021
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采用 前面的实验平台及轴承。其中实验平台的主轴转 速 N=1200r/min，轴旋转频率为 fi=20Hz ，将以上参数 带入公式得到滚动轴承故障频率的理论计算值如下表 所示。
障模拟平台。通过改变重量，改变部分的安装位置以及各种组件的组合形
式迅速模拟各种故障。被测部件也包括在系统的机械部分，主要有缺陷的
轴承（外圈缺陷、内圈缺陷、滚动体缺陷）；三个备用齿轮；旋转圆盘的
202配1 重块等。
6
基于有量纲参数的特征提取
滚动轴承型号：N205，参数如下表：
滚动体直径 d =7.5mm
是两个具有相同量纲的量的比值，比
较稳定，可以作为轴承故障的特征并
进行故障特征提取。
2021
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基于希尔伯特解调的滚动轴承特征提取
滚动轴承的特征频率滚 （1） Nhomakorabea珠钢球的固有频率为：
动
轴 承 的 固
当滚动轴承为钢材时， 其内圈和外圈 的固有振动频率
有
振 在自由状态下轴承套圈的径向弯曲振动
动 的固有频率为：
C、轴系故障模拟：
利用调整旋转圆盘上的平衡重量，可以模拟轴不平衡的缺陷包括单面、双 面、叶轮不平衡等，模拟轴安装不对中缺陷是由调整轴座底盘的安装位置 引起的。
d、在不同速度条件下的可变速模拟故障特征，变速范围是 75~1450RPM。
变速驱动电机、轴、齿轮箱、轴承、偏重转盘（2 个）、调速器等组成了故
基于时域分析的滚动轴承 特征提取
机械工程 郑佳文
2021
1
滚动轴承的时域指标
滚动轴承故障信号大部分属于周期性函数，信号的简 谐性、周期性和瞬时脉冲性会比较明显，可以通过分 析故障信号的时域波形曲线从而了解轴承的性能。
通过反应信号波动曲线特征指标的特定参数实现评 估故障信号的变化。常用的时域指标参数有两类： 包括有量纲参数和无量纲参数。
内滚道上一点的速度为
外滚道上一点的速度为：
保持架上一点速度为：
可得保持架的旋转频率为：
某个滚动体在内滚道上的通过频率，即 2021 为保持架相对内圈的回转频率为：11
依据滚动轴承实际的工作情况，定义滚动轴承内圈和外圈 的相对转动频率为
为了分析轴承各部分的工作参数，假设滚动轴承内圈转动， 外圈不动，内圈旋转的速度和轴的旋转速度一样，滚动体 和内圈、外圈之间没有摩擦。同时滚动轴承有 Z 个滚动体， 则滚动轴承故障特征频率理论计算公式为：
轴承节径 D =39mm
滚动体个数 Z =12
接触角 接触角α=0°
设置工作轴的转速 N=1200rpm，采样频率 f =10000Hz ， 采样长度8192
2021
7
四种故障类型的均值稳 定但没有区分度，内圈 故障和滚珠故障的均方 值、方差、标准差比正 常轴承要大一些，且稳 定一些。峰值和最小值 对瞬时现象能够得出正 确的指示值。
2021
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基于无量纲参数的特征提取
可以得出外圈故障信号的峰值指标、
脉冲指标、裕度指标和正常信号相比
都偏小，可以作为外圈故障的无量纲
参数特征；内圈故障信号和滚动体故
障信号的波形指标、峭度指标比正常
信号的参数值都要大，同时内圈故障
的各个参数值都小于滚动体故障信号，
因此，这些参数可以作为内圈故障和
滚动体故障的故障特征。无量纲参数