Page 270 - 《振动工程学报》2026年第2期

径向载荷
轴承故障特征频率
波形的阶次谱
径向载荷

586 振 动 工 程 学 −1 · 幅值 −1 −1 · · 报 阶次 × 波形 第 39 卷
波形

0.30 轴承故障特征频率
幅值 / (rad·s −1 ) 0.15 X: 3.58 X: 10.74

r
Δθ ge X: 7.16
Δφ
0
0 3.6 7.2 10.8 14.24
阶次 / ×
O (d) 0~30 r/min波形的阶次谱

(d) Order specctrum of 0~30 r/min waveform
图 2 编码器刻蚀误差模型
图 3 变转速工况下的 IAS 波形及其阶次谱
Fig. 2 Model of etching errors of an encoder
Fig. 3 IAS waveforms and order spectra under variable-speed
式中，Δθ g 表示刻蚀误差角度。
e
conditions
2.3 速度趋势分量 速度趋势分量对滚动轴承故障检测造成较大干扰。

变转速是旋转机械的常见工况，变转速工况下， 3 滚 动 轴 承 故 障 的 IAS 信 号 特 性 分 析
速度趋势分量会对故障特征辨识造成较大的干扰。
速度趋势分量 w s 可表示为： 为有效分析滚动轴承故障引起的 IAS 信号特性，

本文在试验平台上开展了试验研究，采集了不同载荷
S ∑
w s = A s sin( f stc θ +φ s ) （6） 工况以及不同转速下滚动轴承故障信号，并且分析了
s=1
基于编码器信号的滚动轴承故障尺寸估计。

式中，A s 为幅值；f st 为频率； φ s 为相位；S 为转速趋势
c
分量的正弦成分总数；θ 为初始角度。 3.1 不同径向载荷工况
图 3 展示了变转速工况下的 IAS 波形及其阶次
图 4 中展示了转速为 10 r/min、径向载荷分别为
谱，可见，速度趋势分量会在频谱显示直流分量或者
50、100、150 和 200 N 时，滚动轴承外圈 0.3 mm 故障
周期性谱线，并占主导地位。因此，在变转速工况下
宽度对应的 IAS 波形。可见，随着径向载荷的增大，

12 滚动轴承故障引起的 IAS 波动增大；再者，径向载荷
0~10 r/min, 10 N 径向载荷 越大，滚动体进入和退出故障部位时产生的 IAS 波
IAS / (rad·s −1 ) 6 10.9 Y: 10.71 10 r/min, 50 N径向载荷

0 IAS / (rad·s −1 ) 10.4
0 100 200
IAD / rad Y: 10.00
(a) 0~10 r/min波形 速度差值: 0.71 rad/s
(a) 0~10 r/min waveform 9.9
0 6.28 12.56
0.30 IAD / rad
轴承故障特征频率 11.1 (a) 50 N
X: 1.87
幅值 / (rad·s −1 ) 0.15 X: 1.74 X: 7.16 X: 10.74 Y: 10.83 10 r/min, 100 N径向载荷
X: 3.58

0 IAS / (rad·s −1 ) 10.4
0 3.6 7.2 10.8 14.24 Y: 9.98
阶次 / × 速度差值: 0.85 rad/s
9.7
(b) 0~10 r/min波形的阶次谱 0 6.28 12.56
(b) Order specctrum of 0~10 r/min waveform IAD / rad
38 (b) 100 N
0~30 r/min, 10 N 径向载荷 11 10 r/min, 150 N径向载荷
IAS / (rad·s −1 ) 19 IAS / (rad·s −1 ) 10 Y: 10.89

0 Y: 9.38
0 100 200 9 速度差值: 1.51 rad/s
IAD / rad 0 6.28 12.56
(c) 0~30 r/min波形 IAD / rad
(c) 0~30 r/min waveform (c) 150 N

0.30
−1 ) 轴承故障特征频率 −1 径向载荷
· ·

幅值
速度差值
阶次 ×
波形的阶次谱