Page 81 - 《振动工程学报》2026年第5期

轴承故障
轴承故障
故障程度
阶模态
幅值 −2 · 阶模态 阶模态 阶模态 −2 · 幅值 −2 · 幅值 第 阶模态周围 振幅之和
故障程度 故障程度
频率 第 阶模态周围 振幅之和
陈 阳，等：融合多模态转子振动特性的电机轴承故障定位与诊断方法
第 5 期 轴承内圈故障 1285

1阶模态
2阶模态 3阶模态 4阶模态 0.08
1.0
幅值 / (m·s −2 ) 0.8 幅值 / (m·s −2 ) 0.06
0.6
0.04
0.4
0.2
0 0.5 1.0 0.02
0 0
500 1000 1500 2000 故障程度 / mm
频率 / Hz 0 1.0
(b) B2轴承内圈故障 0 0.2 0.4 0.6 0.8
故障程度 / mm
(b) Fault at inner race of bearing B2
(c) 第3阶模态周围BPFO振幅之和

图 9 不同外圈故障程度下的振动响应瀑布图 (c) The sum of the amplitudes of BPFO around
the 3rd order mode
Fig. 9 Waterfall diagrams of vibration response with different
outer fault severity

B1轴承故障 B2轴承故障 0.10
1.0 幅值 / (m·s −2 )
幅值 / (m·s −2 ) 0.6 0.05
0.8

0.4
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.2
故障程度 / mm
(d) 第4阶模态周围BPFO振幅之和
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 (d) The sum of the amplitudes of BPFO around
故障程度 / mm the 4th order mode

(a) 第1阶模态周围BPFO振幅之和
(a) The sum of the amplitudes of BPFO around 图 10 B1 和 B2 轴承外圈故障下的模态振幅对比
the 1st order mode Fig. 10 Comparison of modal amplitudes with B1 and B2
bearing outer race fault
0.10
由于内圈故障随转子一起旋转，BPFI 会在较高频段
幅值 / (m·s −2 ) 0.06 被旋转频率调制，在 1200 Hz 附近 BPFI 的第 9 阶谐波
0.08
及其边带十分明显。
0.04
0.02 随着故障程度的增加，转子振动响应的瀑布图如
图 12 所示，与外圈故障类似，当故障轴承位于 B2 时，
0 第 4 阶模态及其周围 BPFI 的幅值急剧升高。与图 10
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
故障程度 / mm 中的 BPFO 相比，当轴承故障程度相同时，BPFI 及其
(b) 第2阶模态周围BPFO振幅之和
(b) The sum of the amplitudes of BPFO around 高次谐波的幅值更高，即内圈故障更容易激发转子-轴
the 2nd order mode 承系统的模态响应。图 中的柱状图表明，第 阶模
13 4

i
9f −f r 9f i 9f +f r
i
2f i
9f i +2f r
3f i 9f i −2f r
−2 f i
· 10 0 4f i 9f i −3f r 9f i +3f r
5f i
14f i
12f i
6f i 10f i 11f i
幅值 10 −2 7f i 8f i 13f i
幅值 / (m·s −2 )
故障程度
10 −4 第 阶模态周围 振幅之和
B1轴承故障
B2轴承故障
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
−2 频率 / Hz
·
图 11 内圈故障下转子系统水平方向的振动响应
幅值 Fig. 11 Vibration response of rotor system at horizontal direction with inner race fault

故障程度
第 阶模态周围 振幅之和