齿轮、轴承及旋转机械故障特征频率
功率倒频谱常用于齿轮系统的振动和噪声分析，它能分离转轴二次以上谐波调制而引起的大量“边频”，容易找出主要调制频率成分，从而对故障做出准确的诊断。
齿轮常见故障的特征频谱如图1所示，其中，GMF表示齿轮啮合频率，Fr 表示低速齿轮转频，Fn表示高速齿轮转频。
（a）正常
（b）磨损
（c）不对中
（d）裂纹
（e）偏心
（f）断齿
图1 齿轮常见故障特征频谱图
1. 故障频率经验公式
内圈故障频率：
外圈故障频率：
保持架故障频率：
滚动体故障频率：
外圈与保持架的关系：
外圈与内圈的关系：
其中，fr 为转频，z 为滚动体个数。
2. 滚动轴承滚动体故障
滚动体损伤时，缺陷部位通过内圈或外圈滚道表面时，会产生冲击振动。
滚动轴承无径向间隙时，会产生频率为n×z×fb 的冲击振动。
滚动轴承有径向间隙时，根据损伤部位与内圈或外圈发生冲击接触的位置不同，会发生以保持架旋转频率fc 进行的振幅调制的情况。
图2 滚动轴承滚动体故障
3. 滚动轴承内圈故障
内滚道产生损伤时，如剥落、裂纹、点蚀等，若滚动轴承无径向间隙，会产生频率为n×z×fi 的冲击振动。
通常滚动轴承都有径向间隙，且为单边载荷，根据损伤部分与滚动体发生冲击接触的位置不同，振动的振幅会发生周期性的变化，及发生振幅调制的情况。
图3 滚动轴承内圈故障
4. 滚动轴承外圈故障
滚动轴承外圈滚道产生损伤时，在滚动体通过时也会产生冲击振动。
由于损伤的位置与载荷方向的相对位置关系是一定的，所以不存在振幅调制的情况。
图4 滚动轴承外圈故障
1. 转子不平衡
转子不平衡形式分为：静不平衡，偶不平衡，动不平衡（静不平衡+偶不平衡）。
图5 静不平衡
图6 偶不平衡
转子转动一周，离心力方向改变一次。因此，转子不平衡振动的频率与转频一致。
2. 转子不平衡故障现象
时域为类似正弦波的振动波形；
振动能量主要集中在工作转频的1倍频；
轴心轨迹为椭圆，并为正进动方向；
主要表现为径向振动；
同一平面X、Y方向振动相位相差90°；
振动幅值随转速升高而迅速增大；
振动幅值不随负荷的增大而增大。
3. 转子不对中
美国MONSANTO石化公司统计，旋转机械故障的50%~60%是由转子不对中引起的。
转子故障特征频率