T8-DSA-503 旋转机械故障诊断
旋转设备的综合性故障诊断工具

执行摘要: 旋转设备的故障很少"突然坏掉"，大多经历"早期微弱异常—逐步发展—超标劣化—突然失效"的过程，而轴承剥落早期的微弱冲击，人耳听不出、手感摸不到，却会在频谱上留下稳定的"指纹"。故障自诊断模块把这一指纹识别过程完全自动化：采集一段振动信号，软件自动识别转速、自动计算轴承与齿轮特征频率、自动对照国家标准评定振动等级，最终给出"轴承内圈故障、严重度：中期明显、置信度 88%"这样可直接写进检修工单的结论清单。

一、软件功能

本软件是面向旋转设备的综合性故障诊断工具。只需一次测量，软件即对振动信号自动完成"时域统计 → 频域变换 → 四大专项诊断 → 健康评级"的全流程分析，直接给出"转子不平衡 / 轴系不对中 / 基础松动 / 轴承外圈·内圈·滚动体·保持架故障 / 齿轮磨损·断齿"等定性结论，每条结论均附带置信度、严重程度与定量判据，一线人员无需读谱经验即可获得专家级诊断报告。

主要功能一览：

多通道诊断：支持 8 通道任选，可逐通道或批量分析；

时域统计表：自动计算峰峰值、均值、有效值、**值、峭度、波形因子、脉冲因子、裕度因子、峰值因子、歪度等十余项统计指标，并按通道汇总成表；

低频谐波诊断（速度谱 10~1000Hz）：基于 1×/2×/3× 转频谐波比，识别转子不平衡、轴系不对中、基础松动三类常见低频故障；

轴承特征频率诊断（加速度谱 10~1000Hz）：按轴承几何参数计算 BPFO/BPFI/BSF/FTF 四大特征频率，以信噪比自动判定外圈、内圈、滚动体、保持架故障并给出严重程度；

齿轮特征频率诊断（加速度谱 10~1000Hz）：按齿数计算啮合频率 GMF，结合边带分析识别齿面均匀磨损与断齿/局部损伤；

ISO 10816-3 振动健康评级（速度谱 10~1000Hz）：按设备分组自动给出 A/B/C/D 四级健康结论；

自动转速提取：键相/光电脉冲与频谱主峰双路径自动辨识，也可手动输入；

四图联动显示：时间波形、加速度谱、速度谱同屏对照，谱图上自动标注故障特征频率与幅值；

指数平均与平均次数设定：多点平均抑制随机干扰，读数更稳定；

内置 Demo 演示信号，无设备亦可完整演示；分析数据一键导出 Excel，便于编制检测报告。

二、应用场景

设备状态巡检：风机、电机、水泵、离心机、齿轮箱等旋转设备的日常点检与趋势跟踪；

故障定性定位：振动超标后快速回答"是什么故障、在哪个部件、有多严重"，指导检修决策；

新机验收与保修仲裁：以 ISO 10816-3 分级结论作为出厂/安装验收的客观依据；

检修质量确认：检修后复测，验证不平衡校正、轴承更换、齿轮修复等作业效果；

机械故障培训教学：内置 Demo 信号与完整判据展示，适合售前演示与技术人员培训。

三、测量目的

旋转机械的振动故障种类多、机理各异：不平衡表现为 1 倍转频突出；不对中伴随显著的 2 倍频；松动出现丰富的高次谐波；轴承损伤在特征频率处形成高频共振峰；齿轮损伤则在啮合频率及其边带上显形。单一指标无法覆盖全部故障，本软件的测量目的可归纳为三层：

**层 · 总体健康评级：由速度有效值按 ISO 10816-3 分级，快速回答"设备整体状态能否继续运行"；

第二层 · 故障类型识别：低频谐波诊断锁定不平衡/不对中/松动，轴承与齿轮诊断锁定具体损伤部件；

第三层 · 严重程度量化：每项结论给出置信度、信噪比与幅值，为"立即停机、缩短周期、继续观察"的决策提供定量依据。

四、算法原理

4.1 信号处理链

① 带通滤波：对加速度信号做 10~1000 Hz 带通滤波，覆盖 ISO 评价频段与常见机械故障频带；

② 加窗与 FFT：加汉宁窗抑制泄漏，做快速傅里叶变换得到标准化单边加速度峰值幅值谱（单位 g）；

③ 频域积分：由加速度谱换算速度幅值谱（单位 mm/s），并计算 10~1000 Hz 频段速度有效值，用于 ISO 评级与低频谐波诊断；

④ 双谱对照：加速度谱对轴承、齿轮等高频故障更敏感，速度谱对不平衡、不对中等低频故障更直观，两图联合判读。

4.2 时域统计指标

软件对每条通道的时域波形自动计算下表统计量，用于快速把握信号总体特征：

4.3 低频谐波诊断（不平衡 / 不对中 / 松动）

在速度谱上读取 1×、2×、3× 转频处的幅值 a1、a2、a3（a1 低于 0.5 mm/s 时不做判据，避免弱信号误判），再按谐波比自动分类：

每条结论同时给出按谐波比换算的置信度与三个倍频的实测幅值，便于复核。

4.4 轴承特征频率诊断

输入轴承几何参数（滚动体数 Z、滚珠直径 d、节径 D、接触角 α），按滚动轴承运动学公式计算理论特征频率：

判定方法采用"特征峰与局部背景对比"的信噪比准则：在加速度谱上读取各特征频率处的幅值，并与该频率附近的局部背景平均幅值求比值（信噪比）。三重防误报机制：

绝对门限：特征频率幅值低于 0.005 g 时直接判正常，防止噪声底随机峰误报；

信噪比门槛：信噪比 ≥ 2 判为故障特征，且带迟滞（降回 1.6 以下才解除），避免临界状态反复翻转；

边带校验：内圈、滚动体故障辅以边带分析交叉验证。

严重程度按信噪比分档：信噪比 < 4 为"早期轻微"（置信度 60%），4~8 为"中期明显"（80%），≥ 8 为"严重"（90%）。

4.5 齿轮特征频率诊断

输入齿数 Zg，啮合频率 GMF = Zg × 转频。软件读取 GMF 处幅值与局部背景之比，并计算啮合频率两侧各 5 阶边带（间隔等于转频）的平均幅值与 GMF 幅值之比（边带载波比）：

边带载波比 < 0.2：判定为齿面均匀磨损，按信噪比细分轻/中/重三档；

边带载波比增大：判定为断齿、点蚀等局部损伤——局部故障对啮合产生强调制，边带族显著增强。

4.6 ISO 10816-3 振动健康评级

按 ISO 10816-3:2009 附录 A，依据设备类型与支承刚性将设备分为 8 个评价组（G1~G4 × 刚性/柔性），以 10~1000 Hz 速度有效值（mm/s）评定 A/B/C/D 四级：

软件内置 8 组标准阈值（例如中型电机柔性支承：B 级 4.5、C 级 7.1 mm/s），评级结果直接写入诊断表与时域统计表，与 T8-DSA 振动等级评价窗体保持同一口径。

五、参考标准

ISO 10816-3《机械振动 在非旋转部件上测量评价机器的机械振动 第3部分：现场测量标称转速 120~15000 r/min 的工业机器》——振动分级评价的直接依据；

ISO 13373-1《机器状态监测 振动状态监测 第1部分：一般程序》——测点、测量参数与数据处理规范；

ISO 15243《滚动轴承 损坏和失效》——轴承损伤模式与失效机理分类；

ISO 13379-1《机器状态监测与诊断 数据判读与诊断技术 通则》——故障特征与诊断结论表述规范；

GB/T 6075.3 / GB/T 11347 系列——对应 ISO 10816 系列的国家标准，供国内项目引用。

六、产品优点

一次测量、四重诊断：谐波、轴承、齿轮、ISO 评级四大模块并行运行，无需在多个软件间来回切换；

直接给结论：诊断表逐条列出"故障部件 + 严重程度 + 置信度 + 定量判据"，一线人员零门槛使用；

三重防误报：绝对幅值门限 + 局部背景信噪比 + 判定迟滞，显著降低现场误诊率；

全自动转速：键相与频谱双路径自动辨识，免去人工查转速的繁琐；

双谱对照：加速度谱与速度谱同屏，高频轴承故障与低频转子故障一屏尽收；

十余项时域统计指标自动成表，峭度、峰值因子等早期故障征兆一目了然；

指数平均提稳，Demo 演示模式即开即用，Excel 一键导出直接生成检测报告；

与 T8-DSA 家族同平台：覆盖 FFT/包络解调/动平衡/轴心轨迹/声学等分析，一次投入持续扩展。

七、操作指导

软件主界面如下图所示：左侧为通道与诊断参数设置区，上方为时域统计表与故障诊断结论表，下方为时间波形、加速度谱、速度谱三图联动显示区。

图：旋转机械故障诊断主界面（双表诊断 + 三图联动）

7.1 基本操作步骤

第 1 步 · 选择通道：在"诊断参数设置"区勾选待分析通道；初次体验可勾选"测试模式（自生成 Demo 信号）"离线演示。

第 2 步 · 设置转速：转速来源选"自动提取"，软件自动辨识；也可手动输入转速（RPM），界面实时换算转频（Hz）。皮带/齿轮传动场合可配合"转速修正倍数"。

第 3 步 · 启用诊断模块：按需勾选"低频谐波诊断""ISO 10816-3 评级""轴承特征频率分析""齿轮特征频率分析"四个复选框，可单开也可全开。

第 4 步 · 填写机械参数：ISO 评级下拉框选择设备分组（如"G2 中型电机 柔性支承"）；轴承分析填写滚动体数 Z、滚珠直径、节径与接触角；齿轮分析填写齿数 Zg。

第 5 步 · 设置平均：信号波动大时勾选"指数平均"并设定平均次数（建议 8~16 次），点击"重新平均"清除历史累加。

第 6 步 · 查看结果：点击"刷新"执行分析。上方统计表给出时域指标与 ISO 评级；诊断结论表逐条列出谐波/轴承/齿轮的诊断结论、严重度与判据；下方三图同步刷新，谱图自动标注特征频率与幅值。

第 7 步 · 数据管理：勾选"置顶显示"便于多窗体对照；"导出所有数据"一键将统计表与诊断结论导出 Excel；"使用范例"载入示例参数；"帮助"查看内置说明。

7.2 操作注意事项

轴承参数务必按实物轴承手册填写，参数错误将导致特征频率整体偏移、误判故障部件；

转速是所有特征频率计算的基准，自动提取后建议人工核对转速框数值；

谐波诊断与 ISO 评级使用速度谱，轴承与齿轮诊断使用加速度谱——诊断表"测值类型"列已标明口径；

转频分量过弱（< 0.5 mm/s）时谐波判据自动关闭，界面会提示"转频分量太弱"，此时应检查测点与转速设置；

设备分组（刚性/柔性支承）选择直接影响 ISO 评级结论，请按 ISO 10816-3 定义核实；

同一测点保持采样与平均设置一致，以便历史趋势比较。

八、读数案例与建议参数

8.1 读数案例（界面示例数据）

以界面示例（Demo 信号）为例，演示两张表的读法：

时域统计表：CH1 通道峰峰值 0.89 g、有效值 0.18 g、峭度 3.43（接近 3，冲击成分不显著）、ISO 评级给出设备分组与等级结论——先看有效值与评级把握整体，再看峭度判断有无冲击征兆；

诊断结论表·谐波行：转子不平衡，置信度 97.3%，判据显示频谱 1 倍频 175 Hz 幅值 0.570 g、2 倍频/基频比 0.12（远小于 0.5），与不平衡机理吻合；

诊断结论表·轴承行：外圈 BPFO=101.6 Hz、内圈 BPFI=151.1 Hz、滚动体 BSF 与保持架 FTF 逐项列出幅值与信噪比，结论"正常"且注明"幅值低于门限"，说明特征峰未超背景——即使无故障，定量数据仍可用于趋势对比；

诊断结论表·齿轮行：提示"转频分量太弱"，此时齿轮判据不参与结论，避免误报；

下方速度谱图中红色文字标注了各特征频率位置与幅值（如 1X=175.3Hz 0.570g），与诊断表一一对应，形成完整证据链。

8.2 建议参数速查表

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