起重机振动超标怎么用频谱定位故障？特征频率计算步骤
振动烈度超了，先换轴承还是先检齿轮，多数现场靠经验猜。按 GB/T 6075.3-2011 的区域判据，一台30kW起升减速器的 B/C 边界是 2.8 mm/s、C/D 边界是 7.1 mm/s，这段区间里轴承滚道剥落和齿轮点蚀会给出同样的总振值读数。
区分二者的办法是把总振动拆成特征频率：轴承外圈故障表现为通过频率及其谐波，齿轮故障表现为啮合频率两侧的边带。下面给出 6312 轴承特征频率与两级齿轮啮合频率的完整算式，并以一台32t QD型桥式起重机的实测频谱说明定位与处置。
振动烈度多少算超标？先按 GB/T 6075.3-2011 分区
振动速度有效值（mm/s rms，带宽10~1000 Hz）是评价旋转部件烈度的基础量。GB/T 6075.3-2011 对额定功率大于15kW、转速120~15000 r/min的现场测量工业机器给出四档区域边界，起重机起升减速器没有独立的振动限值国标，工程上按驱动电机功率归组并参照该标准给出的 A/B/C/D 四档区域边界取值。
C 区意味着可继续运行但须安排检修，D 区意味着继续运行会造成损伤累积。测点应落在轴承座壳体上、取径向垂直或水平方向，并记录当次转速与载荷。
| 机器类别（按功率与支承） | A/B 边界 | B/C 边界 | C/D 边界 | 起重机上的典型对象 |
|---|---|---|---|---|
| Ⅰ类 ≤15 kW | 0.71 mm/s | 1.8 mm/s | 4.5 mm/s | 电动葫芦起升电机 |
| Ⅱ类 15~75 kW | 1.12 mm/s | 2.8 mm/s | 7.1 mm/s | 5~32t 桥式起重机起升减速器 |
| Ⅲ类 >75 kW 刚性基础 | 1.8 mm/s | 4.5 mm/s | 11.2 mm/s | 冶金起重机起升机构 |
| Ⅳ类 >75 kW 柔性基础 | 2.8 mm/s | 7.1 mm/s | 18 mm/s | 门机回转、柔性支架机组 |
区域边界只回答是否超标，特征频率回答哪个零件在坏。同一台减速器，滚道剥落与齿面点蚀都能把读数推过 2.8 mm/s，处置方式却不同：前者更换轴承，后者视点蚀面积决定修磨或更换齿轮。
轴承故障特征频率怎么算？6312 轴承完整代入过程
滚动轴承四个特征频率由几何参数和转速决定，与负荷大小无关。式中 n 为滚动体数量，d 为滚动体直径，D 为节圆直径（取（内径+外径）/2），α 为接触角（深沟球取0°），fr 为轴转频（r/min ÷ 60）。
外圈通过频率 BPFO = (n/2) × fr × (1 − d/D × cos α)；内圈通过频率 BPFI = (n/2) × fr × (1 + d/D × cos α)；滚动体自转频率 BSF = (D/2d) × fr × (1 − (d/D × cos α)²)；保持架频率 FTF = 0.5 × fr × (1 − d/D × cos α)。
以32t QD型桥式起重机起升减速器输入轴的 6312 深沟球轴承为例：滚珠数 n=8，滚珠直径 d=22.225 mm，节圆直径 D=(60+130)/2=95 mm，接触角 α=0°，输入转速 735 r/min。先算转频与直径比：fr = 735/60 = 12.25 Hz，d/D = 22.225/95 = 0.234。
代入：BPFO = 8/2 × 12.25 × (1 − 0.234) = 4 × 12.25 × 0.766 = 37.54 Hz；BPFI = 4 × 12.25 × 1.234 = 60.46 Hz；BSF = 95/(2×22.225) × 12.25 × 0.945 = 2.137 × 12.25 × 0.945 = 24.75 Hz；FTF = 0.5 × 12.25 × 0.766 = 4.69 Hz。
校验一步：FTF × n = 4.69 × 8 = 37.5 Hz，与 BPFO 吻合，说明代入无误。特征频率不止基频一条，2×BPFO = 75.1 Hz、3×BPFO = 112.6 Hz 的谐波族同时出现，才是外圈剥落的典型谱形。
齿轮啮合频率与边带怎么判读
啮合频率 GMF = 齿数 z × 该轴转频 fr。同一对齿轮的两根轴转速不同，啮合频率相同，这是判断谱峰归属的第一条校验线。输入级小齿轮 z=17、输入轴 735 r/min，GMF = 17 × 12.25 = 208.25 Hz；中间轴降至 141.99 r/min（轴转频 2.366 Hz），输出级小齿轮 z=15，GMF = 15 × 2.366 = 35.5 Hz。
低转速级带来一个容易忽略的采集要求：输出轴转频仅 0.34 Hz、输出级啮合频率 35.5 Hz，若把分析下限卡在 10 Hz、单次采样只有 1 s，低频段几乎没有有效谱线。这类测点应把下限降到 1~2 Hz，单次采样不短于 10 s。
边带是齿轮故障的指纹，齿面点蚀、齿根裂纹、局部断齿会在 GMF 两侧生成间隔等于故障齿轮所在轴转频的边带族，本机间隔为 ±12.25 Hz（输入级）、±2.37 Hz（输出级）。边带判读要结合点蚀面积，具体口径见起重机减速器齿轮点蚀的检查与更换判定。
频谱定位故障的四个步骤
第一步做基准采集：新机或大修后的一周内，在额定载荷与额定转速下采一次全谱，记下总振值与各主要峰值。第二步算特征频率，把每个轴承的 BPFO/BPFI/BSF/FTF 与每级齿轮的 GMF、边带间隔列成对照表贴在点检记录本上。
第三步对号入座：总振值落在哪个区域决定处置优先级，谱峰落在哪条特征频率上决定处置对象。第四步做趋势外推，同一测点、同一载荷下重复测量，用两次读数之差除以间隔天数得到日增长率，再折算到 C/D 边界还剩多少天。
- 基准采集：新机或大修后一周内，额定工况下取全谱并记录转速与载荷
- 算特征频率：逐个轴承算 BPFO/BPFI/BSF/FTF，逐级齿轮算 GMF 与边带间隔
- 对号入座：区域定优先级，谱峰定部件（轴承通过频率族或 GMF 边带族）
- 趋势外推：日增长率 =（本次值 − 上次值）÷ 间隔天数，折算至 C/D 边界的剩余天数
工况：某厂一台32t QD型通用桥式起重机，工作级别A5，日均起升约260次，起升电机30kW、735 r/min，两级圆柱齿轮减速器总速比35.5，输入轴装 6312 深沟球轴承。2025年3月巡检，输入轴承座振动速度有效值由基线的 1.6 mm/s 升至 5.4 mm/s，频谱在 37.5 Hz 出现峰群并带 75.1 Hz、112.6 Hz 谐波，两侧没有 1× 旋转频率（12.25 Hz）边带。
2025年4月复测升至 6.8 mm/s，日增长率 =（6.8 − 5.4）÷ 21 = 0.067 mm/s/天，距 C/D 边界 7.1 mm/s 只剩约 4 天，随即安排停机拆检，确认 6312 外圈滚道剥落，剥落区约 15 mm × 6 mm，更换后复测回落至 1.9 mm/s。链条是：总振值进 C 区 → 谱峰落在 BPFO 谐波族 → 无 1× 边带排除齿面调制 → 趋势外推给出检修窗口。
现场常见错误有哪些？三处典型误判
振动分析的门槛不在仪器，在谱峰归属。下面三处错误做法在巡检现场出现频率最高，每一处都会把检修引向错误部件
- 只看总振值不看频谱，读数进 C 区就换轴承。总振值是各部件能量叠加，齿面点蚀同样能把读数推过 2.8 mm/s。正确做法是先看谱峰是否落在 BPFO/BPFI 谐波族或 GMF 边带族，再决定拆哪一侧。
- 把 37.5 Hz 的密集峰当成转频的三倍频，按不平衡处理。3 × 旋转频率 = 36.75 Hz，与 BPFO 37.54 Hz 只差 0.79 Hz，频率分辨率不足时两条谱线重叠。正确做法是把包络谱上限压到 200 Hz 并取 1600 线，分辨率 0.125 Hz，两条线即可分开。
- 空载谱与满载谱直接比趋势。起重机载荷谱变化大，空载与满载下啮合力差异成倍，边带幅值差异远大于磨损引起的变化。正确做法是固定载荷档位与转速再比趋势。
还有一处容易被当成故障的谱形：箱体固有频率。特征频率随转速成比例移动，箱体固有频率固定在原位不动，两次不同转速的采集一对比就能分开。
什么情况下频谱分析不适用
上面这套算法的适用范围是恒速运行、纯滚动轴承、定轴齿轮传动的机组。以下几种情况需换方法，硬套特征频率会得出错误结论。
- 变频调速的起升机构：转速连续变化使固定 Hz 谱上的边带被抹平，应改用阶次分析，把横坐标换成以转频为基准的阶次。
- 输出级等低速轴：轴转频低于 1 Hz 时 FFT 需要极长采样，改用冲击计数与声发射更直接，本案例输出轴转频 0.34 Hz 即属此类。
- 行星级与滑动轴承部位：BPFO/BPFI 公式的前提是外圈静止、滚动体纯滚动，这两类部位不适用。
- 只做单次测量：没有基线与趋势，单张谱图无法判定磨损速率，不宜据此下检修结论。
把振动烈度接进在线监测还要解决工况归一化：现场已有安全监控管理系统的，可调取起重量与动作次数序列，把趋势按载荷与频次换算到同一基准，报警阈值口径参照起重机安全监控CMS报警阈值怎么设；轴承拆检与更换后的复测见起重机吊钩组轴承间隙的检查与更换判定，温度与振动的联合判断路径见电机轴承温度异常的排查流程。
参考文献
- [1] GB/T 6075.3-2011《机械振动 在非旋转部件上测量评价机器的振动 第3部分：额定功率大于15kW额定转速在120 r/min至15000 r/min之间的在现场测量的工业机器》
- [2] GB/T 6075.1-2012《机械振动 在非旋转部件上测量评价机器的振动 第1部分：总则》
- [3] NTN Americas《Formulas to Calculate Bearing Frequencies》轴承频率计算表
- [4] Brüel & Kjær Application Note bo0501《Envelope Analysis for Diagnostics of Local Faults in Rolling Element Bearings》
- [5] GB/T 28264-2017《起重机械 安全监控管理系统》
常见问题解答
问：轴承外圈故障特征频率怎么快速估算？
答：记不住几何参数时用近似式：外圈通过频率约为 0.4 × 滚珠数 × 轴转频，内圈约为 0.6 × 滚珠数 × 轴转频。6312 轴承 735 r/min 下按此估算 BPFO ≈ 0.4 × 8 × 12.25 = 39 Hz，与几何参数算得的 37.5 Hz 相差 4%，可现场初筛。
问：频谱上出现特征频率是否就要立即停机？
答：看总振值所在区域。仍在 B 区（15~75kW 机器为 1.12~2.8 mm/s）时按季度加密采样；进入 C 区（2.8~7.1 mm/s）须安排计划检修；超过 7.1 mm/s 或折算剩余时间不足一周时应当停机。
问：起重机减速器振动烈度多少算超标？
答：按驱动电机功率定类别：15~75kW 起升减速器取 A/B 1.12 mm/s、B/C 2.8 mm/s、C/D 7.1 mm/s；75kW 以上刚性基础取 1.8/4.5/11.2 mm/s。振动速度有效值按 10~1000 Hz 带宽测量。
问：包络谱与普通速度谱的区别在哪？
答：普通速度谱显示宽频能量分布，轴承早期剥落的冲击能量弱，容易被啮合与不平衡能量淹没；包络谱先对高频段解调再作谱，把冲击重复率提取到低频区，分辨率更高。现场做法是速度谱看总振值与齿轮特征，包络谱看轴承缺陷。河南鸿升起重机有限公司在起升机构上加装的振动测点即按双通道配置。
