轴承故障特征频率是什么？看懂 BPFO、BPFI、BSF、FTF
同样是振动值升高，为什么有的能提前两个月预判出是外圈剥落，有的只能等到异响明显了才发现？差别在于看的是总量还是频率。总振动值只告诉你"有问题"，频谱能告诉你"哪个零件有问题"。
轴承在这件事上有个便利条件：它的四个关键部件各自对应一个可以算出来的频率。损伤出现在哪个部件，能量就出现在哪个频率上。
四个频率各管一个部件
BPFO（Ball Pass Frequency, Outer race）——外圈滚道通过频率。外圈有损伤时，每个滚动体滚过损伤区都会产生一次小冲击。因为外圈通常是固定不转的，损伤点相对于载荷区的位置不变，所以产生的振动模式稳定，相对最容易被识别。
BPFI（Ball Pass Frequency, Inner race）——内圈滚道通过频率。内圈随轴旋转，损伤点会周期性地进出载荷区——进入载荷区时冲击强，转出去时冲击弱。这导致振动信号被转速调制，频谱上的典型特征是 BPFI 两侧出现间隔为 1× 转速的边带。这组边带是区分内圈故障与外圈故障的重要依据。
BSF（Ball Spin Frequency）——滚动体自转频率。对应滚动体本身的损伤。因为一个滚动体上的损伤点在自转一周中可能先后碰到内圈和外圈，频谱上除了 BSF，有时更明显的是 2×BSF；同时常伴有间隔为保持架频率的边带。
FTF（Fundamental Train Frequency）——保持架基频。对应保持架问题。它的频率比其他三个低得多（通常不到转速的一半），所以在高频段找不到，要专门往低频看。保持架单独损坏相对少见，但它常作为边带出现在 BSF 周围。
公式与参数
四个频率由轴承几何参数和转速决定：
BPFO = (N/2) × fr × [1 − (d/D)·cosφ]
BPFI = (N/2) × fr × [1 + (d/D)·cosφ]
FTF = (1/2) × fr × [1 − (d/D)·cosφ]
BSF = (D/2d) × fr × [1 − ((d/D)·cosφ)²]
其中：fr 是轴的转频（Hz，等于转速 r/min 除以 60）；N 是滚动体个数；d 是滚动体直径；D 是轴承节径；φ 是接触角。
几个值得注意的推论：
BPFO + BPFI = N × fr。两者之和恒等于滚动体数乘以转频，这可以用来快速校验算出来的值有没有明显错误。
FTF 总是小于 0.5×fr。保持架转速永远低于内圈转速的一半，这是几何关系决定的。
这些频率都不是转速的整数倍。因为公式里含有 d/D 这个非整数比值。这一点在诊断上很有用：频谱上 1×、2×、3× 转速的峰通常来自不平衡、不对中、松动这类问题；而出现在 3.2×、5.7× 这种非整数倍位置上的峰，才需要往轴承上考虑。
实际怎么算
几何参数（N、d、D、φ）在轴承样本里有，也可以用制造商提供的在线计算工具查。工程上常见的做法是做一张表：把这几个参数换算成特征系数（即公式中 fr 前面的那一串），然后用系数乘以当前转频，就得到各部件的特征频率。变转速设备只要改一个转频输入，整张表自动更新。
对于内外圈都转的场合（如行星结构），公式里的 fr 应换成内外圈的转差频率，而不是简单用轴转速。
为什么早期故障要靠包络分析
这是最容易被忽略、也最关键的一点。
轴承早期损伤产生的是微弱的、高频的、重复性冲击。这些冲击的能量在普通速度频谱的低频段几乎看不见——会被不平衡、不对中这些大能量成分完全淹没。
包络分析（或称解调分析）的思路是：先用高通或带通滤波把低频的大能量成分滤掉，只保留冲击激起的高频共振；再对这段信号做包络，把冲击的重复节奏提取出来；最后对包络做频谱分析。这时 BPFO、BPFI 这些频率就会清晰地显现出来。
所以"测了振动但没提前发现轴承问题"，常常不是监测没做，而是只看了总值和常规频谱，没做包络。轧机这类背景振动大的设备，这个差别尤其明显。
用到现场要注意什么
频率对上了不等于就是那个部件坏了。还要看幅值趋势、谐波数量、边带结构。单次测量出现一个小峰，可能只是噪声；连续几次测量同一频率的幅值持续上升，才是可靠信号。
测点和工况要固定。测点位置、方向、转速、负荷不一致，两次数据没有可比性。轴承座上建议建立固定编号的测点，明确水平、垂直、轴向三个方向。
算出来的频率会有偏差。滚动体存在滑动，实际频率通常比理论值略低（一般在百分之几的范围内），所以在频谱上找峰时要留一个搜索窗口，不能只对着理论值那一根线看。
频谱是线索，不是判决。最终确认仍要结合温度趋势、润滑状态和停机后的拆检痕迹。相关判断方法可参见《拆下来的轧机轴承，如何从痕迹判断损伤原因？》。
把这四个频率算出来贴在设备旁边，是投入最小、回报最直接的一件事。有了它，振动数据才从"一个数"变成"一份诊断"。若需要核对某型号轴承的几何参数（滚动体数、节径、接触角），请提供轴承型号或设备图号。
资料说明：四个特征频率的公式为振动分析领域的通用公式，可在轴承制造商样本与振动分析公开资料中查到；BPFI 伴随 1× 转速边带、BSF 可能出现在 2×BSF 并伴随保持架频率边带、FTF 频率显著低于其他三者等频谱特征，引自公开的振动分析技术资料；特征系数乘转频的工程算法引自公开的状态监测技术资料。具体轴承的几何参数应以制造商样本为准，诊断结论应由具备资质的分析人员结合完整数据作出。