3-典型機(jī)器故障振動(dòng)特征分析(一)平衡與對(duì)中

1、 典型機(jī)器故障振動(dòng)特征分析 典型機(jī)器故障 轉(zhuǎn)子不平衡 軸線不對(duì)中 轉(zhuǎn)子偏心 軸彎曲 機(jī)械松動(dòng) 共振 軸承故障 流體引起的振動(dòng) 齒輪故障 交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 拍振問題 振動(dòng)特征分析 1 XI ? :. ! ! ;.? !dU 4貝 * 5?rr b*屮獸乂AX#!護(hù)H屮 吐H 振動(dòng)特征分析 振動(dòng)故障分析診斷的任務(wù)：從某種意義上講，就是讀譜 圖，把頻譜上的每個(gè)頻譜分量與監(jiān)測(cè)的機(jī)器的零部件對(duì) 照聯(lián)系，給每條頻譜以物理解釋。 1. 振動(dòng)頻誥中存在哪些頻說分? 2. 每條頻i料分的W值毛人？ 3. 這些頻譜分議彼此之間存在什么關(guān)系？ 4. 如果存在明迄的高toffl的頻說分聯(lián)，它的粘確的來源？它 與機(jī)器的零

2、部件對(duì)應(yīng)關(guān)系如何？ 5. 如果能測(cè)就相位，應(yīng)該檢ft相位是否穩(wěn)定？ ？$測(cè)點(diǎn)信號(hào)Z 間的相位關(guān)系如何？ 典型機(jī)器故障振動(dòng)特征分析 轉(zhuǎn)子不平衡 軸線不對(duì)屮 偏心 軸彎曲 機(jī)械松動(dòng) 轉(zhuǎn)子不平衡 不平衡定義: 轉(zhuǎn)子質(zhì)鼠中心線與轉(zhuǎn)軸小心線不施介時(shí)便產(chǎn)生不卩衡- 2) r Unbalance CG. J 力不半衡 Mass Q 力偶不半衡 ShflQ UnMttnoe UauM Not 動(dòng)不平衡 懸秤轉(zhuǎn)子不平衡 不平衡產(chǎn)生的原因 Potential Causes of Imbalance _ iM j.Bww 一d宓 _I * *!- 不平衡振動(dòng)特征 不卩衡轉(zhuǎn)子呈現(xiàn)如卜特征： 1. 不平衡振動(dòng)總足顯示出

3、不平衡部件轉(zhuǎn)速頻率的倍頻率的振動(dòng)（但 足1X轉(zhuǎn)速頻率的并不總足不平衡）通常，這個(gè)IX轉(zhuǎn)速頻率的振動(dòng)尖 峰在頻ift中占優(yōu)勢(shì). 2. 半故障僅限r(nóng)不平衡時(shí)IX轉(zhuǎn)速頻率的嫌動(dòng)尖郵的幅值通常人r或 等r抿動(dòng)總輛值的X0%（如泉除了不平衡之外還仃其他故障.則町 能僅為振動(dòng)總就福值的5%到80%）。 3. 拚i動(dòng)幅值與質(zhì)中心離軸中心線的距離成止比.此外，芳低J：轉(zhuǎn)了 第階臨界轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)-振動(dòng)幅值將隨轉(zhuǎn)速的平方成比例變化.即: 轉(zhuǎn)速升島3倍，將導(dǎo)致不平衡掘動(dòng)増大9倍. 4. 質(zhì)鍛不平衛(wèi)產(chǎn)生一個(gè)均勻的旋轉(zhuǎn)力，此力的方向連續(xù)變化.但足始 終作用在從向方向I:- W此.軸和支承軸承G向于以某圓周軌道運(yùn) 動(dòng)，燃I

4、何由r軸承的垂ft方向剛性比水平方向剛件強(qiáng)所以通常振 動(dòng)響應(yīng)足一疋程度的橢岡軌跡 W此.水平方向振動(dòng)通簾略人乖 rt方向振動(dòng)一般范W在2至3倍左右為水平方向崎垂rt方向振動(dòng) 之比大J6比1時(shí)通常說明尼W他故障尤其是共ttU 不平衡振動(dòng)特征 5肖不衡超過其他故障成為主掘動(dòng)原1人1時(shí)則軸承1:水平方向y垂 方向嫌動(dòng)相位堆約為90度（+/-30度） W此如果“在IX轉(zhuǎn)速頻 率牧犬的撮動(dòng)，但足水半方向與眶rt方向振動(dòng)相位走為0度或接近 1如度通常這說明足氏他故障源例如偏心 6. 如果存在明顯的不f #i，則內(nèi)側(cè)軸承與外側(cè)軸承的水平方向擁動(dòng)的 相位益應(yīng)該接近垂貞方向娠動(dòng)的相位星即.不足叱較同一軸承座上

5、水平方向方向的郴位總.而足比牧內(nèi)側(cè)軸承9外側(cè)軸承水平方 向振動(dòng)郴位湼與礎(chǔ)方向振動(dòng)相位 7. F不平衡肯優(yōu)勢(shì)時(shí)-待向方向（水平方向和ft方向）掘動(dòng)通常比軸 向方向媒動(dòng)大許多（除了懸臂轉(zhuǎn)子之外.這將在后而帝N中討論）. 8. 不平衡轉(zhuǎn)子通常在徑向方向呈現(xiàn)穩(wěn)疋的、町施復(fù)的撮動(dòng)相位 9. 共振有時(shí)町能受不平衡的影響較大. 10不半衡對(duì)轉(zhuǎn)f產(chǎn)生過人振動(dòng)的影響可能很人啡實(shí)1：在冇些剛度較 低的軸承用I:,不半衡的轉(zhuǎn)幾盡席很小的歿余不平衡址，也連會(huì)出 現(xiàn)不平ifcfc動(dòng)，但宓動(dòng)平衡還足可明W減小松動(dòng)引起的振動(dòng)但足. 往往無法平衡仃松動(dòng)的轉(zhuǎn)f- 力不平衡 力不半衡也稱為“掙不半衡”： 力不平衡就是質(zhì)量中心線離

6、開口平行r軸中心線的一 種轉(zhuǎn)了不平衡狀態(tài)。町采用靜平衡法修iEZ。 力不平衡的典型頻譜及相位關(guān)系統(tǒng)： Unbalance tx RAOlAt 19 力不平衡特征 力不平衡特征概括如下： 1. 以IX轉(zhuǎn)速頻率旋轉(zhuǎn)的相冋的不平衡力通常都差不多同 時(shí)出現(xiàn)在內(nèi)側(cè)和外側(cè)轉(zhuǎn)f軸承用上(然而，根據(jù)毎個(gè)方 向的支承剛性，水平和垂直方向的響應(yīng)可能略不同。 2. 在純的力不半衡情況下，外側(cè)水平方向振動(dòng)相位等于 同一軸上內(nèi)側(cè)水平方向振動(dòng)相位。 3. 同樣，同一軸上外側(cè)軸承的乖直方向振動(dòng)相位也近似 等r內(nèi)側(cè)軸承的垂亶方向振動(dòng)相位 4. 力不平衡只需在通過轉(zhuǎn)子巫心(CGHKJ單一平而內(nèi)加一 個(gè)反作用的電駅便可修正之。

7、5. 內(nèi)側(cè)和外側(cè)軸承水平方向振動(dòng)相位差應(yīng)該人致等r內(nèi) 側(cè)和外側(cè)軸承乖fl方向振動(dòng)相位差。 力偶不平衡 口質(zhì)屋中心線紬線與軸兒何屮心線軸線相交r轉(zhuǎn)了的朮心處的一種 不平衝狀態(tài). 在轉(zhuǎn)子的每一端彼此相蔓180度處，有兩個(gè)質(zhì)就相等的乘點(diǎn)產(chǎn)生一 力偶.明顯的力偶不平衡町以引起轉(zhuǎn)子嚴(yán)鍛的不穩(wěn)疋.使Z前后 擺動(dòng)(像以轉(zhuǎn)f駆心(CG)處為支點(diǎn)的“蹺蹺板)第9尢侑 1. 由于不對(duì)中造成機(jī)器零部件損壞 不對(duì)中會(huì)引起聯(lián)軸器損壞，還會(huì)損壞其他機(jī)辭部件.如會(huì)對(duì)軸仗 施加過大的力，而引赴軸承過早損壞同樣會(huì)妊引起包齒輪，皮帶, 皮帶輪，葉片等其它機(jī)器零部件何害的彩響. 2. 引起對(duì)門由端（或外側(cè)）的作用 由r不對(duì)中從聯(lián)軸

8、器引入的力可能足夠強(qiáng)大，具作用不僅是在瑕 靠近聯(lián)軸器的軸禾上，同樣也作用在機(jī)器的自由端或外側(cè)端. 3. 引起2X轉(zhuǎn)速頻率振動(dòng) 不對(duì)中經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生大r止常值的2X轉(zhuǎn)速頻率振動(dòng)，它不僅作用在 軸向方向.還作用在徑向方向2X轉(zhuǎn)速頻率分足最好的不對(duì)中指示 4 .引起軸向方向掘動(dòng) 不對(duì)中也許是人的軸向方向掘動(dòng)的W常見的甌因，肖然還仃若干 英它來源也對(duì)產(chǎn)生軸向方向振動(dòng)，它們包括： 不對(duì)中的危害及特征 可產(chǎn)生軸向方向振動(dòng)原伙1: a. 彎曲的軸： b. 處于共振回轉(zhuǎn)的軸： C. R住在軸I：的不對(duì)中的軸承（見第四章，第三節(jié)）： d. 軸向方向某些機(jī)器零部件共振； e. 推力軸承燒損； f. 肝損的螺旋W輪或斜

9、齒輪； g. 裝滑動(dòng)軸承的電動(dòng)機(jī)相對(duì)于英磁力屮心擺動(dòng)： h. 聯(lián)軸器的零部件不對(duì)屮： 因此，當(dāng)出現(xiàn)人的軸向方向振動(dòng)時(shí)，不要很快草帥地得出 故障就是不對(duì)中的結(jié)論。而是，應(yīng)該持別分析振動(dòng)相位倍 息，然后分析振動(dòng)頻譜。 5. 引較応次諧波 不對(duì)中還可能引起大吊的ft次諧波，便撮動(dòng)頻if!呈現(xiàn)為像松動(dòng)或 間隙過人的故障含關(guān)a的區(qū)別待征仍然圧軸向方向2X轉(zhuǎn)速頻率的人的 褊值的振動(dòng). 6. 相位浪不對(duì)中的垠代指示 殂然同樣存在IX轉(zhuǎn)速頻率92X轉(zhuǎn)速頻舉的扳動(dòng)，但不對(duì)中時(shí)的相 位特點(diǎn)是：聯(lián)軸器兩側(cè)的相位弟接近180度（40到50度），不對(duì)中程 度愈嚴(yán)巫，愈接近這個(gè)180度相位簽同樣諸如不平衡，心距. 共振等

10、H；他故障不明顯時(shí)愈接近這個(gè)180度相位差. 在比較同轉(zhuǎn)r的水平力向相位差q垂fi方向相位羞時(shí).約百分 Z九I的不對(duì)中機(jī)器將農(nóng)現(xiàn)毎ft方向相位淮與水平方向郴位差Z間的 ?Hf接近18O度例如如果外側(cè)軸承與內(nèi)側(cè)fe承Z間水平方向相位 差約為30度人多數(shù)不對(duì)中轉(zhuǎn)f的垂左方向相位差為約210度不平 衡的轉(zhuǎn)子不會(huì)農(nóng)現(xiàn)這種相位雄恃性 W為不平衡的轉(zhuǎn)子-水平方向出 現(xiàn)的相位差I(lǐng)F常接近垂方向相位差. 不對(duì)中的危害及特征 右屮對(duì)中的響應(yīng)中.相位轉(zhuǎn)件可概為ftn K： a.也許不對(duì)中故障的瑕住:指示是對(duì)聯(lián)軸器兩側(cè)的振動(dòng)郴位的評(píng)定-這 Tb檢代上動(dòng)軸及其聯(lián)軸器的一半如何W對(duì)丁被動(dòng)紬及英聯(lián)軸器的一半 反作用-晉聯(lián)

11、軸器兩側(cè)的相位墊接近180度（40到50度）時(shí)常常說明 鬼不對(duì)中尤其足、不對(duì)中程度愈嚴(yán)甫時(shí)愈接近這個(gè)180度郴位差. 同樣.諸如不平#b 心距.共振等其他故障不明顯時(shí)愈接近這個(gè) 180度相位這里亜的是不僅測(cè)fi振動(dòng)的頻iJt還應(yīng)該在對(duì)以 達(dá)到的毎個(gè)軸*的水唯“和軸向方向測(cè)氐1位 b在研究轉(zhuǎn)子（恰如電動(dòng)機(jī)-泵.風(fēng)機(jī)等）耳中之一的軸承廉相位涇時(shí). 令明顯不對(duì)中的徑向方向相位淪或是0度或是180度（30度幾這與不平 不同.不平衡故障中這種相位總可能接近90度（即水平和乖M方向相 位盤可能為70度）這里的關(guān)健足不對(duì)屮的相位羌接近0度或1旳度 C在比較同一轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器兩端的軸承鹿匕水卩方向相位走與進(jìn)rt方

12、向 郴位璉時(shí)約白分Z九十的不對(duì)中機(jī)器將農(nóng)現(xiàn)垂rt方向與水平方向Z 間的相位誥接近180度例如如果外側(cè)軸承與內(nèi)側(cè)軸承Z間水平方向 相位羞約為30/S.人1；數(shù)不對(duì)中轉(zhuǎn)子的垂方向相位幷?為約210度。不 屮衡的轉(zhuǎn)子不會(huì)枚現(xiàn)這種相位總特性，W為不平的轉(zhuǎn)&水平方向出 現(xiàn)的郴位非常接近垂rt方向相位弟. 7其他故障源的影響 當(dāng)打不對(duì)中同時(shí)存在諸如不平衡，彎曲的軸，共振等 其他故障時(shí)不僅會(huì)影響振動(dòng)頻譜，還會(huì)影響相位特性 例如.如果存在不平衡和不對(duì)中故障，可能會(huì)表現(xiàn)出犬幅 值的IX轉(zhuǎn)速頻率和2X轉(zhuǎn)速頻率的振動(dòng)，加上徑向相位差根 據(jù)毎種故障的嚴(yán)巫程度可能或不能接近150度到180度，這 種情況下，聯(lián)軸器側(cè)的軸

13、向方向相位差仍將接近180度。 概括說來，如果機(jī)器仃犬的IX轉(zhuǎn)速頻率和2X轉(zhuǎn)速頻率 振動(dòng)，總是應(yīng)該測(cè)駅相位數(shù)據(jù)，因?yàn)橄辔粚⒆悴粚?duì)中還是 有類似癥兆的其他不同故障源差別的關(guān)鍵指示。諸如人的 軸向方向振動(dòng)和諧波振動(dòng)也足很好的不對(duì)中癥兆，如果振 動(dòng)人.不耍簡單認(rèn)為是不對(duì)中故障，而應(yīng)該仔細(xì)分析振動(dòng) 相位fS息后再作決定，例如如果相位指示是不對(duì)中，但 是軸向方向振動(dòng)不指示是不對(duì)屮，則應(yīng)該依據(jù)相位數(shù)據(jù)作 決定。 角向不對(duì)中 1. 角向不對(duì)中上耍產(chǎn)生大的軸向方向掘動(dòng).尤其是IX和2X轉(zhuǎn)速頻率 2. 然而，假疋存在大的振動(dòng)詢提卜，振動(dòng)足軸向方向2X轉(zhuǎn)速頻率或3X 轉(zhuǎn)速其巾d值約圧IX轉(zhuǎn)數(shù)頻率幅值的30%到50

14、%時(shí)說明川角向 不對(duì)中 3. 如下圖所示.聯(lián)軸器兩側(cè)的軸向方向相位變化約為180度.於最好的 檢測(cè)m向不對(duì)中的指示.如果一側(cè)的毎個(gè)軸承向一個(gè)方向移動(dòng)另 一側(cè)的軸出向相反方向移動(dòng)，則足角向不對(duì)中的可能性較大 平行不對(duì)中 1. 平行不對(duì)中主要影響徑向振動(dòng)，而角向不對(duì)屮匸贅彩響軸向振動(dòng)。 2. 猱角向不對(duì)中故障那樣平行不對(duì)中便聯(lián)軸器W側(cè)的相位弟也接近180 度，但是這是在徑向方向匕（水平的或垂fi方向）. 3振動(dòng)頻i-p2X轉(zhuǎn)速頻率幅值趙過IX轉(zhuǎn)速頻率Wffl約50%時(shí).常常說明是 徑向不對(duì)中，但足2X轉(zhuǎn)速頻申值郴對(duì)rIX轉(zhuǎn)速頻率幅值的尚度常収決r 聯(lián)軸器的類別和結(jié)構(gòu)。2X轉(zhuǎn)速頻聿W值接近IX轉(zhuǎn)速頻

15、率枷值是常見的. 尤其圧平行不對(duì)中嚴(yán)till. 1. 肖角向不對(duì)中或平行不對(duì)中變得嚴(yán)敢時(shí)毎種不對(duì)中都產(chǎn)生一組諧波 諧波的范ra包括巾次到5次諧波這種惰況下，嚴(yán)乘不對(duì)中的振動(dòng)頻諧可 能*現(xiàn)為機(jī)械松動(dòng)的振動(dòng)頻樣子 憫24fi心的轉(zhuǎn)子的負(fù)的 軸承不對(duì)中 S河動(dòng)軸承或滾動(dòng)承軸不對(duì)中或擰卡死在軸上時(shí)町引起較人的抿 動(dòng)利井常負(fù)找.通過找村中無法消除振動(dòng)，只仃卸卜軸承呎新安裝。 不對(duì)中軸/:的特征！ U卡住的軸承通常產(chǎn)生明夠的軸向振動(dòng)，它可能不僅彩響IX轉(zhuǎn)速頻 率振動(dòng).同時(shí)也影響2X轉(zhuǎn)速頻率撮動(dòng)。 2. 如果在如卜圖所示，莊彼此間隔90度的4個(gè)點(diǎn)上，測(cè)雖軸向方向相 M 如果上卜或左右的相位羞約為恂0度則說明足軸承R死中軸上 PHASE t 28 2 500 3 BOO 4 11X)0 轉(zhuǎn)子偏心 心的轉(zhuǎn)子： 就是軸的兒何中心線y轉(zhuǎn)f的中心不用合的轉(zhuǎn)r.這就導(dǎo)致r在 旋轉(zhuǎn)的中心線的債比另一側(cè)更大的求從而引起軸以不規(guī)則的軌 跡的擺動(dòng)。 仍然保Bh 的動(dòng)平衡 W此使消除偏心距非常朿 這是固彳的不穩(wěn)定的何B是潛在的故障源或抹動(dòng)右時(shí)雖 然町通過動(dòng)半衡半衡抻”部分備心距的形響.但址更多的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng) 如果該轉(zhuǎn)了偏心距較人的話.氏至不可能對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行很好 現(xiàn)在強(qiáng)調(diào)愈來愈高的旋轉(zhuǎn)速度.