機(jī)械設(shè)備典型故障的振動特性

1、機(jī)械設(shè)備典型故障的振動特性第1頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四振動故障分析和診斷的任務(wù)振動故障分析診斷的任務(wù)：從某種意義上講，就是讀譜圖，把頻譜上的每個頻譜分量與監(jiān)測的機(jī)器的零部件對照聯(lián)系，給每條頻譜以物理解釋。振動頻譜中存在哪些頻譜分量？每條頻譜分量的幅值多大？這些頻譜分量彼此之間存在什么關(guān)系？如果存在明顯的高幅值的頻譜分量，它的精確的來源？它與機(jī)器的零部件對應(yīng)關(guān)系如何？如果能測量相位，應(yīng)該檢查相位是否穩(wěn)定？各測點(diǎn)信號之間的相位關(guān)系如何？ 第2頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四3設(shè) 備 故 障 引 起 的 機(jī) 械 振 動齒輪嚙合軸承故障不平衡幅值

2、時間幅值不平衡軸承故障齒輪嚙合頻率第3頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四 某石化廠壓縮機(jī)組振動頻譜分析第4頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四常 見 的 設(shè) 備 故 障轉(zhuǎn)子不平衡偏心轉(zhuǎn)子軸彎曲不對中松動轉(zhuǎn)子與定子摩擦滑動軸承滾動軸承齒輪故障 力不平衡 力偶不平衡 動不平衡 懸臂轉(zhuǎn)子不平衡 角不對中 平行不對中 軸承不對中 聯(lián)軸節(jié)故障 結(jié)構(gòu)框架/底座松動 軸承座松動 軸承等部件松動 齒輪磨損 齒輪偏心 齒輪不對中第5頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四質(zhì) 量 不 平 衡A同頻占主導(dǎo)，相位穩(wěn)定。如果只有不平衡，1X幅值大于等于通頻幅值的

3、80，且按轉(zhuǎn)速平方增大。通常水平方向的幅值大于垂直方向的幅值，但通常不應(yīng)超過兩倍。同一設(shè)備的兩個軸承處相位接近。水平方向和垂直方向的相位相差接近90度。典型的頻譜 相位關(guān)系力 不 平 衡徑向第6頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四質(zhì) 量 不 平 衡B 典型的頻譜 相 位 關(guān) 系力 偶 不 平 衡同頻占主導(dǎo)，相位穩(wěn)定。振幅按轉(zhuǎn)速平方增大。需進(jìn)行雙平面動平衡。偶不平衡在機(jī)器兩端支承處均產(chǎn)生振動，有時一側(cè)比另一側(cè)大較大的偶不平衡有時可產(chǎn)生較大的軸向振動。兩支承徑向同方向振動相位相差180。徑向第7頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四質(zhì) 量 不 平 衡C動不平衡

4、是前兩種不平衡的合成結(jié)果。仍是同頻占主導(dǎo)，相位穩(wěn)定。 兩支承處同方向振動相位差接近 典型的頻譜 相 位 關(guān) 系動 不 平 衡徑向第8頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四質(zhì) 量 不 平 衡懸臂轉(zhuǎn)子不平衡在軸向和徑向都會引起較大1X振動。軸向相位穩(wěn)定，而徑向相位會有變化。懸臂式轉(zhuǎn)子可產(chǎn)生較大的軸向振動，軸向振動有時甚至超過徑向振動。兩支承處軸向振動相位接近。往往是力不平衡和偶不平衡同時出現(xiàn)。 典型的頻譜 相 位 關(guān) 系懸 臂 轉(zhuǎn) 子 不 平 衡軸向和徑向第9頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四 偏 心 轉(zhuǎn) 子當(dāng)旋轉(zhuǎn)的皮帶輪、齒輪、電機(jī)轉(zhuǎn)子等有幾何偏心時，會在

5、兩個轉(zhuǎn)子中心連線方向上產(chǎn)生較大的1X 振動；偏心泵除產(chǎn)生1X振動外，還由于流體不平衡會造成葉輪通過頻率及倍頻的振動。垂直與水平方向振動相位相差為0或180。采用平衡的辦法只能消除單方向的振動。 典型的頻譜 相 位 關(guān) 系風(fēng)機(jī)電機(jī)徑向風(fēng)機(jī)電機(jī)第10頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四 軸 彎 曲振動特征類似動不平衡，振動以1X為主，如果彎曲靠近聯(lián)軸節(jié)，也可產(chǎn)生2X振動。類似不對中、通常振幅穩(wěn)定，如果2X與供電頻率或其諧頻接近，則可能產(chǎn)生波動。軸向振動可能較大，兩支承處相位相差180。振動隨轉(zhuǎn)速增加迅速增加，過了臨界轉(zhuǎn)速也一樣。 典型的頻譜 相 位 關(guān) 系軸向第11頁，共31頁

6、，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四不 對 中有資料表明現(xiàn)有企業(yè)在役設(shè)備3050存在不同程度的不對中，嚴(yán)重的不對中會造成設(shè)備部件的過早損壞，同時會造成能源的浪費(fèi)。不對中既可產(chǎn)生徑向振動,又會產(chǎn)生軸向振動；既會造成臨近聯(lián)軸節(jié)處支承的振動, 也會造成遠(yuǎn)離聯(lián)軸節(jié)的自由端的振動。不對中易產(chǎn)生2X振動，嚴(yán)重的不對中有時會產(chǎn)生類似松動的高次諧波振動. 相位是判斷不對中的最好判據(jù)。第12頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四 不對中A角不對中產(chǎn)生較大的軸向振動，頻譜成分為1X和2X；還常見1X、2X 或3X 都占優(yōu)勢的情況。如果 2X或 3X超過 1X的 30到50，則可認(rèn)為是存在

7、角不對中。聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)軸向振動相位相差180. 典型的頻譜相位關(guān)系角 不 對 中軸向第13頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四不對中 B 典型的頻譜相位關(guān)系平 行不 對 中平行不對中的振動特性類似角不對中，但徑向振動較大。頻譜中2X較大，常常超過1X，這與聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu)類型有關(guān)。角不對中和平行不對中嚴(yán)重時，會產(chǎn)生較多諧波的高諧次（4X8X）振動。聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)相位相差也是180。徑向第14頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四不對中 C軸承不對中或卡死將產(chǎn)生1X, 2X軸向振動，如果測試一側(cè)軸承座的四等分點(diǎn)的振動相位，對應(yīng)兩點(diǎn)的相位相差180。通過找對中無法消除振動

8、，只有卸下軸承中心安裝。 典型的頻譜相位關(guān)系軸 承 不 對 中軸向第15頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四不對中 D如果聯(lián)軸節(jié)的短節(jié)過長或過短，通常會產(chǎn)生明顯的3X振動。齒型聯(lián)軸節(jié)卡死會引起軸向和徑向振動, 通常軸向大于徑向, 頻譜以1X 為主, 兼有其它諧頻，也有出現(xiàn)4X 為主的實例.振動隨負(fù)荷而變，1X明顯。松動的聯(lián)軸節(jié)將引起嚙合頻率及葉片通過頻率的振動, 其周圍分布1X 旁瓣。聯(lián) 軸 節(jié) 故 障 第16頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四對 中 不 良 設(shè) 備 的 軸 心 軌 跡第17頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四機(jī) 械

9、 松 動松動本身不是純粹 的故障, 不會直接 產(chǎn)生振動，但它可 放大故障的作用。A 結(jié) 構(gòu) 框 架 或 底 座 松 動B 軸 承 座 松 動C 軸 承 等部 件 配 合松 動徑向A型基礎(chǔ)底板機(jī)器底腳混凝土基礎(chǔ)徑向B型C型第18頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四A. 結(jié)構(gòu)框架/底座松動振動特征: 類似不平衡或不對中, 頻譜主要以1X 為主。振動具有局部性, 只表現(xiàn)在松動的轉(zhuǎn)子上。同軸承徑向振動垂直, 水平方向相位差0 或180。底板連接處相鄰結(jié)合面的振動相位相差180。如果軸承緊固是在軸向, 也會引起類似不對中的軸向振動. 包括如下幾方面的故障 支腳、底板、水泥底座松動/強(qiáng)

10、度不夠； 框架或底板變形；緊固螺絲松動。徑向A型基礎(chǔ)底板機(jī)器底腳混凝土基礎(chǔ)第19頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四B. 由于結(jié)構(gòu)/軸承座晃動或開裂引起的松動振 動 特 征:主要以2X 為特征(主要是徑向2X 超過1X 的50%)幅值有時不穩(wěn)定振動只有伴隨其它故障如不平衡或不對中時才有表現(xiàn), 此時要消除平衡或?qū)χ袑⒑芾щy.在間隙達(dá)到出現(xiàn)碰撞前, 振動主要是1X 和2X；出現(xiàn)碰撞后, 振動將出現(xiàn)大量諧頻。 包括如下幾方面的故 障 結(jié)構(gòu)或軸承座開裂 支承件長度不同引起的晃動 部件間隙出現(xiàn)少量偏差時(尚無碰撞) 緊固螺絲松動。徑向B型第20頁，共31頁，2022年，5月20日，3

11、點(diǎn)19分，星期四C. 軸承在軸承座內(nèi)松動或部件配合松動振動特征:常常出現(xiàn)大量的高次諧頻, 有時10X，甚至20X，松動嚴(yán)重時還會出現(xiàn)半頻及諧頻 (0.5X, 1.5X.)成分。半頻及諧頻往往隨不平衡或不對中等故障出現(xiàn)。振動具有方向性和局部性。振動幅值變化較大，相位有時也不穩(wěn)定。 包括如下幾方面的故障 軸承在軸承座內(nèi)松動 軸承內(nèi)圈間隙大 軸承保持架在軸承蓋內(nèi)松動 軸承松動或與軸有相對轉(zhuǎn)動C型第21頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四轉(zhuǎn)子摩擦轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動過程中與定子的摩擦?xí)斐蓢?yán)重的設(shè)備故障在摩擦過程中, 轉(zhuǎn)子剛度發(fā)生改變從而改變轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固有頻率, 可能造成系統(tǒng)共振。往往會激起

12、亞諧波振動(1/2X, 1/3X.), 嚴(yán)重時出現(xiàn)大量的諧頻(1/2X, 1.5X, 2.5X.)， 并伴隨有噪音。軸徑和滑動軸承鎢金干摩電動機(jī)轉(zhuǎn)子與定子接觸葉輪與擴(kuò)壓器口接觸汽輪機(jī)葉片與靜葉嚴(yán) 重 摩 擦輕 微 摩 擦軸與汽封摩擦聯(lián)軸器罩摩軸皮帶摩擦皮帶罩葉片摩擦外罩 典型的摩擦波形徑向共振第22頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四滾 動 軸 承有資料顯示僅有10 20的軸承達(dá)到或接近設(shè)計壽命. 其余部分因為如下各種原因達(dá)不到設(shè)計壽命.潤滑不當(dāng), 使用錯誤的潤滑劑；潤滑劑或軸承內(nèi)混入贓物或雜質(zhì)；運(yùn)輸或存放不當(dāng)；選型不當(dāng)、安裝錯誤等. 振動監(jiān)測的最終目的是通過跟蹤軸承狀態(tài)了

13、解何時需要更換軸承.位移, 不易用于軸承的監(jiān)測。加速度, 可早期發(fā)現(xiàn)軸承的故障征兆, 應(yīng)與速度聯(lián)用。使用包絡(luò)技術(shù)監(jiān)測參數(shù)的選擇第23頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四第一階段：軸承故障出現(xiàn)在超聲段20K 60 KHz,它們可用高頻(HFD)g 來測量、評定。例如：某軸承在第一階段的尖峰能量值為0.25gSE(實測數(shù)值與測試位置和機(jī)械轉(zhuǎn)速有關(guān))。第二階段：輕微的軸承故障開始“敲擊” 出軸承元件的固有頻率段，一般在5002KHz 范圍內(nèi)；本階段后期表現(xiàn)為在固有頻率附近出現(xiàn)邊頻（例：0.25gSE-0.5gSE）滾 動 軸 承 故 障 譜 特 征 (1)A區(qū)域B區(qū)域C區(qū)域D區(qū)域

14、軸承故障頻率區(qū)域軸承零部件共振頻率區(qū)域第一階段第二階段軸承共振頻率振動尖峰能量第24頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四第三階段：軸承出現(xiàn)磨損 故障頻率和諧波出現(xiàn)；磨損發(fā)展時出現(xiàn)更多故障頻率諧波，并且邊帶數(shù)目增多，振動尖峰能量值繼續(xù)增大。第四階段：這一階段甚至影響1X分量，并引起其它倍頻分量2X、3X等的增大。軸承故障頻率和固有頻率開始“消失”被隨機(jī)振動或噪音代替，高頻量和尖峰能量值很大。滾 動 軸 承 故 障 譜 特 征 (2)A區(qū)域B區(qū)域C區(qū)域D區(qū)域軸承故障頻率區(qū)域軸承零部件共振頻率區(qū)域振動尖峰能量邊帶頻率第三階段軸承共振頻率第四階段隨機(jī)高頻振動gSE首先減小然后明顯增

15、大第25頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四滾 動 軸 承 故 障 頻 譜第26頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四滾動軸承故障前后包絡(luò)譜第27頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四滑 動 軸 承滑動軸承摩擦后期通常出現(xiàn)一系列倍頻成分（多達(dá)10X20X）。老的滑動軸承往往產(chǎn)生垂直方向比水平方向振幅更大的振動。間隙過大的滑動軸承可能會導(dǎo)致不平衡、不對中引起的振動更大摩擦/間隙過大的頻譜油膜振蕩松動，1/2X, 1/3X 等成分，隨負(fù)荷變化較大烏金脫落，1/2X及諧頻，幅值小于松動譜瓦塊損壞，1/3X渦動，調(diào)油溫有效徑向徑向第28頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四滑 動 軸 承 損 壞 及 松 動 頻 譜第29頁，共31頁，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四齒 輪 故 障 (1)正常的頻譜出現(xiàn)所有轉(zhuǎn)軸的1X 和嚙合頻率(GMF)。齒輪嚙合頻率的兩側(cè)有轉(zhuǎn)速邊帶，其峰值較小。齒磨損：齒輪固有頻率出現(xiàn)，且有磨損齒輪所在軸的轉(zhuǎn)速邊帶磨損明顯時，嚙合頻率附近也會出現(xiàn)較高峰值的邊帶。正常齒輪的頻譜