振動(dòng)基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷

典型機(jī)械故障的振動(dòng)分析及診斷振動(dòng)的基本概念

慣性力阻尼力彈性力干擾力表征振動(dòng)的三個(gè)要素：振動(dòng)幅值、頻率（周期）、相位有阻尼的強(qiáng)迫振動(dòng)及其特性W/WoW/Wo現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際的振動(dòng)波形

振動(dòng)信號(hào)的采集與處理快速富里葉分析(FFT)原理用振動(dòng)分析方法監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)分析方法幅值分析：振動(dòng)總值（振動(dòng)水平、列度）、變化趨勢(shì)、機(jī)械動(dòng)態(tài)特性頻譜分析：引起設(shè)備振動(dòng)原因的具體分析相位分析：設(shè)備振動(dòng)原因的進(jìn)一步確認(rèn)、共振（相頻特性）、動(dòng)平衡分析波形分析：振動(dòng)總值（峰值、峰峰值…）、周期、拍節(jié)峰值能量譜分析：軸承、齒輪…振動(dòng)分析的過(guò)程：?jiǎn)栐\→監(jiān)測(cè)→診斷→措施問(wèn)診：了解設(shè)備背景，列出可能引起振動(dòng)的原因

設(shè)備結(jié)構(gòu)（傳動(dòng)鏈參數(shù)，如齒輪齒數(shù)、軸承型號(hào)、皮帶輪直徑等）、設(shè)備的動(dòng)態(tài)特性等信息;設(shè)備運(yùn)行工況，過(guò)程參數(shù)：溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷設(shè)備維修檔案監(jiān)測(cè):

確定振動(dòng)監(jiān)測(cè)和分析方案

測(cè)試的工況（轉(zhuǎn)速、負(fù)荷）；測(cè)點(diǎn)位置；測(cè)試參數(shù)（振動(dòng)位移、速度、加速度）；絕對(duì)振動(dòng)、相對(duì)振動(dòng)測(cè)試振動(dòng)的方向（H/V/A）數(shù)據(jù)類(lèi)型（幅值、頻譜、波形、相位）信號(hào)檢測(cè)類(lèi)型：峰值、峰峰值、有效值振動(dòng)分析的過(guò)程：?jiǎn)栐\→監(jiān)測(cè)→診斷→措施診斷：引起振動(dòng)的原因和部位

振動(dòng)幅值趨勢(shì)分析振動(dòng)波形識(shí)別頻譜分析、峰值能量譜分析頻響特性與相干分析瞬時(shí)頻率變化與相位分析措施：給出結(jié)論繼續(xù)運(yùn)行；還能運(yùn)行多久?維修、檢查；部位?不同設(shè)備故障的振動(dòng)特點(diǎn)常見(jiàn)的的設(shè)設(shè)備故故障障不平衡衡偏心轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子軸彎曲曲不對(duì)中中松動(dòng)轉(zhuǎn)子與定定子摩擦擦滑動(dòng)軸軸承承滾動(dòng)軸軸承承齒輪故故障障力不平衡衡力偶不平平衡動(dòng)不平衡衡懸臂轉(zhuǎn)子子不平衡衡角不對(duì)中中平行不對(duì)對(duì)中軸承不對(duì)對(duì)中聯(lián)軸節(jié)故故障結(jié)構(gòu)框架架/底座座松動(dòng)軸承座松松動(dòng)軸承等部部件松動(dòng)動(dòng)齒輪磨損損齒輪偏心心齒輪不對(duì)對(duì)中質(zhì)量不不平平衡A同頻占主主導(dǎo)，相相位穩(wěn)定定。如果果只有不不平衡，，1X幅幅值大于于等于通通頻幅值值的80％，且且按轉(zhuǎn)速速平方增增大。通常水平平方向的的幅值大大于垂直直方向的的幅值，，但通常常不應(yīng)超超過(guò)兩倍倍。同一設(shè)備備的兩個(gè)個(gè)軸承處處相位接接近。水平方向向和垂直直方向的的相位相相差接近近90度度。典型的頻頻譜相位關(guān)系系力不平平衡衡質(zhì)量不不平平衡B典型的頻頻譜相位關(guān)系系力偶不不平平衡同頻占主主導(dǎo)，相相位穩(wěn)定定。振幅幅按轉(zhuǎn)速速平方增增大。需需進(jìn)行雙雙平面動(dòng)動(dòng)平衡。。偶不平衡衡在機(jī)器器兩端支支承處均均產(chǎn)生振振動(dòng)，有有時(shí)一側(cè)側(cè)比另一一側(cè)大較大的偶偶不平衡衡有時(shí)可可產(chǎn)生較較大的軸軸向振動(dòng)動(dòng)。兩支承徑徑向同方方向振動(dòng)動(dòng)相位相相差180。質(zhì)量不不平平衡C動(dòng)不平衡衡是前兩兩種不平平衡的合合成結(jié)果果。仍是同頻頻占主導(dǎo)導(dǎo)，相位位穩(wěn)定。。兩支承處處同方向向振動(dòng)相相位差接接近典型的頻頻譜相位關(guān)系系動(dòng)不平平衡衡質(zhì)量不不平平衡Ｄ懸臂轉(zhuǎn)子子不平衡衡在軸向向和徑向向都會(huì)引引起較大大1X振振動(dòng)。軸向相位位穩(wěn)定，，而徑向向相位會(huì)會(huì)有變化化。懸臂式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子可產(chǎn)產(chǎn)生較大大的軸向向振動(dòng)，，軸向振振動(dòng)有時(shí)時(shí)甚至超超過(guò)徑向向振動(dòng)。。兩支承處處軸向振振動(dòng)相位位接近。。往往是力力不平衡衡和力偶偶不平衡衡同時(shí)出出現(xiàn)典型的頻頻譜相位關(guān)關(guān)系系懸臂轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子不平平衡衡偏心轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子當(dāng)旋轉(zhuǎn)的的皮帶輪、、齒輪、、電機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子等有幾何何偏心時(shí)時(shí)，會(huì)在在兩個(gè)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子中心心連線方方向上產(chǎn)產(chǎn)生較大大的1X振動(dòng)；；偏心泵除產(chǎn)生1X振動(dòng)動(dòng)外，還還由于流流體不平平衡會(huì)造造成葉輪輪通過(guò)頻頻率及倍倍頻的振振動(dòng)。垂直與水水平方向向振動(dòng)相相位相差差為0或或180。采用平衡衡的辦法法只能消消除單方方向的振振動(dòng)。典型的頻頻譜相位關(guān)關(guān)系系軸彎彎曲曲振動(dòng)特征征類(lèi)似動(dòng)動(dòng)不平衡衡，振動(dòng)動(dòng)以1X為主，，如果彎彎曲靠近近聯(lián)軸節(jié)節(jié)，也可可產(chǎn)生2X振動(dòng)動(dòng)。類(lèi)似似不對(duì)中中、通常常振幅穩(wěn)穩(wěn)定，如如果2X與供電電頻率或或其諧頻頻接近，，則可能能產(chǎn)生波波動(dòng)。軸向振動(dòng)動(dòng)可能較較大，兩兩支承處處相位相相差180度。。振動(dòng)隨轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增加加迅速增增加，過(guò)過(guò)了臨界界轉(zhuǎn)速也也一樣。。典型的頻頻譜相位關(guān)系系不對(duì)對(duì)中中有資料表表明現(xiàn)有有企業(yè)在在役設(shè)備備30％％－50％存在在不同程程度的不不對(duì)中，，嚴(yán)重的的不對(duì)中中會(huì)造成成設(shè)備部部件的過(guò)過(guò)早損壞壞，同時(shí)時(shí)會(huì)造成成能源的的浪費(fèi)。。不對(duì)中既既可產(chǎn)生生徑向振振動(dòng)，又又會(huì)產(chǎn)生生軸向振振動(dòng)；既既會(huì)造成成臨近聯(lián)聯(lián)軸節(jié)處處支承的的振動(dòng)，，也會(huì)造造成遠(yuǎn)離離聯(lián)軸節(jié)節(jié)的自由由端的振振動(dòng)。不不對(duì)中易易產(chǎn)生2X振動(dòng)動(dòng)，嚴(yán)重重的不對(duì)對(duì)中有時(shí)時(shí)會(huì)產(chǎn)生生類(lèi)似松松動(dòng)的高高次諧波波振動(dòng)。。相位是判判斷不對(duì)對(duì)中的最最好判據(jù)據(jù)。不

對(duì)中中A角不對(duì)中中產(chǎn)生較較大的軸軸向振動(dòng)動(dòng)，頻譜譜成分為為1X和和2X；；還常見(jiàn)見(jiàn)1X、、2X或或3X都都占優(yōu)勢(shì)勢(shì)的情況況。如果2X或3X超過(guò)1X的30％到到50％％，則可可認(rèn)為是是存在角角不對(duì)中中。聯(lián)軸節(jié)兩兩側(cè)軸向向振動(dòng)相相位相差差180度。典型的頻頻譜相位關(guān)系系角不對(duì)對(duì)中中不

對(duì)中中B典型的頻頻譜相位關(guān)關(guān)系系平行不不對(duì)對(duì)中平行不對(duì)對(duì)中的振振動(dòng)特性性類(lèi)似角角不對(duì)中中，但徑徑向振動(dòng)動(dòng)較大。。頻譜中2X較大大，常常常超過(guò)1X，這這與聯(lián)軸軸節(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)類(lèi)型有有關(guān)。角不對(duì)中中和平行行不對(duì)中中嚴(yán)重時(shí)時(shí)，會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生較多多諧波的的高諧次次（4X~8X）振動(dòng)動(dòng)。聯(lián)軸節(jié)兩兩側(cè)相位位相差也也是180度。。不

對(duì)中中C軸承不對(duì)對(duì)中或卡卡死將產(chǎn)產(chǎn)生1X,2X軸向向振動(dòng)，，如果測(cè)測(cè)試一側(cè)側(cè)軸承座座的四等等分點(diǎn)的的振動(dòng)相相位，對(duì)對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)點(diǎn)的相位位相差180度度。通過(guò)找對(duì)對(duì)中無(wú)法法消除振振動(dòng)，只只有卸下下軸承重重新安裝裝。典型的頻頻譜相位關(guān)系系軸承不不對(duì)對(duì)中中不

對(duì)中中D如果聯(lián)軸軸節(jié)的短短節(jié)過(guò)長(zhǎng)長(zhǎng)或過(guò)短短，通常常會(huì)產(chǎn)生生明顯的的3X振振動(dòng)。齒型聯(lián)軸軸節(jié)卡死死會(huì)引起起軸向和和徑向振振動(dòng)，通通常軸向向大于徑徑向，頻頻譜以1X為主主，兼有有其它諧諧頻，也也有出現(xiàn)現(xiàn)4X為為主的實(shí)實(shí)例。振動(dòng)隨負(fù)負(fù)荷而變變，1X明顯。。松動(dòng)的聯(lián)聯(lián)軸節(jié)將將引起嚙嚙合頻率率及葉片片通過(guò)頻頻率的振振動(dòng)，其其周?chē)址植?X旁瓣。。聯(lián)軸節(jié)節(jié)故故障對(duì)中不不良良設(shè)備備的的軸心心軌軌跡機(jī)械松松動(dòng)動(dòng)松動(dòng)本身身不是純純粹的的故障，，不會(huì)直直接產(chǎn)產(chǎn)生振動(dòng)動(dòng)，但它它可放放大故障障的作用用。A結(jié)構(gòu)框框架架或底底座座松動(dòng)動(dòng)B軸承座座松松動(dòng)C軸承等等部件件配合合松動(dòng)動(dòng)A.結(jié)構(gòu)框框架架/底底座松松動(dòng)動(dòng)振動(dòng)特征征:類(lèi)似不平平衡或不不對(duì)中，，頻譜主主要以1X為主主。振動(dòng)具有有局部性性，只表表現(xiàn)在松松動(dòng)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子上。。同軸承徑徑向振動(dòng)動(dòng)垂直，，水平方方向相位位差0或或180度。底板連接接處相鄰鄰結(jié)合面面的振動(dòng)動(dòng)相位相相差180度。。如果軸承承緊固是是在軸向向，也會(huì)會(huì)引起類(lèi)類(lèi)似不對(duì)對(duì)中的軸軸向振動(dòng)動(dòng)。包括如下下幾方面面的故障障支腳、底底板、水水泥底座座松動(dòng)/強(qiáng)度不不夠；框架或底底板變形形；緊固固螺絲松松動(dòng)。B.由于結(jié)構(gòu)構(gòu)/軸軸承座晃晃動(dòng)或開(kāi)開(kāi)裂引起起的松動(dòng)動(dòng)振動(dòng)特征征:主要以2X為特特征(主主要是徑徑向2X超過(guò)1X的50%)幅值有時(shí)時(shí)不穩(wěn)定定振動(dòng)只有有伴隨其其它故障障如不平平衡或不不對(duì)中時(shí)時(shí)才有表表現(xiàn)，此此時(shí)要消消除平衡衡或?qū)χ兄袑⒑芾Ющy。在間隙達(dá)達(dá)到出現(xiàn)現(xiàn)碰撞前前，振動(dòng)動(dòng)主要是是1X和和2X；；出現(xiàn)碰碰撞后，，振動(dòng)將將出現(xiàn)大大量諧頻頻。包括如下幾幾方面的故故障結(jié)構(gòu)或軸承承座開(kāi)裂支承件長(zhǎng)度度不同引起起的晃動(dòng)部件間隙出出現(xiàn)少量偏偏差時(shí)(尚尚無(wú)碰撞)緊固螺絲松松動(dòng)。C.軸承在軸承承座內(nèi)松動(dòng)動(dòng)或部件配配合松動(dòng)振動(dòng)特征:常常出現(xiàn)大大量的高次次諧頻，有有時(shí)10X，甚至20X，松松動(dòng)嚴(yán)重時(shí)時(shí)還會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)半頻及諧諧頻(0.5X,1.5X..)成分。。半頻及諧頻頻往往隨不不平衡或不不對(duì)中等故故障出現(xiàn)。。振動(dòng)具有方方向性和局局部性。振動(dòng)幅值變變化較大，，相位有時(shí)時(shí)也不穩(wěn)定定。包括如下幾幾方面的故故障軸承在軸承承座內(nèi)松動(dòng)動(dòng)軸承內(nèi)圈間間隙大軸承保持架架在軸承蓋蓋內(nèi)松動(dòng)軸承松動(dòng)或或與軸有相相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子摩摩擦轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)過(guò)程中與與定子的摩摩擦?xí)斐沙蓢?yán)重的設(shè)設(shè)備故障在摩擦過(guò)程程中,轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子剛度發(fā)發(fā)生改變從從而改變轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的的固有頻率率,可能能造成系統(tǒng)統(tǒng)共振。往往會(huì)激起起亞諧波振振動(dòng)(1/2X,1/3X.),嚴(yán)嚴(yán)重時(shí)出出現(xiàn)大量的的諧頻(1/2X,1.5X,2.5X...)，，并伴隨有有噪音。軸徑和滑動(dòng)動(dòng)軸承鎢金金干摩電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子子與定子接接觸葉輪與擴(kuò)壓壓器口接觸觸汽輪機(jī)葉片片與靜葉嚴(yán)重摩摩擦輕微摩摩擦軸與汽封摩摩擦聯(lián)軸器罩摩摩軸皮帶摩擦皮皮帶罩葉片摩擦外外罩典型的摩擦擦波形潤(rùn)滑油油不足足引起起的頻頻譜滾動(dòng)軸軸承有資料顯示示僅有10％～20％的軸承承達(dá)到或接接近設(shè)計(jì)壽壽命.其其余部分因因?yàn)槿缦赂鞲鞣N原因達(dá)達(dá)不到設(shè)計(jì)計(jì)壽命:潤(rùn)滑不當(dāng),使用錯(cuò)錯(cuò)誤的潤(rùn)滑滑劑；潤(rùn)滑滑劑或軸承承內(nèi)混入贓贓物或雜質(zhì)質(zhì)；運(yùn)輸或或存放不當(dāng)當(dāng)；選型不不當(dāng)、安裝裝錯(cuò)誤等.振動(dòng)監(jiān)測(cè)的的最終目的的是通過(guò)跟跟蹤軸承狀狀態(tài)了解何何時(shí)需要更更換軸承.位移：不易易用于軸承承的監(jiān)測(cè)。。加速度：可可早期發(fā)現(xiàn)現(xiàn)軸承的故故障征兆，，應(yīng)與速度度聯(lián)用。使用包絡(luò)技技術(shù)或gSE監(jiān)測(cè)參參數(shù)的的選擇擇第一階段：軸承故障出出現(xiàn)在超聲聲段20～～60KHz,它它們可用用gSE、、高頻(HFD)g來(lái)測(cè)量、、評(píng)定。例例如：某軸軸承在第一一階段的尖尖峰能量值值為0.25gSE(實(shí)測(cè)數(shù)數(shù)值與測(cè)試試位置和機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)速有有關(guān))。第二階段：輕微的軸承承故障開(kāi)始始“敲擊””出軸承元元件的固有有頻率段，，一般在500～2KHz范范圍內(nèi)；本本階段后期期表現(xiàn)為，，在固有頻頻率附近出出現(xiàn)邊頻（（例：0.25gSE～0.5gSE）滾動(dòng)軸軸承故故障譜譜特征征(1)第三階段：軸承出現(xiàn)磨磨損故障頻頻率和諧波波出現(xiàn)；磨磨損發(fā)展展時(shí)出現(xiàn)更更多故障頻頻率諧波，，并且邊帶帶數(shù)目增多多，振動(dòng)尖尖峰能量值值繼續(xù)增大大。第四階段：：這一階段甚甚至影響1X分量，，并引起其其它倍頻分分量2X、、3X等的的增大。軸軸承故障頻頻率和固有有頻率開(kāi)始始“消失””被隨機(jī)機(jī)振動(dòng)或噪噪音代替，，高頻量和和尖峰能量量值很大。。滾動(dòng)軸軸承故故障譜譜特征征(2)滾動(dòng)軸軸承故故障頻頻譜滾動(dòng)軸軸承故故障前前后gSE譜滑動(dòng)軸軸承滑動(dòng)軸承摩摩擦后期通通常出現(xiàn)一一系列倍頻頻成分（多多達(dá)10X～20X）。老的滑動(dòng)軸軸承往往產(chǎn)產(chǎn)生垂直方方向比水平平方向振幅幅更大的振振動(dòng)。間隙過(guò)大的的滑動(dòng)軸承承可能會(huì)導(dǎo)導(dǎo)致不平衡衡、不對(duì)中中等引起的的振動(dòng)更大大。摩擦/間隙隙過(guò)大的頻頻譜油膜振蕩松動(dòng)，1/2X