振動(dòng)分析診斷報(bào)告

1、振動(dòng)測(cè)試基礎(chǔ)知識(shí)陶洛文工學(xué)博士，高級(jí)工程師 北京森德格科技有限公司電話E-mail: 振動(dòng)測(cè)試基礎(chǔ)知識(shí)振幅 A (Amplitude) 偏離平衡位置的最大值。描述振動(dòng)的規(guī)模。頻率 f (Frequency) 描述振動(dòng)的快慢。單位為次/秒(Hz) 或次/分(c/min) 。 周期 T = 1/f 為每振動(dòng)一次所需的時(shí)間，單位為秒。 圓頻率 = 2 f 為每秒鐘轉(zhuǎn)過的角度，單位為弧度/秒初相角 (Initial phase) 描述振動(dòng)在起始瞬間的狀態(tài)。簡(jiǎn)諧振動(dòng)的三要素 振動(dòng)位移、速度、加速度之間的關(guān)系 振動(dòng)位移 (Displacement)速度

2、 (Velocity)加速度 (Acceleration) 位移、速度、加速度都是同頻率的簡(jiǎn)諧波。三者的幅值相應(yīng)為A、A、A 2。相位關(guān)系：加速度領(lǐng)先速度90; 速度領(lǐng)先位移90。xvaxva振 動(dòng) 的 時(shí) 域 波 形 名 稱 波 形 名 稱 波 形 若干幅值參數(shù)的定義 瞬時(shí)值 (Instant value) 振動(dòng)的任一瞬時(shí)的數(shù)值。峰值 (Peak value) 振動(dòng)離平衡位置的最大偏離。平均絕對(duì)值 (Average absolute value)均值 (Mean value) 又稱平均值或直流分量。有效值 (Root mean square value) xpx = x(t)正峰值負(fù)峰值平均

3、絕對(duì)值有效值平均值峰峰值各幅值參數(shù)是常數(shù)，彼此間有確定關(guān)系峰值 xp=A; 峰峰值 xp-p=2A平均絕對(duì)值 xav=0.637A有效值 xrms=0.707A平均值簡(jiǎn)諧振動(dòng)的幅值參數(shù)復(fù)雜振動(dòng)的幅值參數(shù)各幅值參數(shù)隨時(shí)間變化，彼此間無明確定關(guān)系正峰值負(fù)峰值峰峰值xrms常用的幅值參數(shù)及其單位 位移 峰峰值。單位為微米（m） 速度 有效值。單位為毫米/秒（mm/s） 加速度 峰值。單位為米/秒平方（m/s2）練習(xí)一:100 mil (Peak) = ? 微米(峰峰值)2 G (Peak) = ? m/s-2 (RMS)注: 1 Inch = 1000 mil = 25.4mm = 25,400 微

4、米G 為重力加速度 = 9.81 m/s-2振動(dòng)信號(hào)的頻率分析把振動(dòng)信號(hào)中所包含的各種頻率成分分別分解出來的方法。頻率分析的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是傅里葉變換和快速傅里葉算法（FFT）。頻率分析可用頻率分析儀來實(shí)現(xiàn)，也可在計(jì)算機(jī)上用軟件來完成。頻率分析的結(jié)果得到各種頻譜圖，這是故障診斷的有力工具。各種振動(dòng)的頻譜圖名稱 波 形 頻 譜 名稱 波 形 頻 譜時(shí)間域 頻率域FFTIFFT磁電速度傳感器接收形式：慣性式變換形式：磁電效應(yīng)典型頻率范圍：10Hz1000Hz典型線性范圍：02mm典型靈敏度 ：20mV/mm/s測(cè)量非轉(zhuǎn)動(dòng)部件的絕對(duì)振動(dòng)的速度。不適于測(cè)量瞬態(tài)振動(dòng)和很快的變速過程。輸出阻抗低，抗干擾力強(qiáng)。傳

5、感器質(zhì)量較大，對(duì)小型對(duì)象有影響。在傳感器固有頻率附近有較大的相移。典型的磁電速度傳感器及其特性壓電加速度傳感器接收形式：慣性式變換形式：壓電效應(yīng)典型頻率范圍：0.2Hz10kHz線性范圍和靈敏度隨各種不同型號(hào)可在很大范圍內(nèi)變化。測(cè)量非轉(zhuǎn)動(dòng)部件的絕對(duì)振動(dòng)的加速度。適應(yīng)高頻振動(dòng)和瞬態(tài)振動(dòng)的測(cè)量。傳感器質(zhì)量小，可測(cè)很高振級(jí)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量要注意電磁場(chǎng)、聲場(chǎng)和接地回路的干擾。壓電加速度傳感器的典型結(jié)構(gòu)晶體片晶體片質(zhì)量塊預(yù)緊環(huán)出線口底座出線口三角剪切型 中心壓縮型預(yù)壓簧片三角柱壓電加速度傳感器的典型特性預(yù)緊環(huán)底座質(zhì)量塊出線口晶體片渦流位移傳感器不接觸測(cè)量，特別適合測(cè)量轉(zhuǎn)軸和其他小型對(duì)象的相對(duì)位移。有零頻率響應(yīng)

6、，可測(cè)靜態(tài)位移和軸承油膜厚度。靈敏度與被測(cè)對(duì)象的電導(dǎo)率和導(dǎo)磁率有關(guān)。相移很小。接收形式：相對(duì)式變換形式：電渦流典型頻率范圍：020kHz典型線性范圍：02mm典型靈敏度 ：8.0V/mm (對(duì)象為鋼)渦流位移傳感器及前置器軸承振動(dòng)的測(cè)點(diǎn)布置軸振動(dòng)的測(cè)點(diǎn)布置軸承振動(dòng)與軸振動(dòng)的比較基頻是轉(zhuǎn)速頻率，記作 1R?；l分量的幅值與轉(zhuǎn)子的不平衡大小有關(guān)?；l分量的相位與不平衡在轉(zhuǎn)子上的方位有直接對(duì)應(yīng)關(guān)系?；l大小和相位由基頻分析儀或頻率分析方法求得?；l分量的幅值和相位鍵相與相位參考脈沖在轉(zhuǎn)子上刻印鍵相標(biāo)記K ，在軸承座上布置鍵相傳感器K（光電式或渦流式），其輸出為相位參考脈沖。參考脈沖是測(cè)量相位的基準(zhǔn)。

7、參考脈沖也可用于測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。KK1轉(zhuǎn)t參考脈沖振動(dòng)相位與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的關(guān)系從參考脈沖到第一個(gè)正峰值的轉(zhuǎn)角 定義振動(dòng)相位。振動(dòng)相位與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角度一一對(duì)應(yīng)。這在平衡和故障診斷中有重要作用。振動(dòng)信號(hào)參考脈沖波形圖 (Wave) 時(shí)間域內(nèi)的振動(dòng)波形頻譜圖 (Spectrum) 組成振動(dòng)的各諧波成分軸心軌跡 (Orbit) 轉(zhuǎn)軸中心的振動(dòng)軌跡，由水平和鉛垂兩方向波形合成旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)圖示 (定轉(zhuǎn)速)波形圖、頻譜圖及軸心軌跡波德圖和極坐標(biāo)圖波德圖(Bode Plot)和極坐標(biāo)圖(Polar Plot)兩者所含信息相同，都表示基頻振動(dòng)的幅值和相位隨機(jī)器轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。第三個(gè)坐標(biāo)也可以是時(shí)間(日期)、工藝參

8、數(shù)等。三維頻譜圖 （譜陣圖）軸心位置的測(cè)定軸心位置圖可以用x-y記錄儀或計(jì)算機(jī)來繪制。渦流傳感器的輸出信號(hào)動(dòng)態(tài)部分靜態(tài)部分軸心軌跡軸心位置間隙變化平均間隙狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的儀 器 和 方 法在設(shè)備運(yùn)行中或在基本不拆卸的情況下，通過各種手段，掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，判定產(chǎn)生故障的部位和原因，并預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)設(shè)備未來的狀態(tài)。什么是狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷？是防止事故和計(jì)劃外停機(jī)的有效手段。是預(yù)知維修的基礎(chǔ)，是設(shè)備維修的發(fā)展方向。監(jiān)測(cè)和診斷的各種手段 振動(dòng)：適用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械、往復(fù)機(jī)械、軸承、齒輪等。 溫度（紅外）：適用于工業(yè)爐窯、熱力機(jī)械、電機(jī)、電器等。 聲發(fā)射：適用于壓力容器、往復(fù)機(jī)械、軸承、齒輪等。 油液（鐵譜

9、） ：適用于齒輪箱、設(shè)備潤(rùn)滑系統(tǒng)、電力變壓器等。 無損檢測(cè)：采用物理化學(xué)方法，用于關(guān)鍵零部件的故障檢測(cè)。 壓力：適用于液壓系統(tǒng)、流體機(jī)械、內(nèi)燃機(jī)和液力耦合器等。 強(qiáng)度：適用于工程結(jié)構(gòu)、起重機(jī)械、鍛壓機(jī)械等。 表面：適用于設(shè)備關(guān)鍵零部件表面檢查和管道內(nèi)孔檢查等。 工況參數(shù)：適用于流程工業(yè)和生產(chǎn)線上的主要設(shè)備等。 電氣：適用于電機(jī)、電器、輸變電設(shè)備、電工儀表等。儀器分類：離線測(cè)量?jī)x表 便攜式測(cè)振表 數(shù)據(jù)采集器在線測(cè)量系統(tǒng) 表盤式的 計(jì)算機(jī)化的監(jiān)測(cè)和診斷儀器的分類和選用儀器選用原則： 被監(jiān)測(cè)對(duì)象在生產(chǎn)中的地位 生產(chǎn)的規(guī)模和產(chǎn)量 預(yù)計(jì)的投資 設(shè)備管理人員的水平和素質(zhì)監(jiān)測(cè)和診斷儀器的分類和功能監(jiān)測(cè)和診斷

10、儀器選用在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集離線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)周期采集25重要機(jī)器5關(guān)鍵機(jī)器30一般重要機(jī)器20次要機(jī)器20普通機(jī)器不監(jiān)測(cè)用壞為止透平機(jī)壓縮機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)組燃?xì)廨啓C(jī)大電機(jī)大、中型泵風(fēng)機(jī)齒輪箱小電機(jī)小型泵通風(fēng)機(jī)頻譜分析法頻譜分析法是最基本和最常用的故障診斷方法。每種故障有其對(duì)應(yīng)的特征頻率。根據(jù)特征頻率及其變化確定機(jī)器的故障性質(zhì)和嚴(yán)重程度。轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械常見故障的頻率特征強(qiáng)迫振動(dòng)類故障自激振動(dòng)類故障R: 轉(zhuǎn)動(dòng)頻率轉(zhuǎn)子不平衡故障的頻譜波形為簡(jiǎn)諧波，少毛刺。軸心軌跡為圓或橢圓。1X頻率為主。軸向振動(dòng)不大。振幅隨轉(zhuǎn)速升高而增大。過臨界轉(zhuǎn)速有共振峰。透平風(fēng)機(jī)TOTI齒輪箱1X頻率(水平)1X頻率(水平)1X頻率(鉛垂)

11、1X頻率(鉛垂)軸向很小軸向很小轉(zhuǎn)子不平衡的類型轉(zhuǎn)子不對(duì)中的類型正確對(duì)中 e = 0, = 0平行不對(duì)中 e 0, = 0角度不對(duì)中 e = 0, 0綜合不對(duì)中 e 0, 0轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障的頻譜 出現(xiàn) 2X 頻率成分。軸心軌跡成香蕉形或8字形。軸向振動(dòng)一般較大。本例中，出現(xiàn)葉片通過頻率。電機(jī)水泵POPIMOMI1X 頻率2X 頻率葉片通過頻率轉(zhuǎn)子系統(tǒng)松動(dòng)故障的頻譜波形出現(xiàn)許多毛刺。譜圖中噪聲水平高。出現(xiàn)精確的倍頻2X，3X等成分。松動(dòng)結(jié)合面兩邊，振幅有明顯差別。電機(jī)水泵POPI轉(zhuǎn)速的精確倍頻成分本例中最高出現(xiàn)16X成分噪聲水平高松動(dòng)故障引起的間入諧量未松動(dòng)時(shí)的頻譜松動(dòng)時(shí)的頻譜 出現(xiàn)0.5X，1

12、.5X，2.5X，3.5X.等頻率成分松動(dòng)結(jié)合面兩邊振動(dòng)差別大50353815101218402558松動(dòng)！松動(dòng)！不松動(dòng)不松動(dòng)齒輪故障的頻譜齒輪嚙合頻率GMF等于齒數(shù)乘以齒輪轉(zhuǎn)速頻率。齒輪嚙合頻率兩邊有邊頻，間距為1X。隨著齒輪故障發(fā)展，邊頻越來越豐富，幅值增加。可用倒頻譜作進(jìn)一步分析。OUBSISOL齒輪箱上輥下輥輸入軸嚙合頻率GMF上邊頻下邊頻2X帶滑動(dòng)軸承的機(jī)械的頻譜特點(diǎn)不對(duì)中松動(dòng)引起的諧波不平衡油膜渦動(dòng)、碰摩0 2 4 6 8 10 12 14 16Frequency in orderDisplacement in m pk to pk12.510.07.55.02.50從油膜渦動(dòng)發(fā)展

13、到油膜振蕩渦動(dòng)頻率 c/min轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速r/min油膜振蕩的防治措施臨時(shí)措施 增加油溫。 更換粘度較低的油。 減小軸承的寬度，以增 加比壓。 抬高失穩(wěn)軸承的標(biāo)高，增加軸承的負(fù)載。 減小軸承的間隙。根本措施 改變軸瓦的結(jié)構(gòu)。 增加預(yù)負(fù)荷，開油槽，改變供油方式等 改用穩(wěn)定性較好的軸承。 圓瓦橢圓瓦多油葉瓦多油楔瓦可傾瓦 改變轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，將其臨界轉(zhuǎn)速提高到工作轉(zhuǎn)速的一半以上。軸承的故障診斷與狀態(tài)監(jiān)測(cè)是機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)的重要內(nèi)容。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障中軸承的損壞故障約占30%。軸承的運(yùn)行質(zhì)量除軸承元件本身的加工質(zhì)量外，軸承的安裝及裝配質(zhì)量影響很大。滾動(dòng)軸承的振動(dòng)滾動(dòng)軸承的失效形式疲勞點(diǎn)蝕 : 因受滾動(dòng)壓應(yīng)力

14、磨損: 因受壓力又有與內(nèi)外座圈的相對(duì)滑動(dòng) 腐蝕: 潤(rùn)滑油中的水分幾其它化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生銹蝕裂紋: 由于磨削或淬火時(shí)作用而產(chǎn)生磨粒磨損: 由于磨屑作用而磨損D 節(jié)圓直徑d 滾珠直徑 接觸角z 滾珠數(shù)R 軸的轉(zhuǎn)速頻率滾動(dòng)軸承故障的特征頻率 dD外環(huán)故障頻率內(nèi)環(huán)故障頻率滾珠故障頻率保持架碰外環(huán)保持架碰內(nèi)環(huán)滾動(dòng)軸承故障的頻譜 軸承每一種零件有其特殊的故障頻率。隨著故障發(fā)展，它的幅值增加，并有諧波；諧波兩邊產(chǎn)生邊頻。還可用非頻率域的診斷方法，如共振解調(diào)。電機(jī)離心泵PIPO1X2X頻率故障基本頻率6.71X基本頻率的四個(gè)諧波帶滾動(dòng)軸承的機(jī)械的頻譜特點(diǎn) 不平衡不對(duì)中松動(dòng)滾動(dòng)軸承故障頻率0 5 10 15 20

15、25 30 35 40 45 50RFrequency in order3.53.02.52.01.51.00.50Velocity in mm/s pk倒頻譜分析診斷法倒頻譜分析用于識(shí)別頻譜圖中的周期結(jié)構(gòu)倒頻譜的定義和有關(guān)的術(shù)語倒頻譜分析主要應(yīng)用于滾動(dòng)軸承和齒輪的故障診斷 倒頻譜是對(duì)數(shù)功率譜的頻譜。 通俗地說，倒頻譜是頻譜圖的頻譜。 它突出了頻譜圖中的周期成分。 倒頻譜圖的橫坐標(biāo)為倒頻率（時(shí)間）。倒頻譜的定義log (Fxx( f ) c( )FFT倒頻譜分析的特點(diǎn)能顯示頻譜圖中不明顯（被淹沒）的復(fù)雜的周期頻譜結(jié)構(gòu)，并精確地確定其倒頻率（振動(dòng)周期）。倒頻譜的主要峰值是大量周期分量的平均值，數(shù)

16、值較穩(wěn)定，它可作為評(píng)定機(jī)械狀態(tài)的一個(gè)指標(biāo)。對(duì)從振源到測(cè)點(diǎn)之間信號(hào)傳遞路徑的變化不大敏感。倒頻譜分析的應(yīng)用齒輪信號(hào)中確定周期成分(一)電機(jī)軸50Hz，63個(gè)齒水泵軸121Hz，26個(gè)齒頻譜圖中看到嚙合頻率3.15kHz看不清周期結(jié)構(gòu)電機(jī)離心泵齒輪箱倒頻譜圖中清晰可見若干尖峰，顯示頻譜圖的周期結(jié)構(gòu)8.2ms(121Hz)及諧波為出軸齒輪轉(zhuǎn)頻20ms(50Hz)為入軸齒輪的轉(zhuǎn)頻倒頻譜分析的應(yīng)用齒輪信號(hào)中確定周期成分(二)頻譜圖僅看出嚙合頻率(4.3kHz)及其諧波即使經(jīng)高倍細(xì)化，也難以確定頻譜圖中的周期成分020kHz原頻譜圖3.513kHz細(xì)化頻譜圖倒頻譜分析的應(yīng)用齒輪信號(hào)中確定周期成分(三)倒頻

17、譜圖中清晰顯示兩組周期頻譜族結(jié)構(gòu)Ai為11.9ms(84.3Hz)及諧波；Bi為20ms(50Hz)及諧波這是輸入軸A和輸出軸B的轉(zhuǎn)速頻率倒頻譜圖7.59.5kHz 細(xì)化頻譜圖倒頻譜分析的應(yīng)用齒輪信號(hào)中確定周期成分(四)11.9ms（84.3Hz）20ms（50Hz）倒頻譜分析的應(yīng)用對(duì)傳遞路徑不敏感齒輪箱上兩個(gè)不同的測(cè)點(diǎn)得到的頻譜圖差別很大但兩個(gè)倒頻譜圖差別很少，高倒頻率區(qū)基本一樣2.6kHz倒頻譜圖頻譜圖正常狀態(tài)：頻譜無周期結(jié)構(gòu)；倒頻譜無明顯峰。故障狀態(tài)： 倒頻譜出現(xiàn)10.4Hz、35.6Hz及其倒諧波。 10.4Hz最大為一惰輪的轉(zhuǎn)頻，表明它有故障， 并可與輸出軸頻5.4Hz的兩倍區(qū)別開來。故障狀態(tài) 正常狀態(tài)頻譜圖倒頻譜圖入軸35.6Hz惰輪10.4Hz出軸5.4Hz倒頻譜分析的應(yīng)用卡車齒輪箱的診斷相關(guān)產(chǎn)品 - 振通932高級(jí)分析儀中文Window菜單顯示，操作更方便大尺寸、彩色液晶屏幕，清晰美觀12800線分辨率頻譜，頻率范圍25kHz基于DSP的全功能高速動(dòng)態(tài)分析雙通道采集，14位AD采樣USB 接口可配MCM2/3,SDES等軟件高速記錄起停車振值,幅值,相位,頻譜標(biāo)準(zhǔn)數(shù)采器功能存儲(chǔ)200測(cè)點(diǎn),32K波形用硬件包絡(luò)解調(diào)檢測(cè)診斷軸承齒輪故障轉(zhuǎn)速測(cè)量、噪聲測(cè)量、相位測(cè)量、相位診斷共振解調(diào)法原理：故障所引起的低頻（通常是數(shù)百HZ以內(nèi)）沖擊