機(jī)械設(shè)備典型故障的振動(dòng)特性

1、機(jī)械設(shè)備典型故障的振動(dòng)特性第1頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四振動(dòng)故障分析和診斷的任務(wù)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。振動(dòng)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(lái)源？它與機(jī)器的零部件對(duì)應(yīng)關(guān)系如何？如果能測(cè)量相位，應(yīng)該檢查相位是否穩(wěn)定？各測(cè)點(diǎn)信號(hào)之間的相位關(guān)系如何？ 第2頁(yè)，共31頁(yè)，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(dòng)齒輪嚙合軸承故障不平衡幅值

2、時(shí)間幅值不平衡軸承故障齒輪嚙合頻率第3頁(yè)，共31頁(yè)，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(dòng)頻譜分析第4頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四常 見(jiàn) 的 設(shè) 備 故 障轉(zhuǎn)子不平衡偏心轉(zhuǎn)子軸彎曲不對(duì)中松動(dòng)轉(zhuǎn)子與定子摩擦滑動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承齒輪故障 力不平衡 力偶不平衡 動(dòng)不平衡 懸臂轉(zhuǎn)子不平衡 角不對(duì)中 平行不對(duì)中 軸承不對(duì)中 聯(lián)軸節(jié)故障 結(jié)構(gòu)框架/底座松動(dòng) 軸承座松動(dòng) 軸承等部件松動(dòng) 齒輪磨損 齒輪偏心 齒輪不對(duì)中第5頁(yè)，共31頁(yè)，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(guò)兩倍。同一設(shè)備的兩個(gè)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(yè)，共31頁(yè)，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(dòng)平衡。偶不平衡在機(jī)器兩端支承處均產(chǎn)生振動(dòng)，有時(shí)一側(cè)比另一側(cè)大較大的偶不平衡有時(shí)可產(chǎn)生較大的軸向振動(dòng)。兩支承徑向同方向振動(dòng)相位相差180。徑向第7頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四質(zhì) 量 不 平 衡C動(dòng)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(dòng)相位差接近 典型的頻譜 相 位 關(guān) 系動(dòng) 不 平 衡徑向第8頁(yè)，共31頁(yè)，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(huì)引起較大1X振動(dòng)。軸向相位穩(wěn)定，而徑向相位會(huì)有變化。懸臂式轉(zhuǎn)子可產(chǎn)生較大的軸向振動(dòng)，軸向振動(dòng)有時(shí)甚至超過(guò)徑向振動(dòng)。兩支承處軸向振動(dòng)相位接近。往往是力不平衡和偶不平衡同時(shí)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(yè)，共31頁(yè)，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(shí)，會(huì)在

5、兩個(gè)轉(zhuǎn)子中心連線方向上產(chǎn)生較大的1X 振動(dòng)；偏心泵除產(chǎn)生1X振動(dòng)外，還由于流體不平衡會(huì)造成葉輪通過(guò)頻率及倍頻的振動(dòng)。垂直與水平方向振動(dòng)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(dòng)。 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(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四 軸 彎 曲振動(dòng)特征類似動(dòng)不平衡，振動(dòng)以1X為主，如果彎曲靠近聯(lián)軸節(jié)，也可產(chǎn)生2X振動(dòng)。類似不對(duì)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(dòng)。軸向振動(dòng)可能較大，兩支承處相位相差180。振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速增加迅速增加，過(guò)了臨界轉(zhuǎn)速也一樣。 典型的頻譜 相 位 關(guān) 系軸向第11頁(yè)，共31頁(yè)

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

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

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(duì) 中軸向第15頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四不對(duì)中 D如果聯(lián)軸節(jié)的短節(jié)過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短，通常會(huì)產(chǎn)生明顯的3X振動(dòng)。齒型聯(lián)軸節(jié)卡死會(huì)引起軸向和徑向振動(dòng), 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(shí)例.振動(dòng)隨負(fù)荷而變，1X明顯。松動(dòng)的聯(lián)軸節(jié)將引起嚙合頻率及葉片通過(guò)頻率的振動(dòng), 其周圍分布1X 旁瓣。聯(lián) 軸 節(jié) 故 障 第16頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四對(duì) 中 不 良 設(shè) 備 的 軸 心 軌 跡第17頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四機(jī) 械

9、 松 動(dòng)松動(dòng)本身不是純粹 的故障, 不會(huì)直接 產(chǎn)生振動(dòng)，但它可 放大故障的作用。A 結(jié) 構(gòu) 框 架 或 底 座 松 動(dòng)B 軸 承 座 松 動(dòng)C 軸 承 等部 件 配 合松 動(dòng)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(yè)，共31頁(yè)，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(dòng)振動(dòng)特征: 類似不平衡或不對(duì)中, 頻譜主要以1X 為主。振動(dòng)具有局部性, 只表現(xiàn)在松動(dòng)的轉(zhuǎn)子上。同軸承徑向振動(dòng)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(dòng)相位相差180。如果軸承緊固是在軸向, 也會(huì)引起類似不對(duì)中的軸向振動(dòng). 包括如下幾方面的故障 支腳、底板、水泥底座松動(dòng)/強(qiáng)

10、度不夠； 框架或底板變形；緊固螺絲松動(dòng)。徑向A型基礎(chǔ)底板機(jī)器底腳混凝土基礎(chǔ)第19頁(yè)，共31頁(yè)，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(dòng)或開(kāi)裂引起的松動(dòng)振 動(dòng) 特 征:主要以2X 為特征(主要是徑向2X 超過(guò)1X 的50%)幅值有時(shí)不穩(wěn)定振動(dòng)只有伴隨其它故障如不平衡或不對(duì)中時(shí)才有表現(xiàn), 此時(shí)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(dòng)主要是1X 和2X；出現(xiàn)碰撞后, 振動(dòng)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(kāi)裂 支承件長(zhǎng)度不同引起的晃動(dòng) 部件間隙出現(xiàn)少量偏差時(shí)(尚無(wú)碰撞) 緊固螺絲松動(dòng)。徑向B型第20頁(yè)，共31頁(yè)，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(dòng)或部件配合松動(dòng)振動(dòng)特征:常常出現(xiàn)大量的高次諧頻, 有時(shí)10X，甚至20X，松動(dòng)嚴(yán)重時(shí)還會(huì)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(duì)中等故障出現(xiàn)。振動(dòng)具有方向性和局部性。振動(dòng)幅值變化較大，相位有時(shí)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(dòng) 軸承內(nèi)圈間隙大 軸承保持架在軸承蓋內(nèi)松動(dòng) 軸承松動(dòng)或與軸有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)C型第21頁(yè)，共31頁(yè)，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(dòng)過(guò)程中與定子的摩擦?xí)斐蓢?yán)重的設(shè)備故障在摩擦過(guò)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(huì)激起

12、亞諧波振動(dòng)(1/2X, 1/3X.), 嚴(yán)重時(shí)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(dòng)軸承鎢金干摩電動(dòng)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(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四滾 動(dòng) 軸 承有資料顯示僅有10 20的軸承達(dá)到或接近設(shè)計(jì)壽命. 其余部分因?yàn)槿缦赂鞣N原因達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命.潤(rùn)滑不當(dāng), 使用錯(cuò)誤的潤(rùn)滑劑；潤(rùn)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(cuò)誤等. 振動(dòng)監(jiān)測(cè)的最終目的是通過(guò)跟蹤軸承狀態(tài)了

13、解何時(shí)需要更換軸承.位移, 不易用于軸承的監(jiān)測(cè)。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(cè)參數(shù)的選擇第23頁(yè)，共31頁(yè)，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(lái)測(cè)量、評(píng)定。例如：某軸承在第一階段的尖峰能量值為0.25gSE(實(shí)測(cè)數(shù)值與測(cè)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(kāi)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(dòng) 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(dòng)尖峰能量第24頁(yè)，共31頁(yè)，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(shí)出現(xiàn)更多故障頻率諧波，并且邊帶數(shù)目增多，振動(dòng)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(kāi)始“消失”被隨機(jī)振動(dòng)或噪音代替，高頻量和尖峰能量值很大。滾 動(dòng) 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(dòng)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(dòng)gSE首先減小然后明顯增

15、大第25頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四滾 動(dòng) 軸 承 故 障 頻 譜第26頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四滾動(dòng)軸承故障前后包絡(luò)譜第27頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四滑 動(dòng) 軸 承滑動(dòng)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(dòng)軸承往往產(chǎn)生垂直方向比水平方向振幅更大的振動(dòng)。間隙過(guò)大的滑動(dòng)軸承可能會(huì)導(dǎo)致不平衡、不對(duì)中引起的振動(dòng)更大摩擦/間隙過(guò)大的頻譜油膜振蕩松動(dòng)，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(dòng)譜瓦塊損壞，1/3X渦動(dòng)，調(diào)油溫有效徑向徑向第28頁(yè)，共31頁(yè)，2022年，5月20日，3點(diǎn)19分，星期四滑 動(dòng) 軸 承 損 壞 及 松 動(dòng) 頻 譜第29頁(yè)，共31頁(yè)，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(shí)，嚙合頻率附近也會(huì)出現(xiàn)較高峰值的邊帶。正常齒輪的頻譜