典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)

§3-4經(jīng)典零部件故障振動診療

1.振幅

位移振幅通慣用：峰－峰值(P－P值)表示；速度振幅通慣用：有效值（振動烈度）Vrms來表示；加速度振幅通慣用：峰值表示。旋轉(zhuǎn)機(jī)械診療中通慣用：通頻振幅——同時受不一樣頻率激勵力作用設(shè)備振動信號，經(jīng)濾波得到各種頻率分量疊加值；基頻振幅——轉(zhuǎn)頻下按正弦規(guī)律振動幅值。

2.振動頻率振動頻率分為基頻和倍頻（各次諧波頻率）。特定頻率→對應(yīng)一定故障。旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，振動頻率以轉(zhuǎn)頻倍頻、分倍頻形式出現(xiàn)。3.相位許多設(shè)備故障從幅值譜上不易區(qū)分時，需對相位作深入分析?！?-4-1緒論一、旋轉(zhuǎn)機(jī)械特征參量

1典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第1頁4.轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)速改變與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)有非常親密關(guān)系。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時，轉(zhuǎn)速也會對應(yīng)地改變。比如：離心式壓縮機(jī)：喘振→轉(zhuǎn)速波動；動靜碰磨→轉(zhuǎn)速波動。5.時域波形時域波形綜合反應(yīng)了振動信號振幅、頻率、相位，可簡單直觀地表示振動情況。6.軸心軌跡軸心軌跡是軸心上點相對于軸承座運(yùn)動軌跡，形象地反應(yīng)了轉(zhuǎn)子實際振動情況。

7.軸位移（軸向位置）軸向位置是止推盤和止推軸承之間相對位移。比如：轉(zhuǎn)子動靜部件之間軸向摩擦、喘振等都會引發(fā)軸向位置改變。8.軸心位置軸心位置是描述安裝在軸承中轉(zhuǎn)軸平均位置特征參量。比如：軸承座磨損→軸頸偏心。渦流傳感器直流分量表示軸心位置改變。2典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第2頁9.差脹、機(jī)殼膨脹對大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械，因為轉(zhuǎn)子較長，在起動過程中轉(zhuǎn)子受熱快，沿軸向膨脹量比汽缸大，二者熱膨脹差稱為“差脹”。轉(zhuǎn)子熱膨脹>汽缸熱膨脹，稱為“正差脹”；轉(zhuǎn)子熱膨脹<汽缸熱膨脹，稱為“負(fù)差脹”。正差脹多出現(xiàn)在開機(jī)過程，負(fù)差脹多出現(xiàn)在停機(jī)過程。對大型汽輪機(jī)組，除了測“差脹”外，還應(yīng)測機(jī)殼膨脹量，有利于得到汽缸與轉(zhuǎn)子之間相對熱膨脹信息，對比熱膨脹和脹差量，判斷汽缸與轉(zhuǎn)子熱膨脹是否正常10.慢轉(zhuǎn)偏心距慢轉(zhuǎn)偏心距指是機(jī)器靜止時彎曲量，假如在允許范圍內(nèi)，機(jī)器能夠起動。測量方法：起動時用渦流傳感器測得信號中交流信號峰－峰值表示。11.工藝參數(shù)12.電流、電壓測量3典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第3頁旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動故障分析慣用方法（1）波特圖（Bodeplot）是機(jī)器振幅與轉(zhuǎn)速頻率，相位與轉(zhuǎn)速頻率關(guān)系曲線。

（2）極坐標(biāo)圖是把上述幅頻特征和相頻特征曲線綜合在極坐標(biāo)上表示出來所表示。

（3)軸心位置圖借助于相互垂直兩個電渦流傳感器，監(jiān)測直流間隙電壓，即可得到轉(zhuǎn)子軸頸中心徑向位置。（4)軸心軌跡圖渦動運(yùn)動軌跡稱之為軸心軌跡如所表示。4典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第4頁5典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第5頁6典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第6頁7典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第7頁（5)頻譜圖振動信號絕大多數(shù)是由各種激勵信號合成復(fù)雜信號，按照傅里葉分析原理，這種復(fù)雜信號能夠分解為一系列諧波分量（即頻率成份），每一諧波分量又含有幅值和相位特征量。各個諧波分量以頻率軸為坐標(biāo)，按頻率高低排列起來譜圖，就叫頻譜圖。各諧波分量分別以幅值或相位特征量來表示，分別稱為幅值頻譜（簡稱幅值譜）和相位頻譜（注意與波特圖區(qū)分）。8典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第8頁9典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第9頁為了便于識別各頻率成份（包含基頻、倍頻及分?jǐn)?shù)倍頻等）與故障聯(lián)絡(luò)，常將頻譜圖頻率軸（橫坐標(biāo)）改用工作頻率倍數(shù)來表示，而縱坐標(biāo)仍表示幅值。這種譜圖稱為階比幅值譜。10典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第10頁二.旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動監(jiān)測1.測試對象和測量部位選擇2.轉(zhuǎn)軸振動測量3.機(jī)殼振動測量4.相位測量5.轉(zhuǎn)速測量6.軸位移測量7.軸心軌跡測量8.軸心位置測量9.軸承溫度測量10.工藝參數(shù)測量11典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第11頁三、旋轉(zhuǎn)機(jī)械發(fā)生故障原因（一）設(shè)計、制造

1.設(shè)計不妥：動態(tài)性能不良，運(yùn)行時發(fā)生強(qiáng)迫振動或自激振動；2.結(jié)構(gòu)不合理，應(yīng)力集中；3.工作轉(zhuǎn)速靠近或落入臨界轉(zhuǎn)速區(qū)；4.運(yùn)行點轉(zhuǎn)速靠近或落入非穩(wěn)定區(qū)；5.零部件加工、制造不良，精度不夠；6.零部件材質(zhì)不良，精度不夠，制造缺點；7.轉(zhuǎn)子動平衡不符合技術(shù)要求。

（二）安裝維修

1.安裝不妥，零部件錯位，預(yù)負(fù)荷大；2.軸系對中不良；3.機(jī)器幾何參數(shù)(如配合間隙、過盈量及相對位置)調(diào)整不妥；4.管道應(yīng)力大，機(jī)器在工作狀態(tài)下改變了動態(tài)特征和安裝精度；5.轉(zhuǎn)子長久放置不妥，改變了動平衡精度；6.安裝或維修過程中破壞了機(jī)器原有配合精度。12典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第12頁三.運(yùn)行操作1.機(jī)器在非設(shè)計狀態(tài)下運(yùn)行(如超轉(zhuǎn)速、超負(fù)荷等)改變機(jī)器工作特征；2.潤滑或冷卻不良；3.旋轉(zhuǎn)體局部損壞或結(jié)垢；4.工藝參數(shù)(溫度、壓力、流量、負(fù)荷等)操作不妥，機(jī)器運(yùn)行失穩(wěn)；5.啟、停車過程中操作不妥，暖機(jī)不夠，熱膨脹不均勻或臨界區(qū)停留時間長。四.機(jī)器劣化1.長久運(yùn)行轉(zhuǎn)子撓度增大；2.旋轉(zhuǎn)體局部損壞、脫落或產(chǎn)生裂紋；3.零部件磨損、點蝕或腐蝕等；4.配合面受力劣化，產(chǎn)生過盈不足或松動等，破壞了配合性質(zhì)；5.機(jī)器沉降不均勻，機(jī)器殼體變形。13典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第13頁§3-4-2轉(zhuǎn)軸組件故障診療一、緒論轉(zhuǎn)軸組件：指旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)中主要一類基礎(chǔ)件，以旋轉(zhuǎn)軸為中心，包含齒輪、葉輪、等工作件、聯(lián)軸器以及支承在內(nèi)組合非轉(zhuǎn)動部件：滑動軸承、軸承座、機(jī)殼等。旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動特殊性：1.振動普通呈很強(qiáng)周期性；2.大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動主要是轉(zhuǎn)軸?！嘈D(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測主要是針對其振動特點進(jìn)行。二、轉(zhuǎn)軸組件故障類型及其特點轉(zhuǎn)軸組件常見故障現(xiàn)象有不平衡、不一樣軸（不對中）、機(jī)械松動等14典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第14頁三、基于全息譜分析技術(shù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械診療系統(tǒng)結(jié)構(gòu)15典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第15頁四.轉(zhuǎn)機(jī)械故障分類和故障診療搜索

油膜渦動旋轉(zhuǎn)脫離喘振流體激勵支座松動密封磨損低頻管道激勵不平衡不對中碰磨轉(zhuǎn)子裂紋高頻管道激勵工頻干擾1.旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障分類故障低頻高頻其它基頻16典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第16頁2.旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障搜索17典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第17頁(一)轉(zhuǎn)子不平衡故障及診療

1、轉(zhuǎn)子不平衡原因：轉(zhuǎn)子不平衡可分為：原始不平衡、漸發(fā)性不平衡、突發(fā)性不平衡。

(1)原始不平衡（轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心）原因(2)漸發(fā)性不平衡原因振動值隨運(yùn)行時間延長而增大。原因(3)突發(fā)性不平衡振動值突然顯著增大后穩(wěn)定在一定水平上。18典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第18頁2.轉(zhuǎn)子不平衡振動特點(1)振動時域波形近似為正弦波；(2)在頻譜圖中，能量集中在基頻，會出現(xiàn)較小高次諧波；(3)當(dāng)ω<ωn時，振幅隨轉(zhuǎn)速增大而增大；當(dāng)ω>ωn時，轉(zhuǎn)速增大時振幅趨于一個較小穩(wěn)定值；當(dāng)ω≈ωn時，振幅含有最大峰值。(4)轉(zhuǎn)子軸心軌跡為一橢圓,因為轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量響應(yīng)在x、y方向振幅不一樣，相位差也不是。(5)工作轉(zhuǎn)速一定時，相位穩(wěn)定。(6)振動強(qiáng)烈程度對轉(zhuǎn)速改變很敏感。3.轉(zhuǎn)子不平衡診療方法轉(zhuǎn)子不平衡診療方法是依據(jù)轉(zhuǎn)子不平衡振動特點來診療，主要看振動信號波形、特征頻率、相位穩(wěn)定性、軸心軌跡等。19典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第19頁轉(zhuǎn)子不平衡故障頻譜波形為簡諧波，少毛刺。軸心軌跡為圓或橢圓。1X頻率為主。軸向振動不大。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)齒輪箱1X頻率(水平)1X頻率(水平)1X頻率(鉛垂)1X頻率(鉛垂)軸向很小軸向很小20典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第20頁4.注意(1)對于老設(shè)備：工頻分量增大時，可能有較大不平衡；(2)對新安裝設(shè)備，工頻分量增大時，可能還有下述原因影響：轉(zhuǎn)子是否碰到臨界轉(zhuǎn)速？——慣用其它方法確定臨界轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)子是否與基礎(chǔ)共振？——可用相位分析方法診療。

基礎(chǔ)共振：使機(jī)組上各點都以同一頻率和相位振動。不平衡造成振動在順旋轉(zhuǎn)方向上各點振動有相位差。(3)用渦流傳感器不接觸測量時，注意測點處軸頸加工不一樣心或橢圓?？捎媒档娃D(zhuǎn)速方法來檢驗。若低速時振動與高速時相同，則為假不平衡。5.轉(zhuǎn)子不平衡分類轉(zhuǎn)子不平衡可分為動不平衡與靜不平衡。(1)靜不平衡：僅使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生偏心距e不平衡稱靜不平衡，它只要在e相對方向加平衡塊配重就可消除。(2)動不平衡：轉(zhuǎn)子質(zhì)心在兩軸承連線上，在旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生離心力矩，只有在轉(zhuǎn)動時才能檢測出來，找到配重位置。21典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第21頁全息動平衡:22典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第22頁(二)轉(zhuǎn)子彎曲故障及診療

1、轉(zhuǎn)子彎曲種類(1)永久性彎曲：轉(zhuǎn)子成弓形彎曲后無法恢復(fù)。開啟時振動就大；(2)轉(zhuǎn)子暫時性彎曲：能夠恢復(fù)彎曲。隨升速振幅變大。2.轉(zhuǎn)子弓形彎曲（永久性彎曲）原因及振動特點

(1)原因a、設(shè)計制造：結(jié)構(gòu)不合理、制造誤差、材質(zhì)不均勻。b.安裝、維修：1）長久存放不妥引發(fā)永久性彎曲；2）軸承安裝錯位，轉(zhuǎn)子有較大預(yù)負(fù)荷。c、運(yùn)行操作：高速高溫機(jī)器停機(jī)后未及時盤車。d、機(jī)器劣化：轉(zhuǎn)子熱穩(wěn)定性差，長久運(yùn)行后自然彎曲。

23典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第23頁(2)振動特征a、特征頻率：1倍頻，并伴有2倍頻。b、振動穩(wěn)定：振動方向為徑向、軸向，相位特征穩(wěn)定。c、軸心軌跡：橢圓d、振動隨轉(zhuǎn)速改變顯著e、時域波形：正弦波(3)其它識別方法：a、機(jī)器開始升速運(yùn)行時，在低速階段振動幅值就較大；b、剛性轉(zhuǎn)子兩端相位差180。4、轉(zhuǎn)子暫時彎曲原因及振動特征

(1)原因a、設(shè)計制造：結(jié)構(gòu)不合理，制造誤差大，材質(zhì)不均勻；b、安裝、維修：轉(zhuǎn)子有較大預(yù)負(fù)荷；c、運(yùn)行操作：升速過快，加載太大；d、機(jī)器裂化：轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性差。24典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第24頁(2)振動特征：a、特征頻率：1倍頻，伴有2倍頻。b、振動穩(wěn)定性：振動隨轉(zhuǎn)速改變顯著，振動方向為徑向、軸向，相位特征穩(wěn)定（正常運(yùn)行時穩(wěn)定，升機(jī)過程中有改變）。c、軸心軌跡：橢圓(3)其它識別方法：升速過程振幅大，往往不能正常開啟。25典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第25頁(三)轉(zhuǎn)子不對中故障分及診療1、轉(zhuǎn)子不對中形式(1)平行不對中：軸線平行位移(2)角度不對中：軸線角度位移(3)綜合不對中：軸線綜合位移正確對中e=0,=0平行不對中e0,=0角度不對中e=0,0綜合不對中e0,026典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第26頁2、產(chǎn)生轉(zhuǎn)子不對中原因(1)初始安裝誤差；(2)負(fù)載、自重作用使轉(zhuǎn)子彎曲；(3)支承架不均勻膨脹引發(fā)熱態(tài)工作下轉(zhuǎn)子對中不良(熱不對中)；(4)地基不均勻下沉。3、轉(zhuǎn)子不對中故障特征(1)轉(zhuǎn)子不對中改變了軸承中油膜壓力，使聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)支承負(fù)荷改變較大，負(fù)荷小軸承可能引發(fā)油膜失穩(wěn)?！嗖粚χ鞋F(xiàn)象最大振動在緊靠聯(lián)軸節(jié)兩端軸承上。(2)平行不對中主要引發(fā)徑向振動假如：軸承座x、y方向剛度相同，則振幅大方向為不對中方向；軸承座x、y方向剛度不一樣，應(yīng)經(jīng)計算求得。角度不對中主要引發(fā)軸向振動，剛性轉(zhuǎn)子A軸>A徑。

27典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第27頁(3)不對中引發(fā)振幅值與轉(zhuǎn)子負(fù)荷相關(guān)，隨負(fù)荷增大而增大。(4)不對中使聯(lián)軸器兩側(cè)轉(zhuǎn)子振動產(chǎn)生相位差。對于剛性聯(lián)軸節(jié)：

平行不對中：聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)徑向振動相位差約180o；

角度不對中：聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)軸向振動相位差約180o；聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)徑向振動同相；(5)從振動頻率成份來看，不一樣形式不對中頻率成份不一樣。對剛性聯(lián)軸節(jié)：平行不對中：易激起2fn，也存在fn及高頻；角度不對中：易激起同頻振動，也存在高頻；(6)軸心軌跡：香蕉形、8字形(7)振幅隨轉(zhuǎn)速改變不顯著，隨油溫、負(fù)荷改變顯著。28典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第28頁轉(zhuǎn)子不對中故障頻譜出現(xiàn)2X頻率成份。軸心軌跡成香蕉形或8字形。軸向振動普通較大。本例中，出現(xiàn)葉片經(jīng)過頻率。電機(jī)水泵POPIMOMI1X頻率2X頻率葉片通過頻率29典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第29頁轉(zhuǎn)子不對中故障時域波形圖轉(zhuǎn)子不對中故障頻譜圖轉(zhuǎn)子不對中故障全息譜轉(zhuǎn)子不對中故障提純軸心軌跡30典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第30頁不對中故障全息譜圖不對中故障提純軸心軌跡（雙八字形）31典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第31頁不對中故障全息譜圖不對中故障提純軸心軌跡（八字形）32典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第32頁轉(zhuǎn)子平行不對中故障三維全息譜圖轉(zhuǎn)子角度不對中故障三維全息譜圖33典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第33頁(四)轉(zhuǎn)子橫向裂紋故障及診療1、轉(zhuǎn)子橫向裂紋形態(tài)

因為轉(zhuǎn)軸所受應(yīng)力狀態(tài)不一樣，其橫向裂紋形態(tài)也不一樣，裂紋有三種形態(tài)：a.閉裂紋；b.開裂紋：c.開閉裂紋。常開狀態(tài)下轉(zhuǎn)子裂紋常閉狀態(tài)下轉(zhuǎn)子裂紋34典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第34頁2、軸出現(xiàn)裂紋故障后特點(1)軸出現(xiàn)裂紋時，軸剛度就不是各向同性，振動帶有非線性性質(zhì)。振動頻率為轉(zhuǎn)頻高倍頻2f0、3f0……，相位發(fā)生改變。裂紋擴(kuò)展，剛度下降，1f0、2f0、3f0……上升，相位改變。對應(yīng)高倍頻與2f0、3f0、5f0……與nc重合，轉(zhuǎn)子發(fā)生次諧波共振，響應(yīng)有峰值。

(2)開停車過程響應(yīng)隨轉(zhuǎn)速改變規(guī)律∵出現(xiàn)2f0、3f0……高倍頻，∴當(dāng)工作轉(zhuǎn)速經(jīng)過

時（nc為臨界轉(zhuǎn)速），(3)裂紋深度對響應(yīng)影響裂紋擴(kuò)展伴隨裂紋深度增大而加速∴1f0、2f0振幅上升，相位出現(xiàn)異常波動。35典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第35頁2、軸出現(xiàn)裂紋故障后特點頻率特征：半臨界點2f0，伴有2f0、3f0等高次諧波；振動穩(wěn)定性：不穩(wěn)定，隨載荷不規(guī)則改變；振動方向：徑向，軸向；相位：改變；軸心軌跡：軸心軌跡基本為圓狀；進(jìn)動方向：正進(jìn)動。

36典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第36頁轉(zhuǎn)子裂紋故障時域波形圖轉(zhuǎn)子裂紋故障頻譜圖轉(zhuǎn)子裂紋故障全息譜轉(zhuǎn)子裂紋故障提純軸心軌跡37典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第37頁38典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第38頁39典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第39頁(五)機(jī)械松動

機(jī)械松動現(xiàn)象是因緊固不牢引發(fā),振動含有非線性特征；項目性質(zhì)振動方向雖無尤其輕易出現(xiàn)方向，但垂直方向振動出現(xiàn)可能性較大頻率特征基頻及倍頻，伴有2f0、3f0、……等倍頻，也會出現(xiàn)1/2f0，1/3f0等振動穩(wěn)定性不穩(wěn)定，振動對轉(zhuǎn)速改變敏感。相位特征與旋轉(zhuǎn)標(biāo)志同時軸心軌跡橢圓或紊亂。振幅如使轉(zhuǎn)速增減，振幅會突然變或減?。ㄌS現(xiàn)象）40典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第40頁轉(zhuǎn)子系統(tǒng)松動故障頻譜波形出現(xiàn)許多毛刺。譜圖中噪聲水平高。出現(xiàn)準(zhǔn)確倍頻2X，3X…等成份。松動結(jié)合面兩邊，振幅有顯著差異。電機(jī)水泵POPI轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確倍頻成份本例中最高出現(xiàn)16X成份噪聲水平高41典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第41頁松動故障引發(fā)間入諧量未松動時頻譜松動時頻譜出現(xiàn)0.5X，1.5X，2.5X，3.5X...等頻率成份42典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第42頁43典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第43頁(六)動靜碰摩1、局部摩擦：頻率包含不平衡引發(fā)f0、2f0、3f0、……及低頻諧波f0/i。摩擦重時，i=2；摩擦輕時，i=3、4、……頻率特征：if0、f0/i振動：不穩(wěn)定，徑向相位：反向移動軸心軌跡：有突變點44典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第44頁轉(zhuǎn)子動靜碰磨時域波形轉(zhuǎn)子動靜碰磨頻譜轉(zhuǎn)子動靜碰磨高頻全息譜轉(zhuǎn)子動靜碰磨提純軸心軌跡45典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第45頁轉(zhuǎn)子動靜碰磨提純軸心軌跡轉(zhuǎn)子動靜碰磨高頻全息譜46典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第46頁(七)自激振動

潤滑油起泡、喘振和蠕動以及氣穴等都會引發(fā)自激振動。自激振動最基本特點在于振動頻率為相關(guān)振動固有頻率。

項目性質(zhì)項目性質(zhì)振動方向無特殊方向相位有改變（非同時）頻率特征與轉(zhuǎn)速無關(guān)固有頻率振幅轉(zhuǎn)速改變對振幅影響較小47典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第47頁油膜渦動和油膜振蕩診療48典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第48頁油膜渦動和油膜振蕩診療49典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第49頁喘振50典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第50頁51典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第51頁52典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第52頁正常1000r/min下聲發(fā)射信號時域波形和頻譜碰摩1000r/min下聲發(fā)射信號時域波形和頻譜53典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第53頁一、緒論

齒輪箱是各類機(jī)械變速傳動部件，齒輪臬運(yùn)行是否正常，包括整臺機(jī)器或機(jī)組工作狀態(tài).在齒輪箱中，各類部件失效比率如表所表示?！?-4-2齒輪故障診療失效零件失效百分比失效零件失效百分比失效零件失效百分比齒輪60%軸10%緊固件3%軸承19%箱體7%油封1%二、齒輪振動機(jī)理1.齒輪嚙合振動單雙齒嚙合區(qū)交替改變輪齒嚙合剛度周期性化嚙入嚙出沖擊54典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第54頁以一對齒輪作為研究對象，該齒輪副能夠看作一個振動系統(tǒng)。則其振動方程為：式中：x——沿作用線上齒輪相對位移C——齒輪嚙合阻尼k(t)——齒輪嚙合剛度M1、M2——作用在主、從動齒輪上扭矩r2——齒輪節(jié)圓半徑i——齒輪副傳動比E(t)——由齒輪輪齒變形和誤差、故障造成兩個齒在作用線方向上相對位移z1、z2——齒輪齒數(shù)n1、n2——轉(zhuǎn)速嚙合頻率為：55典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第55頁2.齒輪制造和裝配誤差引發(fā)振動齒輪在制造過程中，因為機(jī)床、刀具、夾具、齒坯等是各類面誤差，以及操作不妥、工藝不良等原因，均會使齒輪產(chǎn)生各種加工誤差，如齒距累積誤差、基節(jié)偏差、齒形誤差、齒向誤差等。齒輪在裝配過程中，因為箱體、軸等零件加工誤差、裝配不妥等原因也會使齒輪傳動精度惡化。上述原因引發(fā)齒輪在傳動過程中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)頻率振動和嚙合振動3.齒輪在使用過程中出現(xiàn)損傷引發(fā)振動磨損表面疲勞塑性變形斷裂氣蝕電蝕3.沖擊載荷引發(fā)自由衰減振動56典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第56頁二、齒輪故障振動診療１.齒輪損傷振動特征：嚙合時產(chǎn)生沖擊振動，并激發(fā)齒輪按其固有頻率振動，固有頻率振幅與其它振動成份相比是非常大，伴隨磨損發(fā)展，齒剛性表現(xiàn)出非線性特點，頻譜是存在ifr、fr

/i，……分頻成份。２.齒輪偏心振動特征：齒輪存在偏心時，齒輪每轉(zhuǎn)中壓力時大里小地改變，致使嚙合振動振幅受旋轉(zhuǎn)頻率調(diào)制，其頻譜包含fr、fm及邊頻帶fm±fr。３.齒輪回轉(zhuǎn)質(zhì)量不平衡振動特征：主要頻率成份和與正常情況基本相同，即頻譜包含fr、fm，但旋轉(zhuǎn)頻率振動振幅較正常情況大。4.齒輪局部缺點振動特征：齒輪嚙合過程中，將激發(fā)異常大沖擊振動，在振動波形上出現(xiàn)較大周期性脈沖幅值，即頻譜包含fr、及其高次諧波nfr。57典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第57頁振動特征：齒輪在每轉(zhuǎn)中速度將時快時慢改變，致使嚙合振動頻率受旋轉(zhuǎn)頻率調(diào)制，即頻譜包含fr、fm，及邊頻帶fm±nfr。５.齒距誤差振動特征：因嚙合頻率大于固有頻率，所以，齒輪只發(fā)生嚙合頻率成份振動，而不發(fā)生固有頻率振動。６.高速旋轉(zhuǎn)齒輪振動注意：實際譜線通常極難以單一頻率出現(xiàn)，而表現(xiàn)為一個連續(xù)頻段。故障現(xiàn)象極少以單一形式出現(xiàn)，而往往是各種故障綜合。58典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第58頁59典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第59頁齒輪正常1000r/min輕載下時域波形和功率譜齒輪裂紋1000r/min輕載下時域波形和功率譜齒輪磨損1000r/min輕載下時域波形和功率譜齒輪偏心1000r/min輕載下時域波形和功率譜60典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第60頁齒輪故障頻譜齒輪嚙合頻率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。伴隨齒輪故障發(fā)展，邊頻越來越豐富，幅值增加?？捎玫诡l譜作深入分析。OUBSISOL齒輪箱上輥下輥輸入軸嚙合頻率GMF上邊頻下邊頻2X61典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第61頁齒輪故障診療

1、正常2、磨損3、負(fù)載4、齒輪偏心和齒隙游移62典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第62頁故障診療

5、齒輪不對中6、齒斷、齒裂7、齒輪組合狀態(tài)問題63典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第63頁齒輪故障診療

8、齒擺動故障64典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第64頁(一）疲勞剝落

1、原因：在滾動軸承中，滾道和滾動體表面既承受載荷又相對滾動，因為交變載荷作用，首先在表面下一定深處(最大剪應(yīng)力)形成裂紋，繼而擴(kuò)展到接觸表面，使表面發(fā)生剝落坑，最終發(fā)展到大片剝落，到疲勞剝落。2、后果：疲勞會造成運(yùn)載時沖擊載荷、振動和噪聲。在正常工作條件下，疲勞剝落是滾動軸承失效主要原因。所以，普通所說軸承壽命就是指軸承疲勞壽命。軸承壽命試驗就是疲勞試驗。（二）磨損1、原因：(1)滾道和滾動體相對運(yùn)動及異物侵入了引發(fā)表面磨損(2)潤滑不良會使磨損加劇2、后果：(1)軸承游隙增大(2)表面粗糙度增加(3)運(yùn)轉(zhuǎn)精度降低(4)振動、噪聲增大§3-4-2軸承故障診療一、滾動軸承故障類型65典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第65頁（三）塑性變形（壓痕）1、原因：(1)工作載荷過重時，軸承受到過大沖擊載荷或靜載荷(2)因熱變形引發(fā)額外載荷(3)硬度很高異物侵入都會形成表面壓痕或劃痕2、后果：(1)引發(fā)運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生猛烈振動和噪聲(2)壓痕引發(fā)沖擊載荷深入引發(fā)附近表面剝落（四）腐蝕1、原因：(1)潤滑油、水份、濕氣化學(xué)腐蝕(2)電腐蝕、軸承表面有電經(jīng)過時，使表面產(chǎn)生點蝕(3)微振腐蝕、套圈與孔或內(nèi)圈與軸有微小相對運(yùn)動時產(chǎn)生銹蝕2、后果：表面出現(xiàn)麻點、凹坑、銹斑等（五）斷裂原因：(1)載荷過大引發(fā)軸承零件破裂(2)磨削、熱處理，裝配引發(fā)殘余應(yīng)力(3)工作時熱壓力過大(4)裝配不妥（六）膠合膠合即：一個表面上金屬粘附到另一個表面上現(xiàn)象原因：潤滑不良、高速重載下摩擦發(fā)燒在短時間內(nèi)到達(dá)很高溫度、造成表面燒傷及膠合66典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第66頁（七）保持架損壞原因：裝配不妥引發(fā)保持架發(fā)生變形，增加保持架上滾動體之間摩擦或滾動體卡死，或保持架與內(nèi)外圈發(fā)生摩擦二、滾動軸承振動信號特征缺點部位普通公式 外圈靜止、內(nèi)圈運(yùn)動內(nèi)圈靜止、外圈運(yùn)動滾動體缺點外圈（內(nèi)滾道）缺點內(nèi)圈（外滾道）缺點（一）低頻段旋轉(zhuǎn)頻率67典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第67頁D—節(jié)圓直徑d—滾珠直徑—接觸角z—滾珠數(shù)R—軸轉(zhuǎn)速頻率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)68典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第68頁（二）低頻段固有振動頻率

當(dāng)軸承結(jié)構(gòu)不適當(dāng)或有缺點時，外部振源激發(fā)各元件以其固有頻率振動固有頻率與材料、外形、質(zhì)量相關(guān)，與振動及軸回轉(zhuǎn)頻率無關(guān)。1、內(nèi)外圈固有頻率

式中：

——彈性模量，鋼材為210

——變形波數(shù)，＝2，3，…

——套圈橫截面慣性矩，——套圈橫截面面積，，b軸承寬，h套圈厚

——套圈橫截中性軸直徑，mm

69典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第69頁例：6205軸承內(nèi)圈彎曲固有頻率為k＝2345f(kHz)=3.9411.1431.3634.542、鋼球固有頻率：R——鋼球半徑（三）滾動軸承有異常時振動特征(1)軸承元件受力變形引發(fā)振動：主要頻率成份為：(2)旋轉(zhuǎn)軸彎曲時引發(fā)振動：主要頻率成份為：(3)滾動體直徑不一致引發(fā)振動軸承元件受力變形引發(fā)振動：主要頻率成份為：1.由滾動軸承結(jié)構(gòu)引發(fā)振動2.由滾動軸承非線性引發(fā)振動主要頻率成份為：注意:振動常發(fā)生在深槽球軸承中,在自動調(diào)心滾動軸承上不常發(fā)生70典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第70頁滾動軸承軸向剛度呈非線性，尤其是當(dāng)潤滑不良時，易產(chǎn)生異常軸向振動。剛度曲線呈對稱非線性時：振動頻率nfr；剛度曲線呈非對稱非線性時：振動頻率3.精加工波紋引發(fā)振動波紋位置波紋凸起數(shù)振動頻率內(nèi)圈nz±1nf0±fr外圈nz±1nfc振動體2n2n±fc71典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第71頁3.滾動軸承損傷(缺點)引發(fā)振動當(dāng)滾動軸承內(nèi)圈出現(xiàn)嚴(yán)重磨損等情況時，軸承會出現(xiàn)偏心現(xiàn)象，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，軸心（內(nèi)圈中心）便會繞外圈中心擺動，如圖4示，此時振動頻率為nfr(1)軸承嚴(yán)重磨損引發(fā)偏心時振動(2)軸承內(nèi)圈損傷軸承內(nèi)滾道產(chǎn)生損傷時，如：剝落、裂紋、點蝕等（如圖1所表示），若滾動軸無徑向間隙時，會產(chǎn)生頻率為nZf0（n＝1，2,…）沖擊振動。通常滾動軸承都有徑向間隙，且為單邊載荷，依據(jù)點蝕部分與滾動體發(fā)生沖擊接觸位置不一樣，振動振幅大小會發(fā)生周期性改變，即發(fā)生振幅調(diào)制。若以軸旋轉(zhuǎn)頻率fr進(jìn)行振幅調(diào)制，這時振動頻率為nfo士fr（n＝1，2…）；若以滾動體公轉(zhuǎn)頻率（即保持架旋轉(zhuǎn)頻率）fc進(jìn)行振幅調(diào)制，這時振動頻率為nfo±fc（n＝1，2，…）。72典型零部件故障的振動診斷專訓(xùn)第72頁(3)軸承外圈損傷