大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)檢測與故障診斷講義

大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)檢測與故障診斷講義

沈立智

阿爾斯通創(chuàng)為實(shí)技術(shù)進(jìn)展（深圳）有限公司

2006年12月

目錄

第一節(jié)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的基本知識...............................4

一、狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的意義........................................4

二、大機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷常用的方法..................................4

1.振動分析法...............................................................4

2.油液分析法...............................................................5

3.軸位移的監(jiān)測.............................................................5

4.軸承回油溫度及瓦塊溫度的監(jiān)測.............................................5

5.綜合分析法...............................................................6

三、有關(guān)振動的常用術(shù)語..................................................6

1.機(jī)械振動.................................................................6

2.渦動、進(jìn)動、正進(jìn)動、反進(jìn)動...............................................6

3.振幅.....................................................................7

3.1振幅.....................................................................7

3.2峰峰值、單峰值、有效值...................................................7

3.3振動位移、振動速度、振動加速度...........................................7

3.4振動烈度、振動標(biāo)準(zhǔn).......................................................8

4.頻率.....................................................................9

4.1頻率、周期...............................................................9

4.2倍頻、一倍頻、二倍頻、0.5倍頻、工頻、基頻、半頻.........................9

4.3通頻振動、選頻振動......................................................10

4.4故障特征頻率............................................................10

5.相位....................................................................12

5.1相位、相位差............................................................12

5.2鍵相器..................................................................13

5.3絕對相位................................................................13

5.4同相振動、反相振動......................................................14

5.5相位的應(yīng)用..............................................................14

6.相對軸振動、絕對軸振動、軸承座振動......................................16

7.橫向振動、軸向振動、扭轉(zhuǎn)振動............................................16

8.剛性轉(zhuǎn)子、撓性轉(zhuǎn)子、圓柱形振動、圓錐形振動、弓狀回轉(zhuǎn)....................17

9.剛度、阻尼、臨界阻尼....................................................17

10.臨界轉(zhuǎn)速...............................................................18

11.撓度、彈性線、主振型、軸振型...........................................18

12.高點(diǎn)、重點(diǎn).............................................................19

13.機(jī)械偏差、電氣偏差、晃度...............................................20

14.諧波、次諧波...........................................................20

15.同步振動、異步振動、亞異步振動、超異步振動.............................20

16.共振、高次諧波共振、次諧波共振.........................................21

17.簡諧振動、周期振動、準(zhǔn)周期振動、瞬態(tài)振動、沖擊振動、隨機(jī)振動...........21

18.自由振動、受迫振動、自激振動、參變振動.................................22

19.旋轉(zhuǎn)失速、喘振.........................................................23

20.半速渦動、油膜振蕩.....................................................24

第二節(jié)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的基本圖譜..............................26

一、常規(guī)圖譜...........................................................26

1.機(jī)組總貌圖..............................................................26

2.單值棒圖................................................................26

3.多值棒圖................................................................27

4.波形圖..................................................................28

5.頻譜圖..................................................................31

6.軸心軌跡圖..............................................................31

7.振動趨勢圖..............................................................33

8.過程振動趨勢圖..........................................................36

9.極坐標(biāo)圖................................................................36

10.軸心位置圖.............................................................37

11.全息譜圖...............................................................37

二、啟停機(jī)圖譜.........................................................38

1.轉(zhuǎn)速時(shí)間圖..............................................................38

2.波德圖..................................................................39

3.奈奎斯特圖..............................................................41

4.頻譜瀑布圖..............................................................42

5.級聯(lián)圖..................................................................43

第三節(jié)故障診斷的具體方法及步驟..................................44

一、故障真?zhèn)蔚脑\斷.....................................................44

1.首先應(yīng)查詢故障發(fā)生時(shí)生產(chǎn)工藝系統(tǒng)有無大的波動或者調(diào)整....................44

2.其次應(yīng)查看儀表、要緊是探頭的間隙電壓是否真實(shí)可信.......................46

3.應(yīng)查看有關(guān)的運(yùn)行參數(shù)有無相應(yīng)的變化......................................48

4.應(yīng)察看現(xiàn)場有無人可直接感受到的特殊現(xiàn)象..................................49

二、故障類型的診斷.....................................................51

1.振動故障類型的診斷......................................................51

1.1要緊特殊振動分量頻率的查找步躲及方法...................................52

a）先看棒圖或者多值棒圖.....................................................52

b）依次調(diào)看振動趨勢圖.......................................................53

c）最后看頻譜圖.............................................................53

1.2根據(jù)特殊振動分量的頻率進(jìn)行振動類型診斷..................................54

a）要緊特殊振動分量為工頻時(shí)..................................................54

b）要緊特殊振動分量為低頻時(shí)..................................................56

c）要緊特殊振動分量為二倍頻時(shí)...............................................58

d）要緊特殊振動分量為其它頻率時(shí).............................................59

2.軸位移故障原因的診斷....................................................60

三、故障程度的評估....................................................61

四、故障部位的診斷....................................................63

五、故障趨勢的預(yù)測....................................................64

第一節(jié)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的基本知識

一、狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的意義

狀態(tài)監(jiān)測是指通過一定的途徑熟悉與掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，包含利用監(jiān)測與

分析儀表（定時(shí)的或者非定時(shí)的、在線的或者離線的），使用各類檢測、監(jiān)視、

分析與判別方法，結(jié)合設(shè)備的歷史與現(xiàn)狀，對設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)作出評估（屬

于正常、還是特殊），對特殊狀態(tài)及時(shí)作出報(bào)警，并為進(jìn)一步進(jìn)行故障分析、性

能評估等提供信息與數(shù)據(jù)。

故障是指機(jī)械設(shè)備喪失了原先所規(guī)定的性能或者狀態(tài)。通常把機(jī)械設(shè)備在運(yùn)

行中所發(fā)生的狀態(tài)特殊、缺陷、性能惡化、與事故前期的狀態(tài)統(tǒng)統(tǒng)稱之故障，有

的時(shí)候也把事故直接歸為故障。

而大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械機(jī)組的故障診斷，則是根據(jù)對大機(jī)組進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測所獲得的

信息，結(jié)合機(jī)組的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)行狀況，對有可能發(fā)生的故障進(jìn)行分

析、預(yù)報(bào)，對已經(jīng)或者正在發(fā)生的故障進(jìn)行分析、推斷，以確定故障的性質(zhì)、類

別、程度、部位及趨勢，對保護(hù)機(jī)組的正常運(yùn)行與合理檢修提供正確的技術(shù)支持。

大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械由于功率大、轉(zhuǎn)速高、流量大、壓力高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、監(jiān)控儀表

繁多、運(yùn)行及檢修要求高，因此在設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢修、運(yùn)行等諸多環(huán)節(jié)上

稍有不當(dāng)，都會造成機(jī)組在運(yùn)行時(shí)發(fā)生種種故障。大型機(jī)組本身價(jià)格昂貴，其故

障停機(jī)又會引起整個生產(chǎn)裝置的全面停產(chǎn)，會給企業(yè)、社會、國家造成巨大的經(jīng)

濟(jì)缺失。因此，認(rèn)真做好大機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷工作，對避免惡性事故的

發(fā)生、降低故障停機(jī)次數(shù)、縮短故障停機(jī)檢修時(shí)間、減少企業(yè)的經(jīng)濟(jì)缺失是十分

有益的。

二、大機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷常用的方法

1.振動分析法

振動分析法是大機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷所使用的要緊方法。

振動分析法是對設(shè)備所產(chǎn)生的機(jī)械振動（對大機(jī)組來說，要緊是是轉(zhuǎn)子相關(guān)

于軸承的振動）進(jìn)行信號采集、數(shù)據(jù)處理后，根據(jù)振幅、頻率、相位及有關(guān)圖譜

所進(jìn)行的故障分析。

一方面，由于在大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的所有故障中，振動故障出現(xiàn)的概率最高；另

一方面，振動信號包含了豐富的機(jī)械及運(yùn)行的狀態(tài)信息，它既包含了轉(zhuǎn)子、軸承、

聯(lián)軸器、基礎(chǔ)、管線等機(jī)械零部件運(yùn)行中自身狀態(tài)的信息，又包含了諸如轉(zhuǎn)速、

流量、進(jìn)出口壓力與溫度、油溫等影響運(yùn)行狀態(tài)的信息；第三，振動信號易于拾

取，便于在不影響機(jī)組運(yùn)行的情況下實(shí)行在線監(jiān)測與診斷。因此，振動分析法是

旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中運(yùn)用最廣泛、最有效的方法，同時(shí)也是大機(jī)組故障診斷的要

緊方法。使用振動分析法，能夠?qū)πD(zhuǎn)機(jī)械大部分的故障類型進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷，

如轉(zhuǎn)子動不平衡問題、轉(zhuǎn)子彎曲、軸承工作不良、油膜渦動及油膜振蕩、轉(zhuǎn)子熱

不對中、動靜件摩擦、旋轉(zhuǎn)失速及喘振、轉(zhuǎn)軸的橫向裂紋、機(jī)械松動、結(jié)構(gòu)共振

等等。

2.油液分析法

油液分析法是對潤滑油本身與油中微小顆粒所進(jìn)行的理化分析，也是大機(jī)組

狀態(tài)檢測與故障診斷中的一個重要方法。

油液分析法要緊分為兩大類，一類是潤滑油油液本身的常規(guī)理化分析，另一

類是對油中所含有的微小顆粒所進(jìn)行的鐵譜分析、光譜分析、顆粒計(jì)數(shù)等。

通過對潤滑油油液的粘度、閃點(diǎn)、酸值、破乳化度、水分、機(jī)械雜質(zhì)、液相

銹蝕試驗(yàn)、抗氧化安全性等各類要緊性能指標(biāo)的檢驗(yàn)分析，能夠準(zhǔn)確地掌握潤滑

油本身的性能信息，也能夠大概地熟悉到機(jī)組軸承、密封的工作狀況。

通過對對油液中不溶物質(zhì)、要緊是微小固體顆粒所進(jìn)行的鐵譜分析、光譜分

析，不僅能夠定性、而且能夠定量地測定顆粒的構(gòu)成元素及濃度，特別是通過鐵

譜顯微鏡或者光譜顯微鏡等手段還能夠觀察到微小顆粒的形貌、尺寸及其分布，

從而能夠?qū)δp狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)的分析與診斷。即，根據(jù)元素及濃度來推斷哪個零

部件（如軸頸、軸承、油封、浮環(huán)、機(jī)械密封、齒輪、齒式聯(lián)軸器等）發(fā)生了非

正常磨損，根據(jù)濃度、特別是顆粒的形貌、尺寸來推斷其當(dāng)前的磨損程度。

3.軸位移的監(jiān)測

在某些非正常的工況下，大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子會因軸向力過大而產(chǎn)生較大的

軸向位移，嚴(yán)重時(shí)會引起推力軸承磨損，繼而發(fā)生轉(zhuǎn)子（如葉輪）端面與隔板或

者缸體摩擦碰撞；汽輪機(jī)在啟動與停車過程中，會因轉(zhuǎn)子與缸體受熱與冷卻不均

而產(chǎn)生差脹，嚴(yán)重時(shí)會發(fā)生軸向動靜摩擦。盡管轉(zhuǎn)子軸位移故障的概率不是很高,

但也常有發(fā)生，特別是一旦發(fā)生后對設(shè)備造成的損壞往往是災(zāi)難性的。因此，對

軸位移進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷很有必要。

4.軸承回油溫度及瓦塊溫度的監(jiān)測

檢修或者運(yùn)行中的操作不當(dāng)都會造成軸承工作不良，從而引起軸承回油溫度

及瓦塊溫度升高，嚴(yán)重時(shí)會造成燒瓦，因此對軸承回油溫度、瓦塊溫度進(jìn)行監(jiān)測

非常必要。API（美國石油協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定，軸承進(jìn)出口潤滑油的正常溫升應(yīng)

小于28C,軸承出口處的最高油溫應(yīng)小于76（原為82）℃。另外，用粕電阻在距

軸承合金1mm處測量瓦塊溫度時(shí)，通常不應(yīng)超過110?115℃。由于溫度的反映

往往滯后，具體的測量方法及測量位置等又各不相同，因此應(yīng)具體情況具體分析。

5.綜合分析法

在進(jìn)行實(shí)際的大機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷時(shí)，往往是將以上各類方法連同工

藝及運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測與分析一起進(jìn)行綜合分析的。

三、有關(guān)振動的常用術(shù)語

1.機(jī)械振動

物體相關(guān)于平衡位置所作的的往復(fù)運(yùn)動稱之機(jī)械振動。簡稱振動。

比如，機(jī)器箱體的顫動、管線的抖動、葉片的擺動等都屬于機(jī)械振動。

振動用基本參數(shù)、即所謂的“振動三要素”一振幅、頻率、相位加以描述。

2.渦動、進(jìn)動、正進(jìn)動、反進(jìn)動

轉(zhuǎn)動物體相關(guān)于平衡位置所作的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動稱之渦動。

物體渦動時(shí)，是在繞著自身對稱軸旋轉(zhuǎn)（自轉(zhuǎn)）的同時(shí)，對稱軸又進(jìn)一步在

繞著某一平衡位置旋轉(zhuǎn)（公轉(zhuǎn)），因此渦動又稱之進(jìn)動。

比如，水中的漩渦、玩具陀螺、轉(zhuǎn)子的運(yùn)動等都屬于渦動。

旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子的實(shí)際運(yùn)動狀態(tài)是，在以角速度3（即轉(zhuǎn)速n）繞著自身軸線

ACB旋轉(zhuǎn)（自轉(zhuǎn)）的同時(shí)，整個軸線又以角速度Q繞著兩軸承中心連線AOB在

做圓周運(yùn)動（公轉(zhuǎn)）。轉(zhuǎn)子實(shí)際上是做旋轉(zhuǎn)狀的渦動，并不是往復(fù)狀的機(jī)械振動。

由于這種渦動在徑向上所測得的振幅、頻率、相位在數(shù)值上與機(jī)械振動相同，因

此能夠沿用機(jī)械

振動的許多成熟

的理論、方法，因

此旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子

的渦動通常仍然

稱作振動。但是，

在研究大機(jī)組轉(zhuǎn)

子的振動時(shí)，不應(yīng)該不記得轉(zhuǎn)子的振動實(shí)際上是渦動的這一基本特點(diǎn)。

正進(jìn)動是指渦動方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同的渦動。

反進(jìn)動是指渦動方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的渦動。

由于轉(zhuǎn)子的實(shí)際振動是渦動，其渦動軌跡通常為不規(guī)整的橢圓，因此需要配

置兩個相互垂直的探頭才能較為準(zhǔn)確地測出轉(zhuǎn)子真實(shí)的振動。

3.振幅

3.1振幅

振幅是物體動態(tài)運(yùn)動或者振動的幅度。

振幅是振動強(qiáng)度與能量水平的標(biāo)志，是評判機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)優(yōu)劣的要緊指標(biāo)。

3.2峰峰值、單峰值、有效值

振幅的量值能夠表示為峰峰值（pp）、單峰值（p）、有效值（rms）或者平均

值（ap）0

峰峰值是

整個振動

歷程的最

大值，即

正峰與負(fù)

峰之間的

差值；單

峰值是正

峰或者負(fù)

峰的最大值；有效值即均方根值。只有在純正弦波（如簡諧振動）的情況下，單峰

值等于峰峰值的1/2,有效值等于單峰值的0.707倍，平均值等于單峰值的0.637

倍；平均值在振動測量中很少使用。

它們之間的換算關(guān)系是：峰峰值=2X單峰值=2X2"2義有效值

3.3振動位移、振動速度、振動加速度

振幅分別使用振動的位移、速度或者加速度值加以描述、度量，三者能夠通

過微分或者積分進(jìn)行換算。在振動測量中，除特別注明外，振動位移的量值為峰

峰值，單位是微米Wm］或者密耳［mil］；振動速度的量值為有效值，單位是毫米/

秒［mm/s］或者英寸/秒［ips］；振動加速度的量值是單峰值，單位是重力加速度［g］。

能夠認(rèn)為,振動位移具體地反映了間隙的大小，振動速度反映了能量的大小，

振動加速度反映了沖擊力的大小。也能夠認(rèn)為，在低頻范圍內(nèi)，振動強(qiáng)度與位移

成正比；在中頻范圍內(nèi)，振動強(qiáng)度與速度成正比；在高頻范圍內(nèi)，振動強(qiáng)度與加

速度成正比。

正是由于上述原因，在工廠的實(shí)際應(yīng)用中，在通常情況下，大機(jī)組轉(zhuǎn)子的振

動用振動位移的峰峰值表示，用裝在軸承上的非接觸式電渦流位移傳感器來

測量轉(zhuǎn)子軸頸的振動；大機(jī)組軸承箱及缸體、中小型機(jī)泵的振動用振動速度的有

效值［mm/s］表示，用裝在機(jī)器殼體上的磁電式速度傳感器或者壓電式加速度傳感

器來測量；齒輪的振動用振動加速度的單峰值加］表示，用加速度傳感器來測量。

3.4振動烈度、振動標(biāo)準(zhǔn)

振動烈度是振動標(biāo)準(zhǔn)中的通用術(shù)語?，是描述一臺機(jī)器振動狀態(tài)的特征量（大

機(jī)組不完全如此）。能夠認(rèn)為，振動烈度就是振動速度的有效值。在國際及我國

振動標(biāo)準(zhǔn)中，幾乎都規(guī)定用振動速度的有效值來作為振動烈度的度量值。止匕外，

還要求在靠近軸承位置處的水平、垂直、軸向三個方向上進(jìn)行測量。因此，對通

常的轉(zhuǎn)動設(shè)備進(jìn)行振動監(jiān)測時(shí)，應(yīng)測量振動速度的有效值。由于只有振動烈度才

有振動標(biāo)準(zhǔn)能夠參照，評定機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的優(yōu)劣才能有據(jù)可依。

右圖為中

振動烈度評定等級表

石化旋轉(zhuǎn)機(jī)械（中石化SHS01003—2004標(biāo)準(zhǔn)）

振動烈度的范圍振動烈度更院等級

振動標(biāo)準(zhǔn)SHS分級范圍在該范圍極限上的速

IIIIIIIV

01003-2004關(guān)［mm/s］度均方根值［nWs］

0.28

于機(jī)器振動烈0.450.28A

A

0.710.45A

度的評定等級A

1.120.71

1.12B

表。我國及國1.8

1.3B

2.8

際其它振動標(biāo)32.o0CB

4.5ASCB

7.1

準(zhǔn)關(guān)于機(jī)器振7r.1DC

11.2

112DC

動烈度的評定18

12D

28

等級也大致如28D

4545

此。其中，根71

據(jù)輸出功率、①I、II、III、IV為機(jī)器分類；

機(jī)器一支承系②A區(qū)一一新交付使用的機(jī)器應(yīng)達(dá)到的狀態(tài)或優(yōu)良狀態(tài)；

B區(qū)一一機(jī)器可以長期運(yùn)行或合格狀態(tài)

統(tǒng)的剛性等將C區(qū)一一機(jī)器尚可短期運(yùn)行但必須采取相應(yīng)補(bǔ)就措施，或不合格狀態(tài)；

D區(qū)---不允許狀態(tài)。

旋轉(zhuǎn)機(jī)械分為

如下4類：

I?小型轉(zhuǎn)機(jī)，如15kW下列的電機(jī)；

II?安裝在剛性基礎(chǔ)上的中型轉(zhuǎn)機(jī)，功率在300kW下列;

HI?大型轉(zhuǎn)機(jī)，機(jī)器一支承系統(tǒng)為剛性支承狀態(tài)；

IV?大型轉(zhuǎn)機(jī)，機(jī)器一支承系統(tǒng)為撓性支承狀態(tài)。

當(dāng)支座的固有頻率大于轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，機(jī)器一支承系統(tǒng)為剛性

支承狀態(tài)；當(dāng)支座的固有頻率小于轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，機(jī)器一支承系統(tǒng)

為撓性支承狀態(tài)。

對大型旋轉(zhuǎn)機(jī)組轉(zhuǎn)子振動的評定標(biāo)準(zhǔn)，我國及國際振動標(biāo)準(zhǔn)幾乎都規(guī)定用在

靠近軸承處軸頸振動位移的峰峰值進(jìn)行度量，但評定標(biāo)準(zhǔn)的具體數(shù)值不夠統(tǒng)一。

對石油化工用離心式壓縮機(jī)及汽輪機(jī)，API617、API612標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在制造廠進(jìn)

行機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)，轉(zhuǎn)子振動位移的峰峰值不應(yīng)超過A值或者25.%im中的較小

值，A=25.4（12000/n）山，n為最大連續(xù)工作轉(zhuǎn)速。對石化大機(jī)組，轉(zhuǎn)子實(shí)際運(yùn)

行中振幅的許可值應(yīng)該遵照制造商的規(guī)定。在無制造商規(guī)定時(shí)，也能夠認(rèn)為：

小于A值時(shí)為優(yōu)良狀態(tài)，A為25.4（12000/n）1/2或者25.4pm中的較小值;

大于A值、小于B值時(shí)為合格狀態(tài)，B=（1.6?2.5）A,轉(zhuǎn)速較低時(shí)取大值，

轉(zhuǎn)速高時(shí)取小值，B值可設(shè)為低報(bào)警值；

大于B值、小于C值時(shí)為不合格狀態(tài)，C=1.5B,C為高報(bào)警值或者連鎖

值；大于C值為不同意狀態(tài)。

另外，當(dāng)振動值變化的增量超過報(bào)警值（B值）的25%時(shí)，應(yīng)受到關(guān)注。

4.頻率

4.1頻率、周期

頻率f是物體每秒鐘內(nèi)振動循環(huán)的次數(shù)，單位是赫茲[Hz]o

頻率是振動特性的標(biāo)志，是分析振動原因的重要根據(jù)。

周期T是物體完成一個振動過程所需要的時(shí)間，單位是秒[s]。比如一個

單擺，它的周期就是重錘從左運(yùn)動到右，再從右運(yùn)動回左邊起點(diǎn)所需要的時(shí)間。

頻率與周期互為倒數(shù)，f=l/T。

對旋轉(zhuǎn)機(jī)械來說，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周就是完成了一個振動過程，為一個周期，

或者者說振動循環(huán)變化了一次。因此轉(zhuǎn)速n、角速度3都能夠看作頻率，稱之旋

轉(zhuǎn)頻率、轉(zhuǎn)速頻率、圓頻率，或者n、3、f不分，都直接簡稱之頻率，換算關(guān)

系為：f=n/60,3=2加/60,其中轉(zhuǎn)速n為轉(zhuǎn)/分鐘[r/min],角速度3為弧度/秒

[rad/s]o

4.2倍頻、一倍頻、二倍頻、0.5倍頻、工頻、基頻、半頻

振動頻率也能夠用轉(zhuǎn)速頻率的倍數(shù)來表示。

倍頻就是用轉(zhuǎn)速頻率的倍數(shù)來表示的振動頻率。

假如振動頻率為機(jī)器實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速頻率的一倍、二倍、三倍、…、0.5倍、

0.43倍、…時(shí)，即稱之一倍頻（習(xí)慣上又稱之IX,或者1義）、二倍頻（2X、2

義）、三倍頻（3X、3X）、…、0.5倍頻（0.5X、0.5X）、0.43倍頻（0.43X、0.43

X）、…等。其中，一倍頻又稱之工頻或者基頻，0.5倍頻又稱之半頻。

如某一機(jī)器的實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速n為6000r/min時(shí)，

那么，轉(zhuǎn)速頻率=n/60=6000/60=100Hz,

其工頻為100Hz,二倍頻為200Hz,半頻為50Hzo

4.3通頻振動、選頻振動

通頻振動是原始的、未經(jīng)傅立葉級數(shù)變換分解處理的、由各頻率振動分量相

互迭加后的總振動。其振動

波形是復(fù)雜的波形。

選頻振動是從通頻振

動中所分解出來的、振動波

形是單一正弦波的、某一選

定頻率的振動（如工頻、0.5

倍頻、二倍頻、…）。

4.4故障特征頻率

各類不一致類型的故障所引起的振動都有各自的特征頻率。比如，轉(zhuǎn)子不平

衡的振動頻率是工頻，齒式聯(lián)軸器（帶中間齒套）不對中的振動頻率是二倍頻，

油膜渦動的振動頻率是0.5倍頻（實(shí)際上要小一點(diǎn)），等等。由各頻率成分的幅值

大小與分布情況，從中查找出發(fā)生了特殊變化的頻率，再聯(lián)系故障特征頻率探索

構(gòu)成振動激振力的來源，是判別振動故障類型通常使用的診斷方法。

但是反過來，某種振動頻率可能與多種類型的故障有關(guān)聯(lián)。比如，動不平衡

的特征頻率是工頻，但不能說工頻高就是發(fā)生了動不平衡，由于某些軸承及對中

不良等故障的振動頻率也是工頻。因此，頻率與振動故障的對應(yīng)關(guān)系并不是唯一

的。為了得到正確的診斷結(jié)論，需要對各類振動信息進(jìn)行綜合分析。

通常顯現(xiàn)的要緊故障特征頻率及相應(yīng)的故障類型，簡要介紹如下：

①工頻?幾乎在所有情況下都顯現(xiàn)、同時(shí)幅值最高，應(yīng)該在特殊增大的情

況下視為故障特征頻率。多數(shù)為各類形式的不平衡故障，如機(jī)械損傷脫落（斷葉

片、葉輪破裂等）、結(jié)垢、初始不平衡、軸彎曲等；有相當(dāng)數(shù)量（接近40%）為

各類形式的軸承故障，如間隙過大、軸承座剛度差異過大、軸頸與軸承偏心、合

金磨損等；止匕外，還有剛性聯(lián)軸器的角度（端面）不對中，支座、箱體、基礎(chǔ)的

松動、變形、裂縫等剛度差異引起的振動或者共振，運(yùn)行轉(zhuǎn)速接近臨界轉(zhuǎn)速等。

②二倍頻?幾乎在所有情況下都顯現(xiàn)、幅值基本低于工頻，常伴有呈遞減

狀的三倍頻、四倍頻、…，也應(yīng)該在特殊增大的情況下視為故障特征頻率。要緊

為熱態(tài)不對中故障，如齒式聯(lián)軸器（帶中間短接）與金屬撓性（膜盤、疊片）聯(lián)

軸器的不對中、剛性聯(lián)軸器的平行（徑向）不對中，由溫差產(chǎn)生的支座升降不均

勻及管道力引起的不對中等；止匕外，還有轉(zhuǎn)子剛度不對稱（如橫向裂紋），轉(zhuǎn)動

部件松動，軸承支承剛度在水平、垂直方向上相差過大等。

③低頻(低于工頻的頻率)?通常情況下不顯現(xiàn)或者者以微量幅值顯現(xiàn)(通

常不大于3gm),在大于3~5gm的情況下，就能夠視為故障特征頻率加以關(guān)注了。

低頻可進(jìn)一步分為兩種類型。一種是分?jǐn)?shù)諧波振動，頻率為轉(zhuǎn)速頻率的整分?jǐn)?shù)倍

數(shù)，如1/2倍頻、1/3倍頻、…，這多數(shù)與摩擦及松動故障有關(guān)，如密封、油封、

油擋的摩擦，軸承瓦背緊力不夠、瓦背接觸面積偏小等。另一種是亞異步振動，

頻率為轉(zhuǎn)速頻率的非整分?jǐn)?shù)倍數(shù)，相應(yīng)的故障有旋轉(zhuǎn)失速、油膜渦動、油膜振蕩、

密封流體激振，其中油膜振蕩、密封流體激振為自激振動，是一種很危險(xiǎn)、能量

很大的振動，通常發(fā)生在轉(zhuǎn)速高于第一臨界轉(zhuǎn)速之后，多數(shù)是在二倍第一臨界轉(zhuǎn)

速以上。

④轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。

⑤機(jī)器自身與基礎(chǔ)或者其它附著物的固有頻率。

⑥齒輪故障的特征頻率。

齒輪振動時(shí)的振幅及頻率存在幅值調(diào)制及頻率調(diào)制(齒輪周節(jié)誤差較大時(shí))。

齒輪特征頻率為：fm+nf,n為正整數(shù)(n=1,2,3,…)，

式中，fm?嚙合頻率，為載波頻率，f?轉(zhuǎn)速頻率，為調(diào)制頻率。

fm=f〔Zi=f?Z2

其中，fl、f2?主動輪、從動輪的轉(zhuǎn)速頻率，

Z1>Z2?主動輪、從動輪的齒數(shù)。

在頻譜圖上，是以fm為中心、以f為間隔，對稱分布于fm的兩側(cè)，兩側(cè)稱

之邊帶。

假如發(fā)生斷齒或者大的局部性缺陷，則頻譜圖上顯現(xiàn)為邊帶寬、幅值低、分

布較平坦；假如缺陷分布較均勻，則邊帶窄、幅值高。

⑦滾動軸承的故障特征頻率。

滾動體的通過頻率

關(guān)于滾動軸承來說，由于軸承游隙的存在，滾動體在通過載荷方向時(shí)受力最

大，反方向時(shí)最小或者無。因此，每個滾動體在通過載荷方向時(shí)就會發(fā)生一次力

的變化，內(nèi)圈及軸頸、外圈及軸承座也同時(shí)受到一次激勵，此激勵頻率稱之通過

頻率fe，fe=Zfc，其中，Z?滾動體個數(shù)，fc?保持架的旋轉(zhuǎn)頻率。

滾動軸承的間隔頻率

滾動軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了滾動軸承的外圈、內(nèi)圈、滾動體存在著下列的間

隔頻率：

外圈間隔頻率fefe=n/120[1-(d/Dm)COSa]Z

內(nèi)圈間隔頻率fifi=n/120[1+(d/Dm)cosa]z

滾動體間隔頻率f0fo=（n/60）（Dm/d）［1-（d2/Dm2）cos?a］

式中，n?軸的轉(zhuǎn)速，［r/min］；

d?滾動體直徑，［mm］；

Dm?滾動體中園直徑，［mm］；

a?接觸角，［角度］;

z?滾動體個數(shù)。

由于外圈是固定不動的，因此外圈的間隔頻率就是滾動體的通過頻率。

滾動軸承的特征頻率

右圖是外圈、內(nèi)圈、滾動體上

的缺陷所產(chǎn)生的波形。

波形圖顯示：外圈存在缺陷

時(shí)，周期為外圈間隔頻率的倒數(shù)

1/fe；內(nèi)圈存在缺陷時(shí)，周期為內(nèi)

圈間隔頻率的倒數(shù)1/fi，并出現(xiàn)了

對fi的幅值調(diào)制，調(diào)制頻率為滾動

體的公轉(zhuǎn)頻率（即保持架旋轉(zhuǎn)頻

率）fc或者轉(zhuǎn)速頻率f；滾動體存

在缺陷時(shí)，周期為滾動體間隔頻率

的倒數(shù)1/f。，調(diào)制頻率為fc。

因此，滾動軸承的特征頻率如

下，

外圈：nfe；

內(nèi)圈：nfi±fc（或者f）；

滾動體：2nf。土fc。n為正整數(shù)（n=1,2,3,…）

5.相位

5.1相位、相位差

相位是在給定時(shí)刻振動部件被測點(diǎn)相關(guān)于固定參考點(diǎn)所處的角位置，單位是

度［°］?

假如把轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間（即周期T）看成是360°,那么，被測點(diǎn)與固

定參考點(diǎn)之間的角度也就能夠看成轉(zhuǎn)過此角度的時(shí)間（相位XT/360）與空間方

向上的位置。這便是相位的奧妙之處

相位差是兩個振動之間在時(shí)間或者空間上的差異。

相位（差）是兩個振動在時(shí)間先后或者空間位置上相互差異關(guān)系的標(biāo)志，在

振動故障分析中有著非常重要的作用，在動平衡技術(shù)中更是必不可少。

5.2鍵相器

鍵相器是由探頭(如渦流式、光電式等)與軸上固定標(biāo)志(如鍵槽、凹孔、

反光板等)所構(gòu)成的

相位測量儀表。

當(dāng)軸上固定標(biāo)

志通過探頭時(shí)，鍵相

器便會觸發(fā)一個脈

沖信號，脈沖信號是

確定振動相位的基

準(zhǔn)，脈沖頻率與轉(zhuǎn)子

旋轉(zhuǎn)頻率完全同步。

5.3絕對相位

絕對相位是指

從鍵相器脈沖信號觸發(fā)到各選頻振動信號(如工頻、二倍頻、…，為正弦波)第

一個正峰值之間的角度。

絕對相位是具體測得的相位，是各選頻振動信號與軸上固定標(biāo)志之間的相位

差。絕對相位往往就簡稱相位，說“某頻率的振動相位為某某度”時(shí)指的就是絕

對相位。

假如沒有指明，相位角度增加的方向總是與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反。由相位探

頭的位置及轉(zhuǎn)子旋向，絕對相位還能給出最大振動具體的空間方向。

相對相位是兩個選頻振動信號波形最近的對應(yīng)點(diǎn)(如正峰與正峰)之間的角

度。相對相位往往也簡稱相位差，但兩者是有區(qū)別的，就“對應(yīng)點(diǎn)”而言，相對

相位強(qiáng)調(diào)“最近的”。

測出振動的相位后，算出相位差，關(guān)鍵把轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間看成是360°,

兩個振動矢量之間的相位差也就能夠看成了時(shí)間。如相位差分別為0°、45°、

90°、135°、180°、225°(-135°)、270°(-90°)、315°(-45°)、360°

(0°)時(shí)，則說明為旋轉(zhuǎn)0圈、1/8圈、1/4圈、3/8圈、1/2圈、5/8(3/8)圈、3/4(1/4)

圈、7/8(1/8)圈、1(0)圈所用的時(shí)間。這樣一來，通過相位，就能夠很具體地想像

到兩個振動矢量在時(shí)間與空間上的相互關(guān)系：

①相差的時(shí)間?時(shí)間差=相位差X周期/360,實(shí)際中很少算，重要的是由

相位差(角度)的大小想像兩者間隔時(shí)間的長短；

②誰先誰后?相位小的在先、稱超前，相位大的在后、稱滯后；

③空間位置?相位差就是空間方向差夾角的角度。

比如，某機(jī)器轉(zhuǎn)速n為6000r/min,假設(shè)測出下列幾組相位：

001V工頻、二倍頻的相位分別為45°、15°,（相位差30°）；

001V、001H的工頻相位分別為45°、135°,（相位差90°）；

001V.002V的工頻相位分別為45°、225°,（相位差180°）；

002V.003V的工頻相位分別為225°、222°,（相位差3°）；

004V,005V的工頻相位分別為2°、359°,（相位差357°或者3°）。

也能夠算出，工頻f=n/60=6000/60=100Hz,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間、即

工頻的周期T=l/f=1/100=0.01秒=10毫秒。

那么，各組振動矢量在時(shí)間與空間上的相互關(guān)系為：

001V工頻振動滯后二倍頻30°、1/12圈、0.83毫秒，方向夾角30°；

001V工頻振動超前001H工頻90°、1/4圈、2.5毫秒，相互垂直；

001V工頻振動超前002V工頻180°、1/2圈、5毫秒，方向相反；

002V工頻振動滯后003V工頻3°、1/120圈、0.08毫秒，時(shí)間差很小，幾

乎同時(shí)，方向夾角3°,幾乎同一方向；

004V工頻振動超前005V工頻357°（或者者更確切地說005V滯后3°）、

119/120圈（滯后1/120圈）、9.92毫秒（滯后0.08毫秒），超前時(shí)間很接近周期

T,因如今間差很小，幾乎同時(shí)，方向夾角357°（3°）,幾乎同一方向，而且

為水平方向（若鍵相探頭為水平安置時(shí)）。

5.4同相振動、反相振動

當(dāng)兩個振動的相位相同、即相位差為0°（或者360°）時(shí)，則稱此兩振動

為同相振動。

當(dāng)兩個振動的相位相反、即相位差為180°時(shí)，則稱此兩振動為反相振動。

同相振動、反相振動十分清晰地說明了兩個振動在時(shí)間與空間上的相同或者

相反的相互關(guān)系，因此常用來說明同一振動不一致測點(diǎn)之間、不一致部件之間的

這種相同或者相反的特殊關(guān)系。比如確定具體的振型、不對中類型等。

5.5相位的應(yīng)用

相位在振動領(lǐng)域有著許多重要的應(yīng)用，要緊用于比較不一致振動運(yùn)動之間的

關(guān)系，比較不一致部件的振動狀況，比較激振力與響應(yīng)之間的關(guān)系，確定不平衡

量的方位，等等，比如：

①比較同頻率振動在時(shí)間上的先后關(guān)系。

比如，在為簡諧振動的彈簧質(zhì)量塊系統(tǒng)中，當(dāng)質(zhì)量塊向上振動、通過0點(diǎn)時(shí),

位移為零，速度為正方向最大，加速度為零；在質(zhì)量塊由0向上的過程中，位移

為正、變大，速度為正、變小，加速度為負(fù)、變大；當(dāng)質(zhì)量塊振動到上限位置時(shí)，

位移為正方向最

大，速度為零，加

速度為負(fù)方向最

大；當(dāng)質(zhì)量塊向下

通過0點(diǎn)時(shí)，位移

為零，速度為負(fù)方

向最大，加速度為

零；當(dāng)質(zhì)量塊振動

到下限時(shí)，位移為負(fù)方向最大，速度為零，加速度為正方向最大。依此關(guān)系，可

畫出三者的振動波形圖，得到三者之間在相位上的下列關(guān)系：

簡諧振動中，振動速度超前振動位移90°,振動加速度超前振動速度90°，

振動加速度超前振動位移180°。

②比較激振力與響應(yīng)在空間上的相互關(guān)系。

比如，運(yùn)行轉(zhuǎn)速

小于臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)

子因不平衡質(zhì)量偏

心e產(chǎn)生的離心力、

即激振力Mew2,

與所引起的響應(yīng)、即

振動矢量y方向基

本相同。其中，慢轉(zhuǎn)

速(300~600r/min)

下激振力與響應(yīng)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速小于臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，運(yùn)行轉(zhuǎn)速大于臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，

相位完全相同；大于響應(yīng)y與激勵e方向基本相同。響應(yīng)y與激勵e方向相反.

慢轉(zhuǎn)速后，隨3增高，激振力Mea2增大，引起響應(yīng)y隨之變大并超過偏心e,

由y產(chǎn)生的離心力My3?也就比激振力Me3?大。離心力屬慣性力，離心力越

大、慣性就越大。響應(yīng)Mya2由于慣性大會跟不上激振力Me32的變化而滯后,

因此激振力與響應(yīng)之間有了相位差，而且相位差隨轉(zhuǎn)速增高而增大。在通過臨界

轉(zhuǎn)速時(shí)，兩矢量的相位差達(dá)90°,方向發(fā)生翻轉(zhuǎn)變化，如今振幅y達(dá)最大。大

于臨界轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)速越變越高，激振力與響應(yīng)之間的相位差越變越大，遠(yuǎn)離臨界

轉(zhuǎn)速后兩矢量相位差為180°,激振力與響應(yīng)方向完全相反。在此過程中，轉(zhuǎn)子

受到的離心合力逐步變小，振幅y逐步變小、趨近于偏心e,質(zhì)心G趨近于幾何

中心0,此即所謂撓性轉(zhuǎn)子的自動定心。

由于不平衡量與所引起的振動、即工頻振動之間的相位差會隨轉(zhuǎn)速而變，因

此工頻的相位是隨轉(zhuǎn)速而變的（遠(yuǎn)離臨界轉(zhuǎn)速時(shí)變化不明顯）。此外，轉(zhuǎn)子平衡

狀態(tài)改變時(shí)，質(zhì)心G的角位置必定產(chǎn)生變化，工頻的相位必定隨之改變。因此,

聯(lián)系轉(zhuǎn)速看工頻相位的變化是推斷動平衡故障的要緊方法。

③比較兩個部件之間相對運(yùn)動的方位。

如剛性聯(lián)軸器，平行（徑向）不對中時(shí)兩側(cè)軸承振動的相位差為180°,角

度（端面）不對中時(shí)兩側(cè)軸承振動的相位相同；帶中間短接的齒式聯(lián)軸器不對中

時(shí)兩側(cè)軸承振動的相位差為180°。

④確定轉(zhuǎn)子振型。

對剛性轉(zhuǎn)子，兩端軸承振動相位同相為圓柱形振動，反相為圓錐形振動。

對撓性轉(zhuǎn)子，兩端軸承振動相位同相為一階振型、三階振型、…，反相為二

階振型、四階振型、…。

⑤在轉(zhuǎn)子動平衡中更有著必不可少、十分重要的作用。

在大機(jī)組在線狀態(tài)檢測系統(tǒng)中，假如不設(shè)置鍵相器，就測不出相位，同時(shí)許

多有價(jià)值的振動分析圖譜將難以生成，經(jīng)專業(yè)技術(shù)處理后顯示的某些基本圖譜

（如頻譜圖）有的時(shí)候也會因一些客觀原因而存在瑕疵。另外，在機(jī)器存在兩個

或者兩個以上不一致轉(zhuǎn)速的軸系時(shí)，轉(zhuǎn)速不一致的軸系應(yīng)設(shè)置各自獨(dú)立的鍵相

器。

6.相對軸振動、絕對軸振動、軸承座振動

相對軸振動是指轉(zhuǎn)子軸頸相關(guān)于軸承座的振動，即通常所說的轉(zhuǎn)子的振動，

通常用非接觸式電渦流位移傳感器來測量。

絕對軸振動是指轉(zhuǎn)子相關(guān)于大地的振動，它可用接觸式傳感器或者用一個非

接觸式電渦流傳感器與一個慣性傳感器構(gòu)成的復(fù)合傳感器來測量。兩個傳感器所

測量的值進(jìn)行矢量相加就可得到轉(zhuǎn)子軸相關(guān)于大地的振動。

軸承座振動是指軸承座相關(guān)于大地的振動，它可用磁電式速度傳感器或者壓

電式加速度傳感器來測量。

在工廠的實(shí)際運(yùn)用中，對大機(jī)組的振動監(jiān)測絕大多數(shù)是在線的相對軸振動，

必要時(shí)輔之于在線的軸承座振動（如大型汽輪發(fā)電機(jī)組）或者離線的軸承座振動

（如機(jī)組發(fā)生特殊振動時(shí)）。

7.橫向振動、軸向振動、扭轉(zhuǎn)振動

轉(zhuǎn)子的振動從空間活動度上分，有橫向振動、軸向振動、扭轉(zhuǎn)振動。

橫向振動是指轉(zhuǎn)子在垂直于軸線方向上的渦動。在工廠，常稱之徑向振動。

軸向振動是指轉(zhuǎn)子在軸線方向上的往復(fù)振動。

扭轉(zhuǎn)振動是指轉(zhuǎn)子以軸線為轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)振動。簡稱扭轉(zhuǎn)。

對大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械來說，由于轉(zhuǎn)子在垂直于軸線方向上受到的干撓力最多（如

不平衡、軸承、不對中等），轉(zhuǎn)子的剛度又最薄弱，因此橫向振動發(fā)生最多、危

害最大。通常所說的轉(zhuǎn)子振動指的就是橫向振動。

8.剛性轉(zhuǎn)子、撓性轉(zhuǎn)子、圓柱形振動、圓錐形振動、弓狀回轉(zhuǎn)

工作轉(zhuǎn)速低于第一臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子稱之剛性轉(zhuǎn)子。

工作轉(zhuǎn)速高于第一臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子稱之撓性轉(zhuǎn)子。

為了保證大機(jī)組的安全運(yùn)行，通常要求工作轉(zhuǎn)速n離開臨界轉(zhuǎn)速一定的范

圍，通常為：

剛性轉(zhuǎn)子n<0.75nk）

撓性轉(zhuǎn)子1.3%vnv0.7nk,

橫向振動按振動時(shí)軸線的形狀分，又有圓柱形振動、圓錐形振動、弓狀回轉(zhuǎn)（彎

曲振動）。

關(guān)于剛性轉(zhuǎn)子，由于工作轉(zhuǎn)速較低，不平衡量所引起的離心力較小，旋轉(zhuǎn)狀

態(tài)下轉(zhuǎn)子軸線的彎曲變形量很小，軸線可視為直線。力不平衡（不平衡量集中分

布于某一相同方向）時(shí)，轉(zhuǎn)子重心線平行偏于軸線一側(cè)，軸線渦動的軌跡呈現(xiàn)出

圓柱形，這種振動稱之圓柱形振動；偶不平衡（不平衡量對稱分布于某一相反方

向）時(shí)，轉(zhuǎn)

子重心線與

軸線相交，

軸線渦動的

軌跡呈現(xiàn)出

圓錐形，這

種振動稱之圓錐形振動。圓柱形振動、圓錐形振動又稱之剛體型振動。

關(guān)于撓性轉(zhuǎn)子，由于不平衡不可能絕對消除，工作轉(zhuǎn)速較高，旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下?lián)?/p>

性轉(zhuǎn)子會在不平衡量所引起的離心力的作用下產(chǎn)生彎曲變形，軸線不再是直線，

而是呈弓狀彎曲的形狀，這種振動稱之彎曲振動。撓性轉(zhuǎn)子的渦動又被形象地稱

作弓狀回轉(zhuǎn)。

大機(jī)組轉(zhuǎn)子的振動大多數(shù)為弓狀回轉(zhuǎn)。

9.剛度、阻尼、臨界阻尼

使彈性體產(chǎn)生單位變形y所需的力F稱之剛度k,k=F/y。剛度反映了彈

性體抵抗變形的能力。機(jī)械件與壓力較高的液體（如油膜）與氣體都能夠視為彈

性體。旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子的剛度包含靜剛度與動剛度兩個部分，靜剛度決定于結(jié)構(gòu)、

材質(zhì)、尺寸，而動剛度既與靜剛度有關(guān)，也與支座剛度、連接剛度等有關(guān)。

假如將上式改寫成：y=F/k,

式中y?測點(diǎn)的振幅值；F?作用在測點(diǎn)上的擾動力；k?測點(diǎn)處的動剛度。

此公式對故障診斷有很好的指導(dǎo)作用。公式說明，在線性系統(tǒng)中，測點(diǎn)呈現(xiàn)

出的振幅值與作用在該點(diǎn)上的擾動力成正比，與該點(diǎn)的動剛度成反比。也就是說,

在機(jī)組振幅值增高時(shí)，既要從激發(fā)振動的擾動力方面去查找故障原因，也要從機(jī)

組自身的剛度上、如轉(zhuǎn)子剛度、軸承剛度、支座剛度、基礎(chǔ)剛度、聯(lián)軸器等方面

去查找故障原因。

阻尼是指振動系統(tǒng)中所存在的各類阻礙運(yùn)動的阻力。阻尼在阻礙振動的過程

中存在著能量轉(zhuǎn)換（從機(jī)械能轉(zhuǎn)換成另一種能量形式，通常是熱能），這種能量

轉(zhuǎn)換汲取、消化了振動能量，對振動起到了衰減與抑制作用。轉(zhuǎn)子振動系統(tǒng)的阻

尼要緊來自于軸承阻尼，另外還有介質(zhì)阻尼、材料內(nèi)部阻尼。

臨界阻尼是指系統(tǒng)能回到平衡位置而不發(fā)生振蕩所要求的最小阻尼。

10.臨界轉(zhuǎn)速

臨界轉(zhuǎn)速就是轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)本身的固有頻率。

臨界轉(zhuǎn)速完全是由轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)本身的固有特性（剛度、質(zhì)量等）所決定的,

與外界條件（如不平衡力、介質(zhì)負(fù)荷等）無關(guān)。固有特性即結(jié)構(gòu)特性，要緊有轉(zhuǎn)

子的質(zhì)量、材質(zhì)、軸徑、長度、集中質(zhì)量大小及分布、支座跨度與支座的剛度、

阻尼、質(zhì)量等。臨界轉(zhuǎn)速有計(jì)算值（轉(zhuǎn)子無阻尼的自振頻率）與現(xiàn)場實(shí)際值（轉(zhuǎn)

子有阻尼時(shí)的共振頻率），由于轉(zhuǎn)子阻尼相對很小、與計(jì)算機(jī)與計(jì)算方法水平的

提高，如今此二值相差很小。與物體的固有頻率一樣，臨界轉(zhuǎn)速也有若干階，如

一階（第一臨界轉(zhuǎn)速）、二階、…、n階。

11.撓度、彈性線、主振型、軸振型

撓度是指轉(zhuǎn)子軸線的橫向彎曲變形值?；蛘叻Q之轉(zhuǎn)子撓曲。

轉(zhuǎn)子的撓度又分為靜撓度與動撓度。靜撓度是指在靜止?fàn)顟B(tài)下轉(zhuǎn)子因重力或

者其它載荷而產(chǎn)生的彎曲變形值，沿轉(zhuǎn)子軸線不一致的點(diǎn)，靜撓度值不一致；動

撓度是指在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下轉(zhuǎn)子因不平衡力矩或者其它交變載荷而產(chǎn)生的彎曲變形

值，同樣因不平衡力矩所處位置及大小的不一致,動撓度值也會是完全不一致的；

轉(zhuǎn)子動撓曲又分同步撓曲與異步撓曲兩種，這兩種撓曲將直接迭加到轉(zhuǎn)軸振動

±0轉(zhuǎn)子的動撓曲變形既能夠是平面的，也能夠是空間的。

彈性線是指振動時(shí)轉(zhuǎn)子軸線的形狀。

主振型是在臨界轉(zhuǎn)速下振動時(shí)的彈性線。

對撓性轉(zhuǎn)子來說，在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子受到由質(zhì)量偏心而產(chǎn)生的離心力

的作用，軸線被拉彎，并非是直線，因此彈性線為弓狀彎曲的形狀。

與臨界轉(zhuǎn)速一樣，主振型同樣由轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)本身固有的結(jié)構(gòu)特性所決定，

與外界條件無關(guān)；同時(shí)，對應(yīng)于不一致階數(shù)的臨界轉(zhuǎn)速，也有形狀各不相同的各

階主振型，如一階主振型、二階主振型、…、n階主振型。

關(guān)于無阻尼剛性較支

的光軸，各階主振型的形狀

如左圖所示。即，一階主振

型為一個彎、無節(jié)點(diǎn)（振幅

為零的點(diǎn)），二階主振型為

兩個彎、一個節(jié)點(diǎn)，…。其

中：

彎數(shù)（拐點(diǎn)數(shù)）=階數(shù),

節(jié)點(diǎn)數(shù)=階數(shù)一1。

需要指出的是，由于支座彈性、外伸跨度等因素的影響，實(shí)際上各階主振型

的具體形狀與節(jié)點(diǎn)數(shù)并無確定的規(guī)律，剛性較支光軸的各階主振型完全沒有通常

性，僅僅是幫助我們對各階主振型有一些形象上的大致熟悉。

轉(zhuǎn)子軸振型就是轉(zhuǎn)子實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的彈性線，是由一階、二階等多階主振

型相互迭加的結(jié)果。轉(zhuǎn)速越靠近某一階臨界轉(zhuǎn)速，某一階主振型的影響就相對大

一點(diǎn)；多數(shù)情況下，起主導(dǎo)影響因素的是一階、二階、三階等低階主振型，其中

又以一階、二階為主。另外，各階主振型的大小與不平衡質(zhì)量所在的軸向位置有

關(guān)，也就是說不平衡量也會對轉(zhuǎn)子實(shí)際軸振型的形狀及大小產(chǎn)生影響。

同樣，彈性線能夠是平面的，也能夠是空間的。

12.高點(diǎn)、重點(diǎn)

高點(diǎn)是指轉(zhuǎn)子產(chǎn)生最大振動位移時(shí)的角位置。具體為，當(dāng)轉(zhuǎn)子與振動探頭之

間的距離最近時(shí)，轉(zhuǎn)子上與振動探頭所對應(yīng)的那一點(diǎn)任一時(shí)刻的角位置；也就是

當(dāng)振動探頭產(chǎn)生正的振動峰值信號時(shí)，轉(zhuǎn)子與振動探頭對應(yīng)點(diǎn)的位置。高點(diǎn)會隨

轉(zhuǎn)子動力特性的變化（如轉(zhuǎn)速變化）而移動。

重點(diǎn)是指在某一斷面處轉(zhuǎn)子不平衡向量的角位置。重點(diǎn)實(shí)際上就是轉(zhuǎn)子質(zhì)心

的角位置。重點(diǎn)與轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布有關(guān)，當(dāng)有異物附著在轉(zhuǎn)子上（如結(jié)垢、催化

劑粘結(jié)等）與轉(zhuǎn)子上有物件脫落或者滑移（如斷葉片、軸套移動等）時(shí)，重點(diǎn)會

發(fā)生改變；但是，重點(diǎn)不隨轉(zhuǎn)速變化，

重點(diǎn)與高點(diǎn)之間的夾角稱之機(jī)械滯后角。對應(yīng)于不一致的轉(zhuǎn)速，會有不一致

的機(jī)械滯后角。

在線狀態(tài)監(jiān)測中，高點(diǎn)的角位置是通過與鍵相探頭的角度差來確定的。

13.