振動(dòng)分析基礎(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1振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024振動(dòng)的基本概念

慣性力阻尼力彈性力干擾力2振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024表征振動(dòng)的三個(gè)要素：振動(dòng)幅值、頻率（周期）、相位3振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024有阻尼的強(qiáng)迫振動(dòng)及其特性W/WoW/Wo4振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024現(xiàn)場設(shè)備實(shí)際的振動(dòng)波形

5振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024振動(dòng)信號(hào)的采集與處理快速富里葉分析(FFT)原理6振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024用振動(dòng)分析方法監(jiān)測設(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、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…7振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024振動(dòng)分析的過程：問診→監(jiān)測→診斷→措施問診：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，過程參數(shù)：溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷設(shè)備維修檔案監(jiān)測:

確定振動(dòng)監(jiān)測和分析方案

測試的工況（轉(zhuǎn)速、負(fù)荷）；測點(diǎn)位置；測試參數(shù)（振動(dòng)位移、速度、加速度）；絕對振動(dòng)、相對振動(dòng)測試振動(dòng)的方向（H/V/A）數(shù)據(jù)類型（幅值、頻譜、波形、相位）信號(hào)檢測類型：峰值、峰峰值、有效值8振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024振動(dòng)分析的過程：問診→監(jiān)測→診斷→措施診斷：引起振動(dòng)的原因和部位

振動(dòng)幅值趨勢分析振動(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?9振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024不同設(shè)備故障的振動(dòng)特點(diǎn)10振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024常見的設(shè)備故障不平衡偏心轉(zhuǎn)子軸彎曲不對中松動(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)子不平衡角不對中平行不對中軸承不對中聯(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中11振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024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12振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024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。13振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024質(zhì)量不平衡

C動(dòng)不平衡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14振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024質(zhì)量不平衡

Ｄ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。往往是力不平衡和力偶不平衡同時(shí)出現(xiàn)典型的頻譜相位關(guān)系懸臂轉(zhuǎn)子不平衡15振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024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16振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024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度。振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速增加迅速增加，過了臨界轉(zhuǎn)速也一樣。典型的頻譜相位關(guān)系17振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024不對中有資料表明現(xiàn)有企業(yè)在役設(shè)備30％－50％存在不同程度的不對中，嚴(yán)重的不對中會(huì)造成設(shè)備部件的過早損壞，同時(shí)會(huì)造成能源的浪費(fèi)。不對中既可產(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)。不對中易產(chǎn)生2X振動(dòng)，嚴(yán)重的不對中有時(shí)會(huì)產(chǎn)生類似松動(dòng)的高次諧波振動(dòng)。相位是判斷不對中的最好判據(jù)。18振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024不

對

中

A

角不對中產(chǎn)生較大的軸向振動(dòng)，頻譜成分為1X和2X；還常見1X、2X或3X都占優(yōu)勢的情況。如果2X或3X超過1X的30％到50％，則可認(rèn)為是存在角不對中。聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)軸向振動(dòng)相位相差180度。典型的頻譜相位關(guān)系角不對中19振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024不

對

中

B典型的頻譜相位關(guān)系平行不對中平行不對中的振動(dòng)特性類似角不對中，但徑向振動(dòng)較大。頻譜中2X較大，常常超過1X，這與聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu)類型有關(guān)。角不對中和平行不對中嚴(yán)重時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較多諧波的高諧次（4X~8X）振動(dòng)。聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)相位相差也是180度。20振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024不

對

中

C軸承不對中或卡死將產(chǎn)生1X,2X軸向振動(dòng)，如果測試一側(cè)軸承座的四等分點(diǎn)的振動(dòng)相位，對應(yīng)兩點(diǎn)的相位相差180度。通過找對中無法消除振動(dòng)，只有卸下軸承重新安裝。典型的頻譜相位關(guān)系軸承不對中21振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024不

對

中

D如果聯(lián)軸節(jié)的短節(jié)過長或過短，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頻率的振動(dòng)，其周圍分布1X旁瓣。聯(lián)軸節(jié)故障22振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024對中不良設(shè)備的軸心軌跡23振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024機(jī)械松動(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)24振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024A.結(jié)構(gòu)框架/底座松動(dòng)振動(dòng)特征:

類似不平衡或不對中，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度。底板連接處相鄰結(jié)合面的振動(dòng)相位相差180度。如果軸承緊固是在軸向，也會(huì)引起類似不對中的軸向振動(dòng)。

包括如下幾方面的故障

支腳、底板、水泥底座松動(dòng)/強(qiáng)度不夠；框架或底板變形；緊固螺絲松動(dòng)。25振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024B.由于結(jié)構(gòu)/軸承座晃動(dòng)或開裂引起的松動(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)或軸承座開裂支承件長度不同引起的晃動(dòng)部件間隙出現(xiàn)少量偏差時(shí)(尚無碰撞)緊固螺絲松動(dòng)。26振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024C.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)或與軸有相對轉(zhuǎn)動(dòng)27振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024轉(zhuǎn)子摩擦轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中與定子的摩擦?xí)斐蓢?yán)重的設(shè)備故障在摩擦過程中,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28振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024

潤滑油不足引起的頻譜29振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024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:

潤滑不當(dāng),使用錯(cuò)誤的潤滑劑；潤滑劑或軸承內(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)測的最終目的是通過跟蹤軸承狀態(tài)了解何時(shí)需要更換軸承.位移：不易用于軸承的監(jiān)測。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)或gSE監(jiān)測參數(shù)的選擇30振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024第一階段：軸承故障出現(xiàn)在超聲段20～60KHz,它們可用gSE、高頻(HFD)g來測量、評(píng)定。例如：某軸承在第一階段的尖峰能量值為0.25gSE(實(shí)測數(shù)值與測試位置和機(jī)械轉(zhuǎn)速有關(guān))。第二階段：輕微的軸承故障開始“敲擊”出軸承元件的固有頻率段，一般在500～2KHz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)31振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024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)32振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024滾動(dòng)軸承故障頻譜33振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024滾動(dòng)軸承故障前后gSE譜34振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024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)10X～20X）。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)。間隙過大的滑動(dòng)軸承可能會(huì)導(dǎo)致不平衡、不對中等引起的振動(dòng)更大。摩擦/間隙過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35振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024滑動(dòng)軸承損壞及松動(dòng)頻譜36振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024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。正常齒輪的頻譜齒輪磨損時(shí)的頻譜37振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024齒輪故障(2)齒輪偏心：嚙合頻率附近有較高幅值的邊帶往往說明齒輪偏心、游隙或軸不平行。嚙合頻率峰值隨負(fù)載的增大而增大。齒輪不對中：幾乎總是激起嚙合頻率二次或更高諧次的振動(dòng)，且2X或3X嚙合頻率處峰值較大；它們都有轉(zhuǎn)速的邊帶頻率。齒輪偏心的頻譜齒輪不對中時(shí)的頻譜38振動(dòng)分析基礎(chǔ)和典型機(jī)械故障診斷5/8/2024樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。2024/5/82024/5/8Wednesday,May8,2024人生得意須盡歡，莫使金樽空對月。2024/5/82024/5/82024/5/85/8/20249:58:03AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。2024/5/82024/5