3-典型机器故障振动特征分析(一)平衡与对中

1、 典型机器故障振动特征分析 典型机器故障 转子不平衡 轴线不对中 转子偏心 轴弯曲 机械松动 共振 轴承故障 流体引起的振动 齿轮故障 交流感应电动机 拍振问题 振动特征分析 1 XI ? :. ! ! ;.? !dU 4貝 * 5?rr b*屮兽乂AX#!护H屮 吐H 振动特征分析 振动故障分析诊断的任务：从某种意义上讲，就是读谱 图，把频谱上的每个频谱分量与监测的机器的零部件对 照联系，给每条频谱以物理解释。 1. 振动频诰中存在哪些频说分? 2. 每条频i料分的W值毛人？ 3. 这些频谱分議彼此之间存在什么关系？ 4. 如果存在明迄的高toffl的频说分联，它的粘确的来源？它 与机器的零

2、部件对应关系如何？ 5. 如果能测就相位，应该检ft相位是否稳定？ ？$测点信号Z 间的相位关系如何？ 典型机器故障振动特征分析 转子不平衡 轴线不对屮 偏心 轴弯曲 机械松动 转子不平衡 不平衡定义: 转子质鼠中心线与转轴小心线不施介时便产生不卩衡- 2) r Unbalance CG. J 力不半衡 Mass Q 力偶不半衡 ShflQ UnMttnoe UauM Not 动不平衡 悬秤转子不平衡 不平衡产生的原因 Potential Causes of Imbalance _ iM j.Bww 一d宓 _I * *!- 不平衡振动特征 不卩衡转子呈现如卜特征： 1. 不平衡振动总足显示出

3、不平衡部件转速频率的倍频率的振动（但 足1X转速频率的并不总足不平衡）通常，这个IX转速频率的振动尖 峰在频ift中占优势. 2. 半故障仅限r不平衡时IX转速频率的嫌动尖邮的幅值通常人r或 等r抿动总輛值的X0%（如泉除了不平衡之外还仃其他故障.则町 能仅为振动总就福值的5%到80%）。 3. 拚i动幅值与质中心离轴中心线的距离成止比.此外，芳低J：转了 第阶临界转速运转时-振动幅值将随转速的平方成比例变化.即: 转速升岛3倍，将导致不平衡掘动増大9倍. 4. 质锻不平衛产生一个均匀的旋转力，此力的方向连续变化.但足始 终作用在從向方向I:- W此.轴和支承轴承G向于以某圆周轨道运 动，燃I

4、何由r轴承的垂ft方向剛性比水平方向刚件强所以通常振 动响应足一疋程度的橢岡轨迹 W此.水平方向振动通帘略人乖 rt方向振动一般范W在2至3倍左右为水平方向崎垂rt方向振动 之比大J6比1时通常说明尼W他故障尤其是共ttU 不平衡振动特征 5肖不衡超过其他故障成为主掘动原1人1时则轴承1:水平方向y垂 方向嫌动相位堆约为90度（+/-30度） W此如果“在IX转速频 率牧犬的撮动，但足水半方向与眶rt方向振动相位走为0度或接近 1如度通常这说明足氏他故障源例如偏心 6. 如果存在明显的不f #i，则内侧轴承与外侧轴承的水平方向拥动的 相位益应该接近垂貞方向娠动的相位星即.不足叱较同一轴承座上

5、水平方向方向的郴位总.而足比牧内侧轴承9外侧轴承水平方 向振动郴位湼与礎方向振动相位 7. F不平衡肯优势时-待向方向（水平方向和ft方向）掘动通常比轴 向方向媒动大许多（除了悬臂转子之外.这将在后而帝N中讨论）. 8. 不平衡转子通常在径向方向呈现稳疋的、町施复的撮动相位 9. 共振有时町能受不平衡的影响较大. 10不半衡对转f产生过人振动的影响可能很人啡实1：在冇些刚度较 低的轴承用I:,不半衡的转几尽席很小的歿余不平衡址，也连会出 现不平ifcfc动，但宓动平衡还足可明W减小松动引起的振动但足. 往往无法平衡仃松动的转f- 力不平衡 力不半衡也称为“挣不半衡”： 力不平衡就是质量中心线离

6、开口平行r轴中心线的一 种转了不平衡状态。町采用静平衡法修iEZ。 力不平衡的典型频谱及相位关系统： Unbalance tx RAOlAt 19 力不平衡特征 力不平衡特征概括如下： 1. 以IX转速频率旋转的相冋的不平衡力通常都差不多同 时出现在内侧和外侧转f轴承用上(然而，根据毎个方 向的支承刚性，水平和垂直方向的响应可能略不同。 2. 在纯的力不半衡情况下，外侧水平方向振动相位等于 同一轴上内侧水平方向振动相位。 3. 同样，同一轴上外侧轴承的乖直方向振动相位也近似 等r内侧轴承的垂亶方向振动相位 4. 力不平衡只需在通过转子巫心(CGHKJ单一平而内加一 个反作用的电駅便可修正之。

7、5. 内侧和外侧轴承水平方向振动相位差应该人致等r内 侧和外侧轴承乖fl方向振动相位差。 力偶不平衡 口质屋中心线紬线与轴儿何屮心线轴线相交r转了的朮心处的一种 不平衝状态. 在转子的每一端彼此相蔓180度处，有两个质就相等的乘点产生一 力偶.明显的力偶不平衡町以引起转子严锻的不稳疋.使Z前后 摆动(像以转f駆心(CG)处为支点的“跷跷板)第9尢侑 1. 由于不对中造成机器零部件损坏 不对中会引起联轴器损坏，还会损坏其他机辭部件.如会对轴仗 施加过大的力，而引赴轴承过早损坏同样会妊引起包齿轮，皮带, 皮带轮，叶片等其它机器零部件何害的彩响. 2. 引起对门由端（或外侧）的作用 由r不对中从联轴

8、器引入的力可能足够强大，具作用不仅是在瑕 靠近联轴器的轴禾上，同样也作用在机器的自由端或外侧端. 3. 引起2X转速频率振动 不对中经常会产生大r止常值的2X转速频率振动，它不仅作用在 轴向方向.还作用在径向方向2X转速频率分足最好的不对中指示 4 .引起轴向方向掘动 不对中也许是人的轴向方向掘动的W常见的瓯因，肖然还仃若干 英它來源也对产生轴向方向振动，它们包括： 不对中的危害及特征 可产生轴向方向振动原伙1: a. 弯曲的轴： b. 处于共振回转的轴： C. R住在轴I：的不对中的轴承（见第四章，第三节）： d. 轴向方向某些机器零部件共振； e. 推力轴承烧损； f. 肝损的螺旋W轮或斜

9、齿轮； g. 装滑动轴承的电动机相对于英磁力屮心摆动： h. 联轴器的零部件不对屮： 因此，当出现人的轴向方向振动时，不要很快草帅地得出 故障就是不对中的结论。而是，应该持别分析振动相位倍 息，然后分析振动频谱。 5. 引较応次谐波 不对中还可能引起大吊的ft次谐波，便撮动频if!呈现为像松动或 间隙过人的故障含关a的区别待征仍然圧轴向方向2X转速频率的人的 褊值的振动. 6. 相位浪不对中的垠代指示 殂然同样存在IX转速频率92X转速频举的扳动，但不对中时的相 位特点是：联轴器两侧的相位弟接近180度（40到50度），不对中程 度愈严巫，愈接近这个180度相位签同样诸如不平衡，心距. 共振等

10、H；他故障不明显时愈接近这个180度相位差. 在比较同转r的水平力向相位差q垂fi方向相位羞时.约百分 Z九I的不对中机器将农现毎ft方向相位淮与水平方向郴位差Z间的 ?Hf接近18O度例如如果外侧轴承与内侧fe承Z间水平方向相位 差约为30度人多数不对中转f的垂左方向相位差为约210度不平 衡的转子不会农现这种相位雄恃性 W为不平衡的转子-水平方向出 现的相位差IF常接近垂方向相位差. 不对中的危害及特征 右屮对中的响应中.相位转件可概为ftn K： a.也许不对中故障的瑕住:指示是对联轴器两侧的振动郴位的评定-这 Tb检代上动轴及其联轴器的一半如何W对丁被动紬及英联轴器的一半 反作用-晋联

11、轴器两侧的相位垫接近180度（40到50度）时常常说明 鬼不对中尤其足、不对中程度愈严甫时愈接近这个180度郴位差. 同样.诸如不平#b 心距.共振等其他故障不明显时愈接近这个 180度相位这里亜的是不仅测fi振动的频iJt还应该在对以 达到的毎个轴*的水唯“和轴向方向测氐1位 b在研究转子（恰如电动机-泵.风机等）耳中之一的轴承廉相位泾时. 令明显不对中的径向方向相位沦或是0度或是180度（30度几这与不平 不同.不平衡故障中这种相位总可能接近90度（即水平和乖M方向相 位盘可能为70度）这里的关健足不对屮的相位羌接近0度或1旳度 C在比较同一转子联轴器两端的轴承鹿匕水卩方向相位走与進rt方

12、向 郴位琏时约白分Z九十的不对中机器将农现垂rt方向与水平方向Z 间的相位誥接近180度例如如果外侧轴承与内侧轴承Z间水平方向 相位羞约为30/S.人1；数不对中转子的垂方向相位幷?为约210度。不 屮衡的转子不会枚现这种相位总特性，W为不平的转&水平方向出 现的郴位非常接近垂rt方向相位弟. 7其他故障源的影响 当打不对中同时存在诸如不平衡，弯曲的轴，共振等 其他故障时不仅会影响振动频谱，还会影响相位特性 例如.如果存在不平衡和不对中故障，可能会表现出犬幅 值的IX转速频率和2X转速频率的振动，加上径向相位差根 据毎种故障的严巫程度可能或不能接近150度到180度，这 种情况下，联轴器侧的轴

13、向方向相位差仍将接近180度。 概括说來，如果机器仃犬的IX转速频率和2X转速频率 振动，总是应该测駅相位数据，因为相位将足不对中还是 有类似症兆的其他不同故障源差别的关键指示。诸如人的 轴向方向振动和谐波振动也足很好的不对中症兆，如果振 动人.不耍简单认为是不对中故障，而应该仔细分析振动 相位fS息后再作决定，例如如果相位指示是不对中，但 是轴向方向振动不指示是不对屮，则应该依据相位数据作 决定。 角向不对中 1. 角向不对中上耍产生大的轴向方向掘动.尤其是IX和2X转速频率 2. 然而，假疋存在大的振动询提卜，振动足轴向方向2X转速频率或3X 转速其巾d值约圧IX转数频率幅值的30%到50

14、%时说明川角向 不对中 3. 如下图所示.联轴器两侧的轴向方向相位变化约为180度.於最好的 检测m向不对中的指示.如果一侧的毎个轴承向一个方向移动另 一侧的轴出向相反方向移动，则足角向不对中的可能性较大 平行不对中 1. 平行不对中主要影响径向振动，而角向不对屮匸赘彩响轴向振动。 2. 猱角向不对中故障那样平行不对中便联轴器W侧的相位弟也接近180 度，但是这是在径向方向匕（水平的或垂fi方向）. 3振动频i-p2X转速频率幅值趙过IX转速频率Wffl约50%时.常常说明是 径向不对中，但足2X转速频申值郴对rIX转速频率幅值的尚度常収决r 联轴器的类別和结构。2X转速频聿W值接近IX转速频

15、率枷值是常见的. 尤其圧平行不对中严till. 1. 肖角向不对中或平行不对中变得严敢时毎种不对中都产生一组谐波 谐波的范ra包括巾次到5次谐波这种惰况下，严乘不对中的振动频谐可 能*现为机械松动的振动频样子 憫24fi心的转子的負的 轴承不对中 S河动轴承或滚动承轴不对中或拧卡死在轴上时町引起较人的抿 动利井常负找.通过找村中无法消除振动，只仃卸卜轴承呎新安装。 不对中轴/:的特征！ U卡住的轴承通常产生明够的轴向振动，它可能不仅彩响IX转速频 率振动.同时也影响2X转速频率撮动。 2. 如果在如卜图所示，庄彼此间隔90度的4个点上，测虽轴向方向相 M 如果上卜或左右的相位羞约为恂0度则说明足轴承R死中轴上 PHASE t 28 2 500 3 BOO 4 11X)0 转子偏心 心的转子： 就是轴的儿何中心线y转f的中心不用合的转r.这就导致r在 旋转的中心线的債比另一侧更大的求从而引起轴以不规则的轨 迹的摆动。 仍然保Bh 的动平衡 W此使消除偏心距非常朿 这是固彳的不稳定的何B是潜在的故障源或抹动右时虽 然町通过动半衡半衡抻”部分備心距的形响.但址更多的摆动运动 如果该转了偏心距较人的话.氏至不可能对转子进行很好 现在强调愈來愈高的旋转速度.