振动分析和故障诊断

1、振动分析和故障诊断振动分析和故障诊断 1.振动频谱中存在哪些频谱分量？2.每条频谱分量的幅值多大？3.这些频谱分量彼此之间存在什么关系？4.如果存在明显的高幅值的频谱分量，它的精确的来源？它与机器的零部件对应关系如何？5.如果能测量相位，应该检查相位是否稳定？各测点信号之间的相位关系如何？ 振动参数振动参数 振动位移振动位移 振动速度振动速度 (国际标准和国家标国际标准和国家标准推荐通常采用的参数准推荐通常采用的参数) 1.振动加速度振动加速度 振动参数振动参数 1. 峰值(Peak) 2. 峰峰值(Peak-Peak) 3.有效值(RMS)Tf1fkm212 2f 周周 期期 xAmax 峰

2、峰 值值 ， 峰峰- - 峰峰 值值 22xAm ax 平平 均均 值值 xAtdtA VT2002sin 有有 效效 值值 xTAtdtArm sT122200sin 上限 中性位置 下限振动加速度尖峰振动速度尖峰时间周期振动位移 峰-峰 正弦波正弦波的有效值，峰值，峰峰值与平均值之间关系： 有效值有效值=0.7070.707X峰值=1.111.11X平均值 峰值峰值=1.4141.414X有效值=1.571.57X平均值 平均值平均值=0.6370.637X峰值=0.900.90X有效值 峰峰值峰峰值=2 2X峰值 峰值因子=峰值/有效值(适用于任何变量)当量烈度轮廓当量烈度轮廓力 指 示

3、 器 疲 劳 指 示 器 应 力 指 示 器 对 数 频 率 对 数 幅 值 振 动 加 速 度 (g)振 动 位 移 (密 尔 )振 动 速 度 (英 寸 /秒 )100密 尔 当 量 烈 度 轮 廓 振 动 加 速 度 (g) 峰 值 振 动 速 度 (英 寸 /秒 ) 峰 值 振 动 位 移 (密 尔 ) 峰 峰 值 频 率 (转 /分 )其 中 ： 低频区域低频区域高频区域高频区域低低 频频 段段 高高 频频 段段 中中 频频 段段 xAitiiisin()1幅值时域时域频域频域合成波分解的波用频谱图表示振动监测中的一些技术振动监测中的一些技术细节要点细节要点 简简 谐谐 振振 动动

4、位位 移移 ， 速速 度和度和 加加 速速 度度 三三 者者 关关 系系 振动监测中的一些技术细节要点振动监测中的一些技术细节要点振动传感器 1.振动加速度传感器 2.振动速度传感器 2.1压电式(实质是振动加速度传感器) 2.2磁电式振动速度传感器 3.振动位移传感器(电涡流式)振动监测中的一些技术细节要点振动监测中的一些技术细节要点振动监测中的一些技术细节要点振动监测中的一些技术细节要点 非接触式振动位移传感器或电涡流式位移传感器 用以测量轴相对于滑动轴承滑动轴承的运动(留有很大空间供产生油膜用) 直流电压测量间隙 交流电压就是振动信号交流电压就是振动信号非接触式电涡流式传感器非接触式电涡

5、流式传感器振动监测中的一些技术细节要点振动监测中的一些技术细节要点电涡流式振动位移传感器的工作原理振动监测中的一些技术细节要点振动监测中的一些技术细节要点电涡流式传感器的标定曲线振动监测中的一些技术细节要点振动监测中的一些技术细节要点振动加速度传感器的频响特性频响特性可用的频率范围可用的频率范围为传感器固定自振频率Fn的约50%ISO和 GB规 定 的 振 动 烈 度 测 量 频 率 范 围 振动监测中的一些技术细节要点振动监测中的一些技术细节要点振动加速度传感器固定自振频率和最高可用频率可用的频率范围可用的频率范围为传感器固定自振频率Fn的约50%振动监测中的一些技术细节要点振动监测中的一些

6、技术细节要点 关键因素关键因素 : 固定的自振频率 可用的频率范围可用的频率范围为传感器固定自振频率Fn的约50%电涡流式传感器电涡流式传感器 在滑动轴承内对准轴在滑动轴承内对准轴非 接 触 式 传 感 器 轴 轴 承 绝对振动绝对振动相对振动相对振动机机 械械 振振 动动 标标 准准 分分 类类 仪器仪器系统标准系统标准 API670 API678 ISO10817 ISO2945 判断判断应用标准应用标准 ISO7919 ISO10816 ISO13373(草草 案案) ISO13373(草草 案案)振振 动动 总总 量量 标标 准准 振 动 故 障 诊 断 轴轴 振振 动动 轴轴 承承

7、座座 ， 机机 壳壳 振振 动动API611， 612， 相相 对对 振振 动动 绝绝 对对 振振 动动 机器振动测量和评价的有关标准目录机器振动测量和评价的有关标准目录 1. 相对振动标准相对振动标准 ISO7919-15 非往复式机器的机械振动-在旋转轴上的测量和评价 第一部分 总则 (GB/T11348.1-89) 第二部分 陆地安装的大型汽轮发电机组 (GB/T11348.2-1997) 第三部分 耦合的工业机器 (GB/T11348.3) 第四部分 燃气轮机组 (GB/T11348.4) 第五部分 水力发电厂和泵站机组 2.绝对振动标准绝对振动标准ISO10816-16 机械振动-在

8、非旋转部件上测量和评价机器振动 第一部分 总则 第二部分 陆地安装的功率超过50MW的大型汽轮发电机组 第三部分 额定功率大于15KW额定转速在120 15000转/分在现场测量的工业机器 第四部分 不包括航空器类的燃气轮机组 第五部分 水力发电厂和泵站机组 第六部分 额定功率超过100KW的往复式机器机器振动测量和评价的有关标准机器振动测量和评价的有关标准 I SO10816-1：I类-发动机和机器的单独部件； II类-无专用基础的中型机器(15-75KW)；专用刚性基础上300KW以下中型机器； III类-刚性基础上的大型机器； IV类-柔性基础上的大型机器。ISO10816-1专用机组宽

9、带专用机组宽带振动准则振动准则常见机械故障常见机械故障 由RA-Entek归纳总结共17类46种机械和电气故障的频谱、时域波形和相位关系，供诊断参考第一类、质量不平衡第一类、质量不平衡 1.1.力不平衡力不平衡( (静不平衡静不平衡) ) 2.2.力偶不平衡力偶不平衡 3.3.动不平衡动不平衡 4.4.悬臂转子不平衡悬臂转子不平衡第二类、转子偏心第二类、转子偏心 第三类、轴弯曲第三类、轴弯曲 第四类、不对中第四类、不对中1.1.联轴器角向不对中联轴器角向不对中 2.2.联轴器平行不对中联轴器平行不对中 3.3.滚动轴承偏斜地固定在轴上滚动轴承偏斜地固定在轴上第第 五五 类类 共共 振振 第第

10、六六 类类 机机 械械 松松 动动 1.1.A A型型 松松 动动 2.2.B B型型 松松 动动 3.3.C C型松型松 动动第第 七七 类类 转转 子子 摩摩 擦擦 第第 八八 类类 滑滑 动动 轴轴 承承 故故 障障 1.1.磨磨 损损 或或 间间 隙隙 故故 障障 2.2.油油 膜膜 涡涡 动动 3.3.油油 膜膜 振振 荡荡第第 九九 类类 、滚、滚 动动 轴轴 承承 故故 障障 1.1.保保 持持 架架 故故 障障 2.2.滚滚 动动 体体 故故 障障 3.3.外外 环环 故故 障障 4.4.内内 环环 故故 障障第第 十十 类类 、流、流 体体 动动 力力 机机 械械 故故 障障

11、 1.1.叶叶 片片 通通 过过 频频 率率 2.2.紊紊 流流 3.3.气气 穴穴第第 十十 一一 类类 、齿、齿 轮轮 故故 障障 1.1.齿齿 轮轮 负负 载载 2.2.齿齿 轮轮 偏偏 心心 和和 齿齿 轮轮 侧侧 隙隙 反反 弹弹 3.3.齿齿 轮轮 不不 对对 中中 4.4.齿齿 断断 或或 齿齿 裂裂 5.5.齿齿 轮轮 组组 合合 状状 态态 问问 题题 6.6.齿齿 轮轮 摆摆 动动 故故 障障 7.7.齿齿 轮轮 轴轴 承承 松松 动动第第 十十 二二 类类 、交、交 流流 电电 动动 机机 故故 障障 1.1.定定 子子 偏偏 心心 ， 铁铁 芯芯 片片 短短 路路 或或

12、 松松 动动 2.2.转转 子子 偏偏 心心 ( (动动 偏偏 心心 ) ) 3.3.转转 子子 故故 障障 ( (断断 条条 等等 ) ) 4.4.相相 位位 故故 障障 ( (接接 头头 松松 动动 ) )第十三类、交流同步电动机第十三类、交流同步电动机( (定子线圈松动定子线圈松动) )第十四类、直流电动机及其控制故障第十四类、直流电动机及其控制故障1.1.电枢绕组开裂，接地故障或系统调谐故障电枢绕组开裂，接地故障或系统调谐故障 2.2.起动卡故障或保险丝烧断起动卡故障或保险丝烧断 3.3.可控硅整流器可控硅整流器( (SCR)SCR)故障，控制卡断路，接头松动，保险丝烧故障，控制卡断路

13、，接头松动，保险丝烧断断 4.4.比较器卡故障比较器卡故障 5.5.断路电流通过滚动轴承故障断路电流通过滚动轴承故障第十五类、皮带传动故障第十五类、皮带传动故障 1.1.皮皮 带带 磨磨 损损 或或 不不 匹匹 配配 2.2.皮皮 带带 轮轮 偏偏 心心 3.3.皮皮 带带 共共 振振第十六类、拍振第十六类、拍振 第十七类、机器软脚及与之相关的共振第十七类、机器软脚及与之相关的共振 第第 一类一类 质质 量量 不不 平平 衡衡 力力 不不 平平 衡衡 径径 向向 1.1 力力 不不 平平 衡衡 力力 不不 平平 衡衡 是是 同同 相相 位位 和和 稳稳 定定 的的 。 不不 平平 衡衡 产产

14、生生 的的 振振 动动 幅幅 值值 在在 转转 子子 第第 一一 阶阶 临临 界界 转转 速速 以以 下下 随随 转转 速速 的的 平平 方方 增增 大大 ( ( 例例 如如 ， 转转 速速 升升 高高 3 3倍倍 ， 则则 振振 动动 幅幅 值值 增增 大大 9 9 倍倍) )。 总总 是是 存存 在在 1 1 转转 速速 频频 率率 ， 并并 且且 通通 常常 在在 频频 谱谱 中中 占占 优优 势势 。 在在 转转 子子 重重 心心 平平 面面 内内 只只 用用 一一 个个 平平 衡衡 修修 正正 重重 量量 便便 可可 修修 正正 之之 。 在在 内内 侧侧 轴轴 承承 与与 外外 侧

15、侧 轴轴 承承 水水 平平 方方 向向 及及 内内 侧侧 轴轴 承承 与与 外外 侧侧 轴轴 承承 垂垂 直直 方方 向向 的的 相相 位位 差差 应应 该该 接接 近近 0 0度度 。 不不 平平 衡衡 转转 子子 的的 每每 个个 轴轴 承承 上水上水 平平 方方 向向 与与 垂垂 直直 方方 向向 的的 相相 位位 差差 应应 该该 接接 近近 90 90 度。度。 径径 向向 力力 偶偶 不不 平平 衡衡 1.2 1.2 力力 偶偶 不不 平平 衡衡 力力 偶偶 不不 平平 衡衡 在在 同同 一一 轴轴 上上 导导 致致 180 180 度度 反反 相相 位位 运运 动动 。 总总 是

16、是 存存 在在 1 1 转转 速速 频频 率率 ， 并并 且且 通通 常常 在在 频频 谱谱 上上 占占 优优 势势 。 在在 转转 子子 第第 一一 临临 界界 转转 速速 以以 上上 ， 振振 动动 幅幅 值值 随随 转转 速速 升升 高高 的的 平平 方方 增增 大大 。 可可 引引 起起 大大 的的 轴轴 向向 振振 动动 和和 径径 向向 振振 动动 。 至至 少少 需需 在在 两两 个个 修修 正正 平平 面面 内内 放放 置置 平平 衡衡 重重 量量 才才 能能 修修 正正 。 在在 内内 侧侧 轴轴 承承 与与 外外 侧侧 轴轴 承承 水水 平平 方方 向向 及及 内内 侧侧

17、轴轴 承承 外外 侧侧 轴轴 承承 垂垂 直直 方方 向向 应应 该该 存存 在在 约约 180 180 度度 相相 位位 差差 。 每每 个个 轴轴 承承 上上 水水 平平 方方 向向 与与 垂垂 直直 方方 向向 之之 间间 相相 位位 差差 通通 常常 应应 该该 约为约为 90 90 度度 ( ( 30 30 度度 ) )。 径径 向向 动动 不不 平平 衡衡 1.3 1.3 动动 不不 平平 衡衡 动动 不不 平平 衡衡 是是 不不 平平 衡衡 的的 最最 普普 遍遍 的的 类类 型型 ， 它它 是是 力力 不不 平平 衡衡 和和 力力 偶偶 不不 平平 衡衡 两两 者者 的的 组组

18、 合合 。 振振 动动 频频 谱谱 中中 1 1 转转 速速 频频 率率 占占 优优 势势 ， 真真 正正 需需 要要 双双 面面 修修 正正 。 内内 侧侧 轴轴 承承 与与 外外 侧侧 轴轴 承承 之之 间间 径径 向向 方方 向向 的的 相相 位位 差差 可可 能能 在在 从从 0 0 度度 到到 180 180 度度 范范 围围 内内 的的 任任 何何 一一 个个 角角 度度 。 然然 而而 ，当，当 内内 侧侧 轴轴 承承 与与 外外 侧侧 轴轴 承承 测测 量量 比比 较较 时时 ( ( 30 30 度度 ) ) ， 水水 平平 方方 向向 的的 相相 位位 差差 应应 该该 精精

19、 密密 地地 与与 垂垂 直直 方方 向向 的的 相相 位位 差差 相相 匹匹 配配 。 还还 有有 ， 如如 果果 不不 平平 衡衡 突突 出出 ， 每每 个个 轴轴 承承 上上 水水 平平 方方 向向 与与 垂垂 直直 方方 向向 之之 间间 的的 相相 位位 差差 大大 致致 为为 90 90 度度 ( ( 40 40 度度 ) )。 轴轴 向向 和和 径径 向向 悬悬 臂臂 转转 子不子不 平平 衡衡 1. 4 1. 4 悬悬 臂臂 转转 子子 不不 平平 衡衡 悬悬 臂臂 转转 子子 不不 平平 衡衡 在在 轴轴 向向 方方 向向 和和 径径 向向 方方 向向 引引 起起 大大 的的

20、 1 1 转转 速速 频频 率率 振振 动动 。 轴轴 向向 方方 向向 振振 动动 趋趋 向向 于于 同同 相相 位位 ， 而而 径径 向向 方方 向向 振振 动动 可可 能能 不不 稳稳 定定 。 然然 而而 ， 不不 平平 衡衡 转转 子子 上上 水水 平平 方方 向向 的的 相相 位位 差差 通通 常常 与与 垂垂 直直 方方 向向 的的 相相 位位 差差 相相 匹匹 配配 ( ( 30 30 度度 ) )。 悬悬 臂臂 转转 子子 有有 力力 不不 平平 衡衡 和和 力力 偶偶 不不 平平 衡衡 两两 者者 ， 似似 乎乎 每每 一一 种种 都都 需需 要要 修修 正正 。 因因 此

21、，总此，总 是是 必必 需需 要要 在在 两两 个个 修修 正正 面面 内内 加加 以以 修修 正正 重重 量量 ， 以以 抵抵 消消 力力 不不 平平 衡衡 和和 力力 偶偶 不不 平平 衡。衡。第第 二二 类、类、 转转 子子 偏偏 心心 径径 向向 转转 子子 偏偏 心心风 机 电 动 机 2. 2. 偏偏 心心 的的 转转 子子 皮皮 带带 轮轮 ， 齿齿 轮轮 ， 轴轴 承承 和和 电电 动动 机机 框框 架架 等等 旋旋 转转 中中 心心 与与 几几 何何 中中 心心 线线 偏偏 离离 时时 出出 现现 偏偏 心心 。 最最 大大 的的 振振 动动 出出 现现 在在 两两 个个 转

22、转 子子 中中 心心 连连 线线 方方 向向 上上 ， 振振 动动 频频 率率 为为 偏偏 心心 转转 子子 的的 1 1 转转 速速 频频 率率 。 水水 平平 方方 向向 和和 垂垂 直直 方方 向向 振振 动动 相相 位位 差差 或或 是是 0 0 度度 或或 是是 180 180 度度 ( (每每 一一 种种 都都 表表 示示 直直 线线 运运 动动 ) )。 平平 衡衡 偏偏 心心 的的 转转 子的子的 试试 图图 往往 往往 导导 致致 一一 个个 方方 向向 振振 动动 减减 小小 ， 而而 另另 一一 个个 径径 向向 方方 向的向的 振振 动动 增增 大大 ( (与与 偏偏

23、心心 量量 有有 关关 ) )。第第 三三 类类 轴弯曲轴弯曲 轴轴 向向 弯弯 曲曲 的的 轴轴 3. 3. 弯弯 曲曲 的的 轴轴 弯弯 曲曲 的的 轴轴 引引 起起 大大 的的 轴轴 向向 振振 动动 ， 同同 一一 台台 机机 器器 上上 轴轴 向向 振振 动动 相相 位位 差差 趋趋 向向 于于 180 180 度度 ， 如如 果果 弯弯 曲曲 接接 近近 轴轴 的的 中中 部部 ， 占占 优优 势势 的的 振振 动动 出出 现现 在在 1 1 转转 子子 转转 速速 频频 率率 ， 如如 果果 弯弯 曲曲 接接 近近 力力 偶偶 ， 则则 占占 优优 势势 的的 振振 动动 出出

24、现现 在在 2 2 转转 速速 频频 率率 ( (如如 果果 您您 改改 变变 传传 感感 器器 的的 方方 向向 的的 话，应话，应 该该 仔仔 细细 考考 虑虑 每每 次次 轴轴 向向 测测 量量 时时 振振 动动 传传 感感 器器 的的 方方 位位) )。 用用 千千 分分 表表 证证 实实 轴轴 的的 弯弯 曲曲 。 第第 四四 类类 不对中不对中 轴轴 向向 角角 向向 不不 对对 中中 4. 1 4. 1 角角 向向 不不 对对 中中 角角 向向 不不 对对 中中 的的 特特 征征 是是 轴轴 向向 振振 动动 大大 ， 联联 轴轴 器器 两两 侧侧 振振 动动 相相 位位 差差

25、180 180 度度 。 典典 型型 地地 出出 现现 在在 1 1 转转 速速 频频 率率 和和 2 2 转转 速速 频频 率率 的的 大大 的的 轴轴 向向 振振 动动 。 然然 而而 ， 不不 常常 见见 1 1 转转 速速 频频 率率 ， 2 2 转转 速速 频频 率率 或或 3 3 转转 速速 频频 率率 占占 优优 势势 。 这这 些些 征征 兆兆 也也 指指 示示 联联 轴轴 器器 故故 障障 。 严严 重重 的的 角角 向向 不不 对对 中中 可可 激激 起起 1 1 转转 速速 频频 率率 的许的许 多多 阶阶 谐谐 波波 频频 率率 。 与与 机机 械械 松松 动动 不不

26、一一 样样 ， 这这 些些 转转 速速 谐谐 波波 频频 率率 典典 型型 地地 在在 频频 谱谱 上上 都都 没没 有有 升升 高高 的的 噪噪 声声 地地 平平 。 径径 向向 平平 行行 不不 对对 中中 4. 2 4. 2 平平 行行 不不 对对 中中 平平 行行 不不 对对 中中 的的 振振 动动 征征 兆兆 类类 似似 于于 角角 向向 不不 对对 中中 ， 但但 是是 ， 径径 向向 方方 向向 振振 动动 大大 ， 并并 且且 联联 轴轴 器器 两两 侧侧 振振 动动 相相 位位 差差 接接 近近 180 180 度度 。 2 2 转转 速速 频频 率率 振振 动动 往往 往往

27、 大大 于于 1 1 转转 速速 频频 率率 振振 动动 ， 联联 轴轴 器器 的的 类类 型型 和和 结结 构构 决决 定定 2 2 转速转速 频频 率率 振振 动动 相相 对对 于于 1 1 转转 速速 频频 率率 振振 动动 的的 高高 度度 。 角角 向向 不不 对对 中中 或或 平平 行行 不不 对对 中中 严严 重重 时时 ， 可可 在在 较较 高高 谐谐 波波 频频 率率 (4 (4 到到 8 8 转转 速速 频频 率率 谐谐 波波 ) ) 处处 出出 现现 大大 的的 振振 动动 ， 甚甚 至至 出出 现现 类类 似似 于于 机机 械械 松松 动动 时时 出出 现现 的的 完完

28、 整整 系系 列列 的的 高高 频频 谐谐 波波 。 当当 不不 对对 中中 严严 重重 时时 ， 联联 轴轴 器器 的的 类类 型型 和和 材材 料料 往往 往往 对对 整整 个个 频频 谱谱 有有 很很 大大 的的 影影 响响 。 典典 型型 地地 没没 有有 提提 高高 的的 噪噪 声声 地地 平平 。 轴轴 向向 不不 对对 中中 的的 滚滚 动动 轴轴 承承 卡卡 在在 轴轴 上上 相相 位位 相 位 差 180 度 4. 3 4. 3 不不 对对 中中 的的 滚滚 动动 轴轴 承承 卡卡 在在 轴轴 上上 不不 对对 中中 的的 滚滚 动动 轴轴 承承 卡卡 在在 轴轴 上上 时时

29、 将将 产产 生生 明明 显显 的的 轴轴 向向 振振 动动 。 将将 引引 起起 同同 一一 轴轴 承承 座座 上上 顶顶 部部 与与 底底 部部 振振 动动 相相 位位 差差 约约 180 180 度度 的的 轴轴 向向 振振 动动 及及 左左 侧侧 与与 右右 侧侧 振振 动动 相相 位位 差差 约约 180 180 度度 的的 轴轴 向向 振振 动动 。 对对 准准 联联 轴轴 器器 或或 平平 衡衡 转转 子子 都都 不不 能能 缓缓 解解 此此 故故 障障 。 通通 常常 ， 必必 须须 卸卸 下下 轴轴 承承 并并 重重 新新 正正 确确 安安 装装 。第第 五五 类类 共振共振

30、 共共 振振 幅幅 值值 相相 位位 共共 振振 第第 一一 阶阶 临临 界界 转转 速速 第第 二二 阶阶 临临 界界 转转 速速 5. 5. 共共 振振 强强 迫迫 振振 动动 频频 率率 与与 系系 统统 的的 自自 然然 频频 率率 一一 致致 时时 出出 现现 共共 振振 ， 使使 振振 动动 幅幅 值值 急急 剧剧 放放 大大 ， 导导 致致 过过 早早 损损 坏坏 或或 灾灾 难难 性性 破破 坏坏 。 这这 可可 能能 是是 转转 子子 的的 自自 然然 频频 率率 ， 也也 常常 常常 起起 源源 于于 支支 承承 框框 架架 ， 基基 础础 ，齿，齿 轮轮 箱箱 或或 甚甚

31、 至至 传传 动动 皮皮 带带 。 如如 果果 转转 子子 处处 在在 或或 接接 近近 共共 振振 ， 由由 于于 很很 大大 的的 相相 位位 漂漂 移移 ， 几几 乎乎 不不 可可 能能 平平 衡衡 掉掉 ( (共共 振振 时时 相相 位位 漂漂 移移 为为 90 90 度度 ， 通通 过过 共共 振振 时时 相相 位位 漂漂 移移 接接 近近 180 180 度度 ) )。 往往 往往 需需 要要 提提 高高 或或 降降 低低 自自 然然 频频 率率 来来 改改 变变 自自 然然 频频 率率 。 自自 然然 频频 率率 通通 常常 不不 随随 转转 速速 变变 化化 ， 这这 一一 点

32、点 有有 助助 于于 识识 别别 自自 然然 频频 率率 ( (除除 非非 在在 大大 型型 平平 面面 轴轴 颈颈 轴轴 承承 机机 器器 或或 在在 有有 明明 显显 悬悬 臂臂 的的 转转 子子 上上 ) )。 第第 六六 类类 机械松动机械松动 径径 向向 A 型型 机机 械械 松松 动动 底底 板板 A 型型 机机 器器 地地 脚脚 混混 凝凝 土土 基基 础础 6. 1 A A型型 松松 动动 这这 种种 频频 谱谱 是是 机机 器器 底底 脚脚 ， 底底 板板 或或 基基 础础 的的 结结 构构 松松 动动 / / 减减 弱弱 引引 起起 的的 ， 或或 者者 由由 基基 础础

33、上上 恶恶 化化 的的 水水 泥泥 浆浆 ， 松松 动动 的的 地地 脚脚 螺螺 栓栓 ， 或或 者者 框框 架架 或或 者者 基基 础础 变变 形形 ( ( 即软即软 脚脚 ) ) 引引 起起 的的 。 相相 位位 分分 析析 可可 以以 揭揭 示示 在在 螺螺 栓栓 或或 机机 器器 底底 脚脚 与与 基基 础础 底底 板板 或或 基基 础础 本本 身身 垂垂 直直 方方 向向 测测 量量 之之 间间 的的 相相 位位 差差 约约 90 90 度度 到到 180 180 度度 。 径径 向向 B 型型 机机 械械 松松 动动 B 型型 6. 2 6. 2 B B 型型 松松 动动 这这 种

34、种 频频 谱谱 通通 常常 是是 由由 螺螺 栓栓 松松 动动 ， 框框 架架 结结 构构 或或 轴轴 承承 座座 裂裂 纹纹 引引 起起 的的 。 C 型型 机机 械械 松松 动动 C 型型 6. 3 6. 3 C C 型型 松松 动动 这这 种种 频频 谱谱 通通 常常 是是 由由 零零 部部 件件 之之 间间 配配 合合 不不 良良 引引 起起 的的 ， 由由 于于 松松 动动 的的 零零 部部 件件 对对 转转 子子 的的 动动 态态 力力 产产 生生 非非 线线 性性 的的 响响 应应 ， 所所 以以 ， 将将 产产 生生 许许 多多 谐谐 波波 频频 率率 。 引引 起起 时时 域

35、域 波波 形形 截截 断断 和和 在在 频频 谱谱 中中 提提 高高 噪噪 声声 地地 平平 。 C C 型型 松松 动动 往往 往往 是是 由由 轴轴 承承 衬衬 套套 在在 其其 盖盖 内内 松松 动动 ， 轴轴 承承 松松 动动 和和 在在 轴轴 上上 旋旋 转转 ， 滑滑 动动 轴轴 承承 或或 滚滚 动动 轴轴 承承 间间 隙隙 过过 大大 ， 叶叶 轮轮 在在 轴轴 上上 松松 动动 等等 引引 起起 的的 。 C C型型 松松 动动 的的 振振 动动 相相 位位 往往 往往 是是 不不 稳稳 定定 的的 ， 这这 一一 次次 测测 量量 到到 下下 一一 次次 测测 量量 可可

36、能能 变变 化化 很很 大大 ， 尤尤 其其 是是 如如 果果 转转 子子 在在 轴轴 上上 的的 位位 置置 从从 这这 一一 次次 起起 动动 到到 下下 一一 次次 起起 动动 漂漂 移移 的的 话话 。 机机 械械 松松 动动 往往 往往 是是 非非 常常 定定 向向 的的 ， 在在 一一 个个 轴轴 承承 座座 的的 径径 向向 方方 向向 每每 隔隔 30 30 度度 测测 量量 的的 振振 动动 值值 完完 全全 不不 同同 。 而而 且且 ， 松松 动动 往往 往往 引引 起起 精精 确确 的的 1/2 1/2 或或 1/3 1/3 转转 速速 频频 率率 的的 亚亚 谐谐 波

37、波 频频 率率 (0. 5 (0. 5 X X， 1. 5X 1. 5X ， 2. 5X 2. 5X 等等 等等 ) )。 第第 七七 类类 转子摩擦转子摩擦 转转 子子 摩摩 擦擦 截截 断断 ， 削削 平平 的的 波波 形形 径 向 共共 振振 7. 7. 转转 子子 摩摩 擦擦 当当 旋旋 转转 件件 与与 静静 止止 件件 相相 接接 触触 时时 ， 转转 子子 摩摩 擦擦 产产 生生 类类 似似 于于 机机 械械 松松 动动 产产 生生 的的 频频 谱谱 。 摩摩 擦擦 可可 能能 是是 局局 部部 的的 ， 也也 可可 能能 是是 整整 个个 转转 子子 一一 周周 都都 摩摩 擦

38、擦 。 通通 常常 ， 产产 生生 一一 系系 列列 频频 率率 ， 往往 往往 激激 起起 一一 个个 或或 多多 个个 共共 振振 。 根根 据据 转转 子子 自自 然然 频频 率率 的的 位位 置置 ， 常常 常常 激激 起起 转转 速速 的的 整整 分分 数数 倍倍 亚亚 谐谐 波波 频频 率率 ( 1/ 2 ( 1/ 2 ， 1/ 3 1/ 3 ， 1/ 4 1/ 4 ， 1/ 5 1/ 5 ， 1/12 1/12 等等 ) ) 。 转转 子子 摩摩 擦擦 可可 激激 起起 许许 多多 高高 频频 ( (类类 似似 于于 粉粉 笔笔 在在 黑黑 板板 上上 拖拖 动动 时时 产产 生

39、生 的的 宽宽 带带 噪噪 声声 ) )。 如如 果果 轴轴 与与 巴巴 氏氏 合合 金金 相相 接接 触触 引引 起起 摩摩 擦擦 时时 ， 它它 可可 能能 非非 常常 严严 重，重， 非非 常常 短短 促促 。整。整 个个 轴轴 圆圆 周周 全全 部部 角角 度度 摩摩 擦擦 可可 产产 生生“ “ 反反 进进 动动 ” ” ， 即即 转转 子子 以以 临临 界界 转转 速速 频频 率率 回回 转转 ， 但但 是是 ， 方方 向向 与与 轴轴 的的 旋旋 转转 方方 向向 相相 反反 ( (可可 导导 致致 灾灾 难难 性性 破破 坏坏 的的 固固 有有 的的 不不 稳稳 定定 ) )。

40、第第 八八 类类滑动轴承故障滑动轴承故障 径径 向向 噪噪 声声 地地 平平 说说 明明 间间 隙隙 过过 大大 / 松松 动动 滑动轴承磨损滑动轴承磨损 / 间隙过大间隙过大 8.1 8.1 滑滑 动动 轴轴 承承 磨磨 损损 故故 障障 或或 间间 隙隙 故故 障障 滑滑 动动 轴轴 承承 磨磨 损损 后后 期期 的的 证证 据据 通通 常常 是是 出出 现现 一一 个个 完完 整整 的的 系系 列列 的的 转转 速速 频频 率率 谐谐 波波 ( (直直 到到 10 10 阶或阶或 20 20 阶阶 ) ) 。 破破 碎碎 的的 滑滑 动动 轴轴 承承 常常 产产 生生 比比 水水 平平

41、方方 向向 振振 动动 大大 的的 垂垂 直直 方方 向向 的的 振振 动动 ， 也也 可可 能能 只只 有有 1 1 转转 速速 频频 率率 的的 一一 个个 明明 显显 的的 尖尖 峰峰 。 间间 隙隙 过过 大大 的的 滑滑 动动 轴轴 承承 可可 让让 小小 的的 不不 平平 衡衡 ， 不不 对对 中中 引引 起起 大大 的的 振振 动动 ， 如如 果果 轴轴 承承 间间 隙隙 调调 整整 达达 到到 规规 定定 的的 要要 求求 ， 则则 振振 动动 很很 小小 。 径径 向向 油油 膜膜 涡涡 动动 不不 稳稳 定定 油膜涡动不稳定油膜涡动不稳定 油膜涡动是转子中心绕轴承中心转动的

42、亚同步现象，其回转频率即振动频率约油膜涡动是转子中心绕轴承中心转动的亚同步现象，其回转频率即振动频率约为转子回转频率的一半，如左上图所示。所以常称为半速涡动或半频涡动。轴为转子回转频率的一半，如左上图所示。所以常称为半速涡动或半频涡动。轴承与转子之间的油膜避免了旋转的转子表面与不旋转的轴承表面之间的直接接承与转子之间的油膜避免了旋转的转子表面与不旋转的轴承表面之间的直接接触，减少两表面间的摩擦和功耗，同时也为支承转子提供了动压力。由于在大触，减少两表面间的摩擦和功耗，同时也为支承转子提供了动压力。由于在大多数情况下，轴承不旋转，轴瓦表面的油膜速度为零，转子轴颈表面的油膜速多数情况下，轴承不旋转

43、，轴瓦表面的油膜速度为零，转子轴颈表面的油膜速度与轴颈表面的速度相同。因此，在层流假设下，油膜沿径向的速度分布如右度与轴颈表面的速度相同。因此，在层流假设下，油膜沿径向的速度分布如右上图所示。油膜的平均周向速度为轴颈表面速度的一半，即转子旋转时，油膜上图所示。油膜的平均周向速度为轴颈表面速度的一半，即转子旋转时，油膜将以轴颈表面速度之半的平均速度环绕运动。实际上，涡动频率总是小于回转将以轴颈表面速度之半的平均速度环绕运动。实际上，涡动频率总是小于回转速度之半。据统计，约为速度之半。据统计，约为0.400.480.400.48X X转速之间。这是轴颈表面比轴瓦表面光滑转速之间。这是轴颈表面比轴瓦

44、表面光滑及轴瓦与轴颈之间滑油的端泄等原因影响的结果。及轴瓦与轴颈之间滑油的端泄等原因影响的结果。 回转频率 /2 回转频率 8. 2 8. 2 油油 膜膜 涡涡 动动 不不 稳稳 定定 油油 膜膜 涡涡 动动 不不 稳稳 定定 出出 现现 在在( 0.40 ( 0.40 到到 0. 48 ) 0. 48 ) 转转 速速 频频 率率 范范 围围 内内 ， 常常 常常 十十 分分 严严 重重 。 当当 振振 动动 幅幅 值值 超超 过过 轴轴 承承 间间 隙隙 的的 百百 分分 之之 四四 十十 时时 ， 认认 为为 振振 动动 过过 大大 。 油油 膜膜 涡涡 动动 是是 油油 膜膜 激激 起起

45、 的的 振振 动动 ， 正正 常常 工工 作作 状状 态态 的的 偏偏 移移 ( (姿姿 态态 角角 和和 偏偏 心心 率率 ) ) 使使 油油 楔楔 “ “ 推推 ” ” 轴轴 在在 轴轴 承承 内内 作作 环环 绕绕 运运 动动 。 旋旋 转转 方方 向向 不不 稳稳 定定 的的 力力 导导 致致 涡涡 动动 ( ( 或或 正正 进进 动动 ) ) 。 油油 膜膜 涡涡 动动 是是 不不 稳稳 定定 的的 ， 因因 为为 它它 增增 大大 离离 心心 力力 ， 离离 心心 力力 增增 大大 涡涡 动动 力。力。 可可 使使 油油 膜膜 不不 再再 能能 支支 承承 轴轴 ， 并并 且且 ，

46、 当当 涡涡 动动 频频 率率 与与 转转 子子 自自 然然 频频 率率 一一 致致 时时 ， 变变 得得 不不 稳稳 定定 。 改改 变变 滑滑 油油 粘粘 度，度， 润润 滑滑 油油 压压 力力 和和 外外 部部 预预 载载 ， 可可 能能 会会 影影 响响 油油 膜膜 涡涡 动动 。 油油 膜膜 振振 荡荡 不不 稳稳 定定 油油 膜膜 涡涡 动动 油膜振荡油膜振荡 质质 量量 不不 平平 衡衡 临临 界界 转转 速速 转转 子子 转转 速速 频频 谱谱 图图 表表 明明 当当 轴轴 转转 速速 通通 过过 第第 二二 阶阶 临临 界界 转转 速速 时时 油油 膜膜 涡涡 动动 变变 为

47、为 油油 膜膜 振振 荡荡 不不 稳稳 定定 频频 率率 油膜振荡不稳定油膜振荡不稳定 随随 着着 转转 子子 转转 速速 的的 提提 高高 ， 油油 膜膜 涡涡 动动 的的 频频 率率 也也 提提 高高 ， 两两 者者 保保 持持 一一 个个 近近 乎乎 不不 变变 的的 恒恒 定定 比比 ， 即即 约约 为为 0.5 0.5 。 但但 是是 ， 当当 转转 子子 回回 转转 频频 率率 约约 为为 其其 一一 阶阶 弯弯 曲曲 临临 界界 转转 速速 的的 两两 倍倍 时时 ， 随随 着着 转转 子子 转转 速速 的的 提提 高高 ， 涡涡 动动 频频 率率 将将 保保 持持 不不 变变

48、， 而而 且且 等等 于于 该该 转转 子子 一一 阶阶 弯弯 曲曲 临临 界界 转转 速速 。 油膜涡动频率等于转子一 阶临界转速且保持不变 转子一阶临界转速 油膜涡动频率 8. 3 8. 3 油油 膜膜 振振 荡荡 不不 稳稳 定定 如如 果果 机机 器器 处处 在在 或或 高高 于于 2 2 转转 子子 自自 然然 频频 率率 运运 转转 时时 ， 可可 能能 出出 现现 油油 膜膜 振振 荡荡 。 转转 子子 进进 入入 两两 倍倍 临临 界界 转转 速速 时时 ， 油油 膜膜 涡涡 动动 频频 率率 将将 非非 常常 接接 近近 临临 界界 转转 速速 频频 率率 ，引，引 起起 过

49、过 大大 的的 振振 动动 ， 油油 膜膜 可可 能能 不不 再再 具具 有有 支支 承承 能能 力力 。 涡涡 动动 速速 度度 实实 际际 将将“ “ 锁锁 定定 ” ” 在在 转转 子子 临临 界界 转转 速速 ， 虽虽 然然 机机 器器 转转 速速 愈愈 升升 愈愈 高高 ， 但但 是是 ， 这这 个个 尖尖 峰峰 不不 能能 通通 过过 它它 ， 产产 生生 以以 转转 子子 临临 界界 转转 速速 频频 率率 的的 横横 向向 正正 进进 动动 亚亚 谐谐 波波 振振 动动 。 这这 是是 一一 种种 可可 导导 致致 灾灾 难难 性性 破破 坏坏 的的 固固 有有 的的 不不 稳

50、稳 定定 的的 振振 动动 。第第 九九 类类 滚动轴承故障滚动轴承故障 滚动轴承术语滚动轴承术语 接触角接触角滚动体滚动体直径直径内环跑道内环跑道内环内环保持架保持架外环外环外环跑道外环跑道内径内径外径外径磁铁座固定的磁铁座固定的振动加速度计振动加速度计 滚动轴承术语滚动轴承术语平均直径6-77滚动轴承类型滚动轴承类型 深 槽 滚 动 轴 承 单 列 双 列 滚 针 轴 承 角 向 接 触 滚 珠 轴 承 圆 柱 滚 棒 轴 承 球 形 滚 棒 轴 承 锥 形 滚 棒 轴 承 单 列 双 列 滚动轴承故障发展过程的四阶段滚动轴承故障发展过程的四阶段 通常约百分之八十至九十的轴承寿命通常约百分

51、之八十至九十的轴承寿命12341X234阶段轴承剩余寿命的百分之十至二十阶段轴承剩余寿命的百分之五至十阶段轴承剩余寿命的百分之一至五阶段一小时至轴承剩余寿命的百分之一灾难性破坏灾难性破坏累积的损伤时间 滚动轴承四种类型故障频率 1.随机的，超声频率-gSE ,HFD ,SPM； 2.轴承零部件自振频率-500至2000赫兹范围，与转速无关； 3旋转的故障频率-内环BPFI，外环BPFO，滚动体BSF和保 持架FTF故障频率 4.和频与差频-轴承若干故障频率之间及其它振源频率相加或相减得出的频率 滚动轴承故障发展的四个阶段滚动轴承故障发展的四个阶段 第一一阶段 ：滚动轴承故障初始初始阶段 第二二

52、阶段 ：滚动轴承轻微轻微故障阶段 第三三阶段 ：滚动轴承宏观宏观故障阶段 第四四阶段 ：滚动轴承故障最后最后阶段 滚动轴承故障四种类型频率滚动轴承故障四种类型频率 第一种 频 率 ： 随机的，超声频率 - 振动尖峰能量 ( g SEg SE )，高频加速度( HFD)和冲击脉冲( SPM )； 第二种频率： 轴承零部件的自振频率 - 在500500到20002000赫兹频率范围内，与转速无关 ； 第三种频率：旋转的故障频率 - 轴承的内环故障(BPFIBPFI)，外环 故障(BPFOBPFO)，滚动体故障(BSFBSF)和保持架故障(FTFFTF)； 第四种频率 ：和频与差频 - 轴承的若干故

53、障频率之间及与其它 振源频率之间相加或相减 注 ： BPFIBPFI-I Inner race defect frequency 内环故障频率 BPFOBPFO-O Outer race defect frequency 外环故障频率 BSFBSF-Rolling element defect frequency滚动体故障频率 FTFFTF-Cage defect frequency保持架故障频率振动尖峰能量振动尖峰能量gSEgSE是美国罗克韦尔自动化是美国罗克韦尔自动化- -集成化状态监测公司的专利技术集成化状态监测公司的专利技术 滚动轴承四种故障频率滚动轴承四种故障频率 滚滚 动动 轴轴

54、承承 保持架故保持架故 障障 频率：频率：FTFFTF 滚动轴承滚动体旋转故障频率：滚动轴承滚动体旋转故障频率： BSFBSF 滚动轴承外环故障频率：滚动轴承外环故障频率：BPFOBPFO 滚动轴承内环故障频率：滚动轴承内环故障频率：BPFIBPFI注注 ： BPFI-Inner race defect frequency 内环故障频率内环故障频率 BPFO-Outer race defect frequency 外环故障频率外环故障频率 BSF-Rolling element defect frequency滚动体故障频率滚动体故障频率 FTF-Cage defect frequency保持

55、架故障频率保持架故障频率 滚动轴承故障频率计算滚动轴承故障频率计算(1) 滚动轴承保持架故障频率：滚动轴承保持架故障频率： FTF=(1/2)NFTF=(1/2)N1+1+（d/Dd/D）Cos +Ni 1-Cos +Ni 1-（d/Dd/D）Cos Cos 滚动轴承滚动体旋转故障频率：滚动轴承滚动体旋转故障频率： BSF=(1/2)(D/d) |No-Ni| 1-(d/D)Cos BSF=(1/2)(D/d) |No-Ni| 1-(d/D)Cos 滚动轴承外环故障频率：滚动轴承外环故障频率： BPFO=(1/2)n |No-Ni| 1-(d/D)CosBPFO=(1/2)n |No-Ni|

56、1-(d/D)Cos 滚动轴承内环故障频率：滚动轴承内环故障频率： BPFI=(1/2)n |Ni- No| 1+(d/D)CosBPFI=(1/2)n |Ni- No| 1+(d/D)Cos以上符号：以上符号： d=d=滚动体直径；滚动体直径； D= D=滚动轴承平均直径滚动轴承平均直径( (滚动体中心处直滚动体中心处直径径) )； =径向方向接触角；径向方向接触角； n= n=滚动体数目；滚动体数目； No=No=轴承外环角速度；轴承外环角速度； Ni= Ni=轴承内环角速度轴承内环角速度(=(=轴转速轴转速).).注：注：1.1.滚动轴承没有滑动；滚动轴承没有滑动；2.2.滚动轴承几何尺

57、寸没有变化；滚动轴承几何尺寸没有变化；3.3.轴承外环和轴承轴承外环和轴承内环都旋转内环都旋转. . 滚动轴承故障频率计算滚动轴承故障频率计算(2) 滚滚 动动 轴轴 承承 保持架故保持架故 障障 频率：频率： FTF=(N/2)FTF=(N/2)1-1-（d/Dd/D）Cos Cos 滚动轴承滚动体旋转故障频率：滚动轴承滚动体旋转故障频率： BSF=(N/2)(D/d)1-(d/D)Cos BSF=(N/2)(D/d)1-(d/D)Cos 滚动轴承外环故障频率：滚动轴承外环故障频率： BPFO=(N/2)n1-(d/D)CosBPFO=(N/2)n1-(d/D)Cos 滚动轴承内环故障频率：

58、滚动轴承内环故障频率： BPFI=(N/2)n1+(d/D)CosBPFI=(N/2)n1+(d/D)Cos以上符号：以上符号： d=d=滚动体直径；滚动体直径； D=D=滚动轴承平均直径滚动轴承平均直径( (滚动体中心处直径滚动体中心处直径) )； =径向方向接触角；径向方向接触角； n= n=滚动体数目；滚动体数目； N=N=轴的转速。轴的转速。注：注：1.1.滚动轴承没有滑动；滚动轴承没有滑动；2.2.滚动轴承几何尺寸没有变化；滚动轴承几何尺寸没有变化；3.3.轴承外轴承外环固定不旋转环固定不旋转. . 滚动轴承故障频率计算滚动轴承故障频率计算(3)-经验公式经验公式 滚动轴承外环故障频

59、率：滚动轴承外环故障频率： BPFOr0.4NnBPFOr0.4Nn 滚动轴承内环故障频率：滚动轴承内环故障频率： BPFIr0.6Nn BPFIr0.6Nn 滚滚 动动 轴轴 承承 保持架故保持架故 障障 频率：频率： FTFr0.4NFTFr0.4N 以上符号：以上符号： n=n=滚动体数目；滚动体数目； N=N=轴的转速。轴的转速。注：注：1.1.滚动轴承没有滑动；滚动轴承没有滑动；2.2.滚动轴承几何尺寸没有变化；滚动轴承几何尺寸没有变化；3.3.轴承外环固轴承外环固定不旋转定不旋转.4.4.当滚动体数目在当滚动体数目在 6 6 至至 12 12 范围内时以上公式计算结果很精范围内时以

60、上公式计算结果很精确确 滚动轴承故障频率计算滚动轴承故障频率计算(4)-估算公式估算公式 滚动轴承外环故障频率：滚动轴承外环故障频率： BPFOeN(0.5n-1.2)BPFOeN(0.5n-1.2) 滚动轴承内环故障频率：滚动轴承内环故障频率： BPFIeN(0.5n+1.2)BPFIeN(0.5n+1.2) 滚动轴承滚动体故障频率：滚动轴承滚动体故障频率： BSFeN(0.2n-1.2/n) BSFeN(0.2n-1.2/n) 滚动轴承保持架故障频率：滚动轴承保持架故障频率： FTFeN(0.5-1.2/n) FTFeN(0.5-1.2/n) 以上符号：以上符号： n=n=滚动体数目；滚动