振动基础和典型机械故障诊断

典型机械故障的振动分析及诊断振动的基本概念

惯性力阻尼力弹性力干扰力表征振动的三个要素：振动幅值、频率（周期）、相位有阻尼的强迫振动及其特性W/WoW/Wo现场设备实际的振动波形

振动信号的采集与处理快速富里叶分析(FFT)原理用振动分析方法监测设备状态分析方法幅值分析：振动总值（振动水平、列度）、变化趋势、机械动态特性频谱分析：引起设备振动原因的具体分析相位分析：设备振动原因的进一步确认、共振（相频特性）、动平衡分析波形分析：振动总值（峰值、峰峰值…）、周期、拍节峰值能量谱分析：轴承、齿轮…振动分析的过程：问诊→监测→诊断→措施问诊：了解设备背景，列出可能引起振动的原因

设备结构（传动链参数，如齿轮齿数、轴承型号、皮带轮直径等）、设备的动态特性等信息;设备运行工况，过程参数：温度、压力、转速、负荷设备维修档案监测:

确定振动监测和分析方案

测试的工况（转速、负荷）；测点位置；测试参数（振动位移、速度、加速度）；绝对振动、相对振动测试振动的方向（H/V/A）数据类型（幅值、频谱、波形、相位）信号检测类型：峰值、峰峰值、有效值振动分析的过程：问诊→监测→诊断→措施诊断：引起振动的原因和部位

振动幅值趋势分析振动波形识别频谱分析、峰值能量谱分析频响特性与相干分析瞬时频率变化与相位分析措施：给出结论继续运行；还能运行多久?维修、检查；部位?不同设备故障的振动特点常见的的设设备故故障障不平衡衡偏心转转子子轴弯曲曲不对中中松动转子与定定子摩擦擦滑动轴轴承承滚动轴轴承承齿轮故故障障力不平衡衡力偶不平平衡动不平衡衡悬臂转子子不平衡衡角不对中中平行不对对中轴承不对对中联轴节故故障结构框架架/底座座松动轴承座松松动轴承等部部件松动动齿轮磨损损齿轮偏心心齿轮不对对中质量不不平平衡A同频占主主导，相相位稳定定。如果果只有不不平衡，，1X幅幅值大于于等于通通频幅值值的80％，且且按转速速平方增增大。通常水平平方向的的幅值大大于垂直直方向的的幅值，，但通常常不应超超过两倍倍。同一设备备的两个个轴承处处相位接接近。水平方向向和垂直直方向的的相位相相差接近近90度度。典型的频频谱相位关系系力不平平衡衡质量不不平平衡B典型的频频谱相位关系系力偶不不平平衡同频占主主导，相相位稳定定。振幅幅按转速速平方增增大。需需进行双双平面动动平衡。。偶不平衡衡在机器器两端支支承处均均产生振振动，有有时一侧侧比另一一侧大较大的偶偶不平衡衡有时可可产生较较大的轴轴向振动动。两支承径径向同方方向振动动相位相相差180。质量不不平平衡C动不平衡衡是前两两种不平平衡的合合成结果果。仍是同频频占主导导，相位位稳定。。两支承处处同方向向振动相相位差接接近典型的频频谱相位关系系动不平平衡衡质量不不平平衡Ｄ悬臂转子子不平衡衡在轴向向和径向向都会引引起较大大1X振振动。轴向相位位稳定，，而径向向相位会会有变化化。悬臂式转转子可产产生较大大的轴向向振动，，轴向振振动有时时甚至超超过径向向振动。。两支承处处轴向振振动相位位接近。。往往是力力不平衡衡和力偶偶不平衡衡同时出出现典型的频频谱相位关关系系悬臂转转子子不平平衡衡偏心转转子子当旋转的的皮带轮、、齿轮、、电机转转子等有几何何偏心时时，会在在两个转转子中心心连线方方向上产产生较大大的1X振动；；偏心泵除产生1X振动动外，还还由于流流体不平平衡会造造成叶轮轮通过频频率及倍倍频的振振动。垂直与水水平方向向振动相相位相差差为0或或180。采用平衡衡的办法法只能消消除单方方向的振振动。典型的频频谱相位关关系系轴弯弯曲曲振动特征征类似动动不平衡衡，振动动以1X为主，，如果弯弯曲靠近近联轴节节，也可可产生2X振动动。类似似不对中中、通常常振幅稳稳定，如如果2X与供电电频率或或其谐频频接近，，则可能能产生波波动。轴向振动动可能较较大，两两支承处处相位相相差180度。。振动随转转速增加加迅速增增加，过过了临界界转速也也一样。。典型的频频谱相位关系系不对对中中有资料表表明现有有企业在在役设备备30％％－50％存在在不同程程度的不不对中，，严重的的不对中中会造成成设备部部件的过过早损坏坏，同时时会造成成能源的的浪费。。不对中既既可产生生径向振振动，又又会产生生轴向振振动；既既会造成成临近联联轴节处处支承的的振动，，也会造造成远离离联轴节节的自由由端的振振动。不不对中易易产生2X振动动，严重重的不对对中有时时会产生生类似松松动的高高次谐波波振动。。相位是判判断不对对中的最最好判据据。不

对中中A角不对中中产生较较大的轴轴向振动动，频谱谱成分为为1X和和2X；；还常见见1X、、2X或或3X都都占优势势的情况况。如果2X或3X超过1X的30％到到50％％，则可可认为是是存在角角不对中中。联轴节两两侧轴向向振动相相位相差差180度。典型的频频谱相位关系系角不对对中中不

对中中B典型的频频谱相位关关系系平行不不对对中平行不对对中的振振动特性性类似角角不对中中，但径径向振动动较大。。频谱中2X较大大，常常常超过1X，这这与联轴轴节结构构类型有有关。角不对中中和平行行不对中中严重时时，会产产生较多多谐波的的高谐次次（4X~8X）振动动。联轴节两两侧相位位相差也也是180度。。不

对中中C轴承不对对中或卡卡死将产产生1X,2X轴向向振动，，如果测测试一侧侧轴承座座的四等等分点的的振动相相位，对对应两点点的相位位相差180度度。通过找对对中无法法消除振振动，只只有卸下下轴承重重新安装装。典型的频频谱相位关系系轴承不不对对中中不

对中中D如果联轴轴节的短短节过长长或过短短，通常常会产生生明显的的3X振振动。齿型联轴轴节卡死死会引起起轴向和和径向振振动，通通常轴向向大于径径向，频频谱以1X为主主，兼有有其它谐谐频，也也有出现现4X为为主的实实例。振动随负负荷而变变，1X明显。。松动的联联轴节将将引起啮啮合频率率及叶片片通过频频率的振振动，其其周围分分布1X旁瓣。。联轴节节故故障对中不不良良设备备的的轴心心轨轨迹机械松松动动松动本身身不是纯纯粹的的故障，，不会直直接产产生振动动，但它它可放放大故障障的作用用。A结构框框架架或底底座座松动动B轴承座座松松动C轴承等等部件件配合合松动动A.结构框框架架/底底座松松动动振动特征征:类似不平平衡或不不对中，，频谱主主要以1X为主主。振动具有有局部性性，只表表现在松松动的转转子上。。同轴承径径向振动动垂直，，水平方方向相位位差0或或180度。底板连接接处相邻邻结合面面的振动动相位相相差180度。。如果轴承承紧固是是在轴向向，也会会引起类类似不对对中的轴轴向振动动。包括如下下几方面面的故障障支脚、底底板、水水泥底座座松动/强度不不够；框架或底底板变形形；紧固固螺丝松松动。B.由于结构构/轴轴承座晃晃动或开开裂引起起的松动动振动特征征:主要以2X为特特征(主主要是径径向2X超过1X的50%)幅值有时时不稳定定振动只有有伴随其其它故障障如不平平衡或不不对中时时才有表表现，此此时要消消除平衡衡或对中中将很困困难。在间隙达达到出现现碰撞前前，振动动主要是是1X和和2X；；出现碰碰撞后，，振动将将出现大大量谐频频。包括如下几几方面的故故障结构或轴承承座开裂支承件长度度不同引起起的晃动部件间隙出出现少量偏偏差时(尚尚无碰撞)紧固螺丝松松动。C.轴承在轴承承座内松动动或部件配配合松动振动特征:常常出现大大量的高次次谐频，有有时10X，甚至20X，松松动严重时时还会出现现半频及谐谐频(0.5X,1.5X..)成分。。半频及谐频频往往随不不平衡或不不对中等故故障出现。。振动具有方方向性和局局部性。振动幅值变变化较大，，相位有时时也不稳定定。包括如下几几方面的故故障轴承在轴承承座内松动动轴承内圈间间隙大轴承保持架架在轴承盖盖内松动轴承松动或或与轴有相相对转动转子摩摩擦转子在转动动过程中与与定子的摩摩擦会造成成严重的设设备故障在摩擦过程程中,转转子刚度发发生改变从从而改变转转子系统的的固有频率率,可能能造成系统统共振。往往会激起起亚谐波振振动(1/2X,1/3X.),严严重时出出现大量的的谐频(1/2X,1.5X,2.5X...)，，并伴随有有噪音。轴径和滑动动轴承钨金金干摩电动机转子子与定子接接触叶轮与扩压压器口接触触汽轮机叶片片与静叶严重摩摩擦轻微摩摩擦轴与汽封摩摩擦联轴器罩摩摩轴皮带摩擦皮皮带罩叶片摩擦外外罩典型的摩擦擦波形润滑油油不足足引起起的频频谱滚动轴轴承有资料显示示仅有10％～20％的轴承承达到或接接近设计寿寿命.其其余部分因因为如下各各种原因达达不到设计计寿命:润滑不当,使用错错误的润滑滑剂；润滑滑剂或轴承承内混入赃赃物或杂质质；运输或或存放不当当；选型不不当、安装装错误等.振动监测的的最终目的的是通过跟跟踪轴承状状态了解何何时需要更更换轴承.位移：不易易用于轴承承的监测。。加速度：可可早期发现现轴承的故故障征兆，，应与速度度联用。使用包络技技术或gSE监测参参数的的选择择第一阶段：轴承故障出出现在超声声段20～～60KHz,它它们可用用gSE、、高频(HFD)g来测量、、评定。例例如：某轴轴承在第一一阶段的尖尖峰能量值值为0.25gSE(实测数数值与测试试位置和机机械转速有有关)。第二阶段：轻微的轴承承故障开始始“敲击””出轴承元元件的固有有频率段，，一般在500～2KHz范范围内；本本阶段后期期表现为，，在固有频频率附近出出现边频（（例：0.25gSE～0.5gSE）滚动轴轴承故故障谱谱特征征(1)第三阶段：轴承出现磨磨损故障频频率和谐波波出现；磨磨损发展展时出现更更多故障频频率谐波，，并且边带带数目增多多，振动尖尖峰能量值值继续增大大。第四阶段：：这一阶段甚甚至影响1X分量，，并引起其其它倍频分分量2X、、3X等的的增大。轴轴承故障频频率和固有有频率开始始“消失””被随机机振动或噪噪音代替，，高频量和和尖峰能量量值很大。。滚动轴轴承故故障谱谱特征征(2)滚动轴轴承故故障频频谱滚动轴轴承故故障前前后gSE谱滑动轴轴承滑动轴承摩摩擦后期通通常出现一一系列倍频频成分（多多达10X～20X）。老的滑动轴轴承往往产产生垂直方方向比水平平方向振幅幅更大的振振动。间隙过大的的滑动轴承承可能会导导致不平衡衡、不对中中等引起的的振动更大大。摩擦/间隙隙过大的频频谱油膜振荡松动，1/2X