《振动诊断》课件

第4章振动诊断4.1

振动信号的采集

4.2振动诊断的内容与方法

4.3

转轴的振动诊断

4.4

齿轮的的振动诊断

4.5

轴承的诊断1精选ppt第4章振动诊断4.1振动信号的采集

4.2振动诊断的内几个基本认识：设备在运行中或多或少总会产生振动：广泛性设备发生故障时，振动将发生改变（通常振幅会增大）：可能性不同类型、性质、原因和部位产生的故障所激发的振动将具有不同的特征。这些特征可表示为频率成分、幅值大小、波形形状，能量分布状况等：可识别性振动信号性质、特征不仅与故障有关．还与设备的特性（如固有频率）、检测位置、传递路径等有关：复杂性2精选ppt几个基本认识：2精选ppt4.1

振动信号的采集 信号采集是对不易测量的物理量(力、位移、转角、噪声等)，通过传感器转换为易于测量的物理量(电压、电流)。 振动信号的测量参量可以是位移、速度和加速度。对旋转机械还需要测量转速。下面分别介绍其测量用的传感器。3精选ppt4.1振动信号的采集 信号采集是对不易测量的物理量(力、位一、测振传感器1．电涡流振动位移传感器 电涡流振动位移传感器是在线圈中通以高频电，由于电磁感应在被测体中产生电涡流，电涡流将产生一个涡流磁场，反过来使线圈的阻抗、电感和品质因素改变，且改变量与线圈到被测体的距离有关，因此把位移量转化成了电量。 电涡流位移传感器的频率响应范围约为0～10KHz。4精选ppt一、测振传感器4精选ppt2．磁电式速度传感器 传感器因被测体的激振而作强迫振动，传感器内的磁钢与线圈发生相对运动，切割磁力线，产生感应电动势，其大小与切割磁力线的速度正比。 当被测体的运动频率远大于传感器的固有频率时，磁钢与线圈间的相对运动与壳体（被测物）的运动同步，两者的速度相等。因此感应电动势的大小与被测物的振动速度成正比。5精选ppt2．磁电式速度传感器5精选ppt磁电式速度传感器有两种形式：一种是将磁钢固定在壳体上，弹簧与线圈连接（如下图）；另一种是线圈固定在壳体上，弹簧与磁钢连接。磁电式速度传感器的频率响应范围约10～2KHz。6精选ppt磁电式速度传感器有两种形式：6精选ppt3．压电式加速度传感器测量原理是：它首先将输入的绝对振动加速度转换成质量块对壳体的相对位移（两者成正比）。再经“硬弹簧”转换成与其成正比的力，最后经压电片转换成电荷输出。当被测体的运动频率远小于传感器的固有频率时，压电元件表面的电荷量与被测体的振动加速度幅值成正比。1一基座，2一压电元件，3一质量块，4一预紧弹簧7精选ppt3．压电式加速度传感器1一基座，2一压电元件，3一质量块，4压电式加速度传感器的频率响应范围约为0~50KHa。安装方法主要有:钢螺栓固定粘接永久磁铁手持探针8精选ppt压电式加速度传感器的频率响应范围约为0~50KHa。8精选p4．电阻应变式加速度计 基础振动带动质量块产生振动，从而使悬臂梁产生弯曲变形，粘贴在梁上的应变片随之变形。由加速度频率特性可知，位移与输入加速度成比例，而粘贴在梁上的应变片将质量块的相对壳体位移转换成电阻变化，再经电桥转换成电压输出。 电阻应变式加速度计工作频率较低，为0~1KHz，可测量超低频振动，常与动态应变仪配合使用。9精选ppt4．电阻应变式加速度计9精选ppt5.磁阻式磁电转速传感器 由线圈和磁铁组成，线圈和磁铁都是静止的。被测物旋转时会改变传感器磁路的磁阻，因而改变贯穿线圈的磁能量，在线圈中产生感应电动势，感应电动势的频率反映出被测物转速的大小。10精选ppt5.磁阻式磁电转速传感器10精选ppt6.光电式转速传感器 核心部件是光电管，它能根据光电效应将光能转换为电能。它分为直射式和反射式两类。 直射式光电转速传感器的读数盘和测量盘有间隔相同的缝隙。测量盘随被测物体转动，每转过一条缝隙，从光源投射到光敏元件上的光线产生一次明暗变化，光敏元件即输出电流脉冲信号。这样，输出的脉冲数就反映了被测物的转速。11精选ppt6.光电式转速传感器11精选ppt 采用反射式光电转速传感器测量时，先在被测旋转物体表面贴一反光片，当该反光片旋转到传感器所在位置时，传感器收到的反射光的强度将增强，光电管处于“开”的状态，传感器将输出一个电脉冲；旋转物体的其他表面通过传感器时，光电管处于“闭”的状态，传感器没有电脉冲输出。输出的脉冲数就反映了被测物的转速。12精选ppt 采用反射式光电转速传感器测量时，先在被测旋转物体表面贴一反二、选用传感器应考虑的问题:1．测量范围:又称量程，必须保证不超过传感器的测量量程。2.频响范围:振动参量的最显著特性就是其频率构成特性，即一个机械振动信号往往是由许多频率不同的信号叠加而成。传感器的频响特性要好，也就是要求其幅频特性的水平范围尽可能宽,频率下限尽可能地低，频率上限尽可能地高。3.灵敏度:一般而言，总是希望传感器的灵敏度尽量高，以便检测微小信号。要求传感器的信噪比(S/N)要高，有效地抑制噪声信号4.精度

5.稳定性:包括时间稳定性和环境稳定性 此外，传感器的工作方式、外形尺寸、重量等也是需要考虑的因素。

13精选ppt二、选用传感器应考虑的问题:13精选ppt三、信号调理 信号调理的作用是提高信号测量的准确性，并保护测量系统。具体功能有：1)为A／D转换器提供适合其输入量程的输入信号；将输入电压化为A/D转换器的输入信号电压范围0-5v（或10V）。2)运用隔离技术抑制共模干扰电压。3)信号滤波及线性化处理。14精选ppt三、信号调理14精选ppt4.2振动诊断的内容与方法一、振动诊断工作的内容确定诊断对象：量力而行，重点突出2.确定检测方式便携式测振仪作现场测量。现场用记录仪(如磁带)记录振动数据，实验室分析。使用永久监测设备，不间断地监测系统若干点的振动，并对振动数据作实时分析。设备停机或运行时，外加激振力，同时测量激振力和振动响应，然后进行分析。15精选ppt4.2振动诊断的内容与方法一、振动诊断工作的内容15精选3.选定测量参数可测量的振动参量可以是位移、速度和加速度。可以根据所关心的振动频率构成来进行选择。a=ωv=ω2s，ω大时，a，v的测量灵敏度较高。当振动频率在0－100Hz时，常使用位移传感器；当振动频率在10－1000Hz时，推荐使用速度传感器，也可以使用加速度传感器；如果测量的振动频率高于1000Hz，一般采用加速度传感器。16精选ppt3.选定测量参数16精选ppt4．选择监测点：包括监测点的位置和数量。选择的原则是：能全面描述设备的振动状态；是设备振动的敏感点；是离设备核心部位近的关键点；是容易产生劣化的易损点。 监测点一经确定，就应该作标记，以保证在同一点测量。17精选ppt17精选ppt测量旋转机械振动时：对非高速旋转体，一般测轴承振动；对高速旋转体，测轴的振动位移。因为高速时轴承振动的测定灵敏度下降。 测量轴的振动时，一般测轴与轴承座的相对振动。 测轴承振动时，测量点应尽量靠近轴承的承载区。18精选ppt测量旋转机械振动时：18精选ppt 对于低频振动，应在水平和垂直两个方向同时测量，必要时还要在轴向测量。 对于高频振动，一般只测一个方向，因为高频振动对方向不敏感。19精选ppt 对于低频振动，应在水平和垂直两个方向同时测量，必要时还要在5．确定测量周期：可以是定期检测、随机检测或长期监测。有故障史的：诊断周期<故障发生间隔的1/10高速旋转机械：每天普通旋转机械：每周20精选ppt5．确定测量周期：20精选ppt6．确定记录内容：设备编号、名称；设备基本参数(如转速、输出功率)；测量参数；测量点和测量方向；测量周期；测量结果；测量条件；初始值(或标准值)；评价标准；保养维修记录；老化特性曲线示意图等。21精选ppt6．确定记录内容：21精选ppt7．确定判断标准绝对判别标准： 将被测量与事先设定的标准状态门槛值相比较。 如ISO2372建议的绝对判别标准，适用于转速10~200r/s，频率10~1000Hz的旋转机械。22精选ppt7．确定判断标准22精选ppt

转机振动标准举例(轴承振动)

ISO2372，ISO3945

振动烈度：振动速度的有效值测量频率范围10～1000HzI级：小型机械例15kW以下电机II级：中型机械例15～75kW以下电机和300kW以下机械III级：大型机械，刚性基础600～12000r/minIV级：大型机械，柔性基础600～12000r/min0.280.450.711.121.82.84.57.111.2182845A－优，B－良，C－可，D－不可23精选ppt

转机振动标准举例(轴承振动)

ISO2372，ISO39(轴振动)转机振动标准举例VDI－德国工程师协会IEC－国际电工协会API－美国石油协会NEMA－

MITI/JEAC－

24精选ppt(轴振动)VDI－德国工程师协会24精选ppt2)相对判别标准： 连续监测设备的运行，根据被测量依运行时间的相对变化规律进行判别。25精选ppt2)相对判别标准：25精选ppt相对法确定振动限值12345678滚动轴承齿轮旋转机械滑动轴承＝(2~3)＝(4~6)报警值危险值正常值正常值26精选ppt相对法确定振动限值123453)类比判别标准： 把数台相同的设备或零部件在相同环境下的测量值进行比较。27精选ppt3)类比判别标准：27精选ppt类比法确定振动限值CBAD

C泵的振动超过同类诸泵的振动一倍，C泵应定为有故障28精选ppt类比法确定振动限值CBADC泵的振动超过同类诸泵的28精二、振动诊断的一般方法1．时域幅值诊断 常以检测点振动参量(位移、速度或加速度)的均方根值（有效值）作为判断标准。如振动烈度。 其他常用指标有：峰值、峭度等。29精选ppt二、振动诊断的一般方法29精选ppt2．振幅—时间图诊断法主要测量机器开机和停机过程中振幅随时间变化的过程。30精选ppt2．振幅—时间图诊断法30精选ppt3．频谱（spectrum）诊断法根据功率谱或振幅谱进行诊断。31精选ppt3．频谱（spectrum）诊断法31精选ppt4．频率响应函数诊断法 对机器施加激振力，测量其频率响应函数H(ω)，与标准值(或初始值)对比，根据差异情况判别机器状况。频率响应函数定义为H(ω)=Y(ω)/X(ω)，式中，Y(ω)一输出信号y(t)的傅立叶变换，X(ω)一输入信号x(t)的傅立叶变换。注：经推导可得出H(ω)＝Gxy(ω)／Gx(ω)，从而可利用功率谱的多次采样平均或进行频率光滑，大大减小H(ω)测量的随机误差。32精选ppt4．频率响应函数诊断法32精选ppt5．倒频谱（Cepstrum）诊断法倒频谱是频域函数的对数值进行傅立叶逆变换。复倒频谱：

τ称为倒频率，单位是时间。实倒频谱：33精选ppt5．倒频谱（Cepstrum）诊断法τ称为倒频率，单位是时利用倒频谱可对信号进行分解,以识别信号的组成。设系统的输出为y(t),输入为x(t)，脉冲响应函数为h(t)，则：式中*表示卷积。利用倒频谱，可将信号的频谱与传递函数的频谱分离。34精选ppt利用倒频谱可对信号进行分解,以识别信号的组成。式中*表示卷35精选ppt35精选ppt例如：在轴承振动信号的检测过程中,当传感器置于轴承的不同位置时,故障发出的冲击激励将通过不同的传递途径被传感器接受,由于传递途径不同,导致传递函数不同,而使功率谱图不同,然而反映在它们的倒频谱图上,与故障相应的倒频谱波峰是相同的。36精选ppt例如：在轴承振动信号的检测过程中,当传感器置于轴承的不同位6．转速谱图诊断法 转速谱图诊断法用于旋转机械的诊断。转速谱图又称频谱瀑布图，是把不同转速下相应的各自功率谱图画在同一张图上，形成一个‘‘三维’’图谱。37精选ppt6．转速谱图诊断法37精选ppt 通过测量出机器运转时的转速谱图，与标准转速谱对比，根据差异情况，可辨认故障苗头。 通过了解机组振动在骤变过程或启停机过程中各个频率成分的幅值变化，可以判断机器的临界转速、振动原因以及阻尼情况。比如，机组过临界转速、轴承发生油膜振荡、零件磨损以及各种突发性的亚异步振动等，均可以在这张图上获得分析故障原因的有用信息。38精选ppt 通过测量出机器运转时的转速谱图，与标准转速谱对比，根据差异7．相关分析诊断法 相关分析诊断法可用于确定系统中某点的振动响应的大小主要与哪个输入有关。 如司机座椅振动过大，是由发动机振动引起的，还是由车轮不平衡惯性力引起的？每个车轮的影响有多大？这个问题可通过测量发动机、每个车轮与座椅振动间的相干函数来观察求解。39精选ppt7．相关分析诊断法39精选ppt8．系统参数诊断法 根据模态参数识别实验，测出多自由度系统振动方程[M]{x’’}+[B]{x’}+K{x}={f}中的质量矩阵M、阻尼矩阵B和刚度矩阵K(三者总称系统参数)。 若系统参数在设备使用过程中发生变化，就反映出一定问题。如刚度变化变小，说明可能有松动或裂纹；若阻尼变小可能是阻尼器漏油、橡胶元件老化；阻尼变大可能是介质粘度增加。 该方法测量工作量很大，应用较少。40精选ppt8．系统参数诊断法40精选ppt转轴的常见故障：不平衡不同轴(不对中)机械松动自激振动(如油膜振荡，它是由于工作频率与油膜涡动频率产生共振造成)其他4.3转轴的振动诊断41精选ppt转轴的常见故障：4.3转轴的振动诊断41精选ppt一、振动诊断方法1．时域诊断 利用时域波形图进行诊断，时域波形图显示各个振动通道所测的振动位移(总振值)与时间(周期)的变化关系。 在正常状态下，波形图应为较平滑的正弦波，且重复性好。42精选ppt一、振动诊断方法42精选ppt动不平衡：在一个周期内为典型的正弦波，且振幅较大；对中不良：在一个周期内波峰翻倍，波形光滑、稳定重复性好；磨损：波峰多，波形毛糙、不稳定：自激振动：波形杂乱、重复性差、波动性大。43精选ppt动不平衡：在一个周期内为典型的正弦波，且振幅较大；43精选p2．频域诊断 频域诊断利用频谱图进行诊断，频谱图显示了各种频率下的振动分量的振幅值。 转轴的振动诊断基于对各类缺陷的激振频率及其振动波形的识别。 在正常状态下，转轴的一倍频总是最大，二倍频小于一倍频的一半，低频(自选频段)微量，三倍频、四倍频、……逐步递减。44精选ppt2．频域诊断44精选ppt1）转子不平衡故障的频谱波形为简谐波，少毛刺。轴心轨迹为圆或椭圆。1X频率为主。轴向振动不大。振幅随转速升高而增大。过临界转速有共振峰。透平风机TOTI齿轮箱1X频率(水平)1X频率(水平)1X频率(铅垂)1X频率(铅垂)轴向很小轴向很小45精选ppt1）转子不平衡故障的频谱波形为简谐波，少毛刺。透平风机TOT2)转子不对中故障的频谱

正确对中e=0,

=0平行不对中e0,=0角度不对中e=0,0综合不对中e0,0转子不对中的类型46精选ppt2)转子不对中故障的频谱正确对中e=0,=转子不对中故障的频谱出现2X频率成分。轴向振动一般较大。与转速关系不大轴心轨迹成香蕉形或8字形。本例中，出现叶片通过频率。电机水泵POPIMOMI1X频率2X频率叶片通过频率47精选ppt转子不对中故障的频谱出现2X频率成分。电机水泵POPI 半径方向存在位移量不对中时，2倍频、3倍频的幅值往往高于基频的幅值（图A）。角度不对中时，两个联轴节沿轴向方向的运动表现在基频有较大的幅值（图B）。48精选ppt 半径方向存在位移量不对中时，2倍频、3倍频的幅值往往高于基3)转子系统松动故障的频谱波形出现许多毛刺。谱图中噪声水平高。出现精确的倍频2X，3X…等成分。松动结合面两边，振幅有明显差别。电机水泵POPI转速的精确倍频成分本例中最高出现16X成分噪声水平高49精选ppt3)转子系统松动故障的频谱波形出现许多毛刺。电机水泵PO4)松动故障引起的间入谐量未松动时的频谱松动时的频谱

出现0.5X，1.5X，2.5X，3.5X...等频率成分50精选ppt4)松动故障引起的间入谐量未松动时的频谱50精选ppt小结：一倍频：转子动不平衡、轴承工作不良、转子对中不良均会引起一倍频增大，发生概率依次降低；二倍频：转子对中不良，会引起二倍频增大：自选频段：(0.4～0.49)倍工频，油膜失稳会引起该频率段增大，此外，旋转失速(喘振的先兆)的频率为(0.4～0.8)倍工频，也有可能使得该部分振值增加。剩余频率：该部分的振值高时，转子有可能发生松动，或较强的摩擦。51精选ppt小结：51精选ppt3．轴心轨迹分析 显示转子轴心相对于轴承座的运动轨迹。52精选ppt3．轴心轨迹分析52精选ppt 在正常情况下，轴心轨迹为一椭圆形。若轴心轨迹的形状、大小的重复性好，则表明转子稳定。53精选ppt 在正常情况下，轴心轨迹为一椭圆形。若轴心轨迹的形状、大小的4．奈奎斯特图 把开机、运行、停机过程中振幅与相位随转速变化关系用极坐标的形式表示出来，又称极坐标图。54精选ppt4．奈奎斯特图54精选ppt 图中最大振幅所对应的转速即为转子的实际临界转速。 如果看到有一些小圈，则可能是由于转子以外的元件振动，如管道、连轴节、机壳、基础等对转子产生的谐波作用。55精选ppt 图中最大振幅所对应的转速即为转子的实际临界转速。55精选p二、诊断实例 某钢厂转炉风机机组的电机转速为2970r/min，旋转频率为49.5Hz，功率为500kW。测点布置如图所示，为六个轴承部位的测点。该机组的振动速度初期值为2.8mm／s。运行一月后，振动加剧，检测分析发现，频谱都是一倍频占主导地位，从6#测点的水平径向频谱图可以看出，振动能量主要在径向，尤其是水平径向，激振频率与转轴的旋转频率49.5Hz相同，主导频率是一倍频振动，能量集中在轴频上，应是不平衡引起的，开盖检查发现叶轮上积灰严重且不均匀，造成转子不平衡。清灰后振动明显减小，均在2.9mm/s以内。56精选ppt二、诊断实例56精选ppt4.4齿轮的振动诊断一、齿轮的主要故障形式制造误差引起：偏心、齿形误差等装配误差引起：不对中等使用过程中出现损伤：57精选ppt4.4齿轮的振动诊断一、齿轮的主要故障形式57精选ppt58精选ppt58精选ppt二、齿轮的振动特征1．齿轮的啮合频率fm对定轴齿轮:fn=zf0=nz／60式中z为齿数，f0为旋转频率，n为轴的转速（r/min）；59精选ppt二、齿轮的振动特征59精选ppt对行星齿轮:fm＝zr(nr+nc)／60式中zr为任一参考轮(指中心轮或行星轮)的齿数，nr为参考轮的转速，nc为转臂的回转速度，方向相反时，nc取正。60精选ppt对行星齿轮:60精选ppt2．齿轮的固有频率fc fc一般为1K~10KHz的高频振动。 当这种高频振动传到齿轮箱等机件时，高频冲击振动已衰减，多数情况下只能测到齿轮的啮合频率。61精选ppt2．齿轮的固有频率fc61精选ppt3．齿轮的异常振动齿面均匀磨损： 一方面使得fm成分的振幅增大，一方面会引发高频振动。62精选ppt3．齿轮的异常振动62精选ppt2)齿轮偏心： 齿轮每转中，压力时大时小，使啮合振动的振幅受旋转频率fr的调制(调幅)，其频谱包含旋转频率fr、啮合频率fm及其边频带fm±fr。63精选ppt2)齿轮偏心：63精选ppt3)齿轮局部缺陷： 如个别轮齿折损、点蚀、裂纹等，将激发大的冲击振动，主要频率成分为旋转频率fr及其高次谐波nfr、并固有频率振动。64精选ppt3)齿轮局部缺陷：64精选ppt4)齿距误差： 齿轮每转中，速度时快时慢，使啮合振动频率fm受旋转频率fr的调制(调频)，其频谱包含旋转频率fr、啮合频率fm及其边频带fm±nfr。65精选ppt4)齿距误差：65精选ppt三、齿轮的振动诊断方法1．功率谱分析：根据频谱特征进行诊断。66精选ppt三、齿轮的振动诊断方法66精选ppt齿轮故障的频谱齿轮啮合频率等于齿数乘以齿轮转速频率。齿轮啮合频率两边有边频，间距为1X。随着齿轮故障发展，边频越来越丰富，幅值增加。可用倒频谱作进一步分析OUBSISOL齿轮箱上辊下辊输入轴啮合频率GMF上边频下边频2X67精选ppt齿轮故障的频谱齿轮啮合频率等于齿数乘以齿轮转速频率。OUBS例：东风4机车前变速箱齿轮诊断。 柴油机空载，输入轴转速430r／min。测点布置如下，采样周期为10KHz。 齿轮啮合频率为： (430*61／26)／60*26=0.43KHz， 0.86K、1.29K、1.72K为其高次谐波。68精选ppt例：东风4机车前变速箱齿轮诊断。68精选ppt 正常时，谱峰幅值不大，边频带不明显。 图B中，频谱峰值增高，主频周围出现边频带，说明有故障预兆，可能是齿面磨损，啮合精度较差。69精选ppt 正常时，谱峰幅值不大，边频带不明显。69精选ppt2．倒频谱分析： 将功率谱中成族的边频带谱线简化为单根谱线，以便于识别。70精选ppt2．倒频谱分析：70精选ppt例：图中齿轮有故障时的功率谱和正常时的功率谱很难区分，但从倒频谱可以看出存在1/0.1=10Hz的边频。而10Hz对应输出轴的旋转频率。说明齿轮的齿距可能存在误差。71精选ppt例：图中齿轮有故障时的功率谱和正常时的功率谱很难区分，但从倒再对上式平均(即除以N)得到：因此噪声降低为原来的倍。(对n(t)做统计累加)3．时域分析：先用时域平均法降低噪声，再观察信号的时域波形。时域平均法：若信号x(t)由周期信号f(t)和噪声n(t)组成，即x(t)=f(t)+n(t)。现以f(t)的周期去截取x(c)得到N段，将各段对应点相加，则72精选ppt再对上式平均(即除以N)得到：因此噪声降低为原来的倍。(对73精选ppt73精选ppt74精选ppt74精选ppt4.5滚动轴承的振动诊断一、滚动轴承的故障模式75精选ppt4.5滚动轴承的振动诊断一、滚动轴承的故障模式75精选p二、滚动轴承的振动特征设轴承节径为D，滚子直径为d，滚珠的接触角为β(轴承不承受轴向力时，β=0)dD76精选ppt二、滚动轴承的振动特征设轴承节径为D，滚子直径为d，dD设轴承外圈的旋转频率为fa，轴承内圈的旋转频率为fr，则：滚子的自转频率为：滚子的公转频率为：77精选ppt设轴承外圈的旋转频率为fa，轴承内圈的旋转频率为f滚动轴承的旋转特征频率:滚子公转导致轴承外圈振动，其特征频率为frc=nzfc，z为滚子个数。n=1,2,…(各次谐波)当滚子有且只有一个缺陷时，滚子每转一圈，对内、外圈各冲击一次，此频率为fb=fs；当外圈的内滚道有一个缺陷时，滚子相对内滚道每转一圈，内滚道与每个滚子各冲击一次，此频率为fi=z|fa-fc|；当内圈的外滚道有一个缺陷时，滚子相对外滚道每转一圈，外滚道与每个滚子各冲击一次，此频率为fo=z|fr—fc|。78精选ppt滚动轴承的旋转特征频率:78精选ppt滚动轴承故障的特征频率79精选ppt滚动轴承故障的特征频率79精选ppt 实际当中，轴承的缺陷还会产生谐波，谐波两边还可能产生边频。 滚动轴承各元件受冲击时，还会引起按固有频率的振动，轴承各元件的固有频率多在几K至几十KHz。80精选ppt 实际当中，轴承的缺陷还会产生谐波，谐波两边还可能产生边频。原理：脉冲响应法当滚动轴承的元件有缺陷时，转动时的机械碰撞可产生冲击脉冲。冲击脉冲可以用一个高频振动衰减波来表示。当损伤仍处于早期阶段时，冲击脉冲的大小与缺陷严重程度成正比。用加速度计测出冲击脉冲进行诊断。三、滚动轴承的振动诊断方法1．简易诊断法81精选ppt原理：脉冲响应法三、滚动轴承的振动诊断方法81精选ppt 判别参数一般采用冲击脉冲的有效值A，低速时用波峰值P。有效值法：对表面皱裂等造成的无规则振动比较有效。峰值判别法：对表面剥落和伤痕比较有效。波峰系数：是振幅峰值与有效值之比。正常时波峰系数约为5。有伤痕时可达几十。它不受轴承尺寸、转速、负荷影响。但对表面皱裂、磨耗等不灵敏。峭度：正常时，约为3，有剥落时，峭度变大。82精选ppt 判别参数一般采用冲击脉冲的有效值A，低速时用波峰值P。82例：SS8电力机车轴箱轴承振动诊断 在机车定置状态下，顶起轴箱和轮对，使轮对空转，转速稳定在500r/min。因为轴箱轴承振动频带在4k~l0kHz，齿轮振动频带在2kHz以下。因此轴箱轴承截止频率一般选择10kHz，高通滤波频率选择4kHz。 诊断时，将振动加速度有效值和峭度结合起来进行判断。通过对60台机车进行检测，得到如下结论：注意域：峭度≥8，有效值≥5g：故障域：峭度≥12，有效值≥9g；或峭度>10的同时有效值≥6g。83精选ppt例：SS8电力机车轴箱轴承振动诊断83精选ppt当简易诊断参数超限时。为了确诊轴承故障及故障部位，需要再通过频谱分析做精密诊断。SS8机车轴箱轴承(552732、75732)在轮对转速为500r/min时，其内圈、外圈、滚子、保持架的故障频率分别为：0.163n＝81.5Hz、0.12n=60Hz、0.0539n＝26.95Hz、0.00707n＝3.535Hz。84精选ppt当简易诊断参数超限时。为了确诊轴承故障及故障部位，需要再通过2．频谱分析法： 对于含滚动轴承的旋转机械，由于转子与滚动轴承对应的振动频率不同，因此一般从频谱图上可以区分出来。85精选ppt2．频谱分析法：85精选ppt带滚动轴承的机械的频谱特点不平衡不对中松动滚动轴承故障频率05101520253035404550×RFrequencyinorder3.53.02.52.01.51.00.50Velocityinmm/spk86精选ppt带滚动轴承的机械的频谱特点不平衡不对中松动滚动轴承故障频率例：锅炉球磨机电机轴承诊断 某厂锅炉球磨机电机轴承振动超标且有异音，经测试分析，可以看出轴承故障频率及其引起的噪声谐波的振动速度已超过标准值，说明轴承损坏，换合格轴承后设备运转正常。87精选ppt例：锅炉球磨机电机轴承诊断87精选ppt3．倒频谱分析 当出现故障时,引起的冲击振动波形往往比较复杂,由于自转与公频率相差甚多,振动信息表现为调制,实测波形为一般调幅与调频共存,反映在功率谱上则表现为大量的边频簇谱线。88精选ppt3．倒频谱分析88精选ppt 图(a)为有一内环故障的轴承实测功率谱图,在内环故障频率116.2Hz及其2次谐波232.4Hz处表现有突出的尖锋,并在其两侧分布有间距为26.3Hz(内环转动频率)的一簇等距边带,由于它们的不规则不对称分布,给边频的识别带来困扰。 图(b)为其倒频谱图,在τ=38ms处表现一突出的尖锋,所对应的频率f=1/τ=26.3Hz,就是内环转动频率。这里借助倒频谱将功率谱中边频所代表的周期分量化作单根倒频谱线,求得调制源频率,即内环转动频率。将其从功率谱中分离出来,即可由116.2Hz,232.4Hz处的尖峰准确地判断该轴承为内环故障缺陷。89精选ppt 图(a)为有一内环故障的轴承实测功率谱图,在内环故障4．共振解调技术 提取淹没在常规振动中的故障引起的微冲击信息，输出一个与故障冲击一一对应的、放大、展宽了的、剔除了常规振动信号干扰的共振解调信号。90精选ppt4．共振解调技术90精选ppt91精选ppt91精选ppt 图中的A是含有故障冲击信息（图中以短直竖线表示，每一个竖线代表一次故障冲击）的常规振动波，从图A中，我们可以发现故障冲击信息被常规的振动所掩盖，直接对它作FFT分析得到的低频谱图D中，几乎看不到表明滚动工作面故障的冲击特征信息。 图中的B是故障冲击所激发的高频谐振波（称之为广义共振）， 图中的C是B的包络波（称之为解调波）。 由A到C的过程，就是共振解调的过程。对照图中的C和A，不难发现，故障冲击的共振解调波，对故障冲击信息进行了放大、展宽，并剔除了常规的振动，并且共振解调波与原始的故障冲击信息一一对应，因此共振解调的信号处理过程，具有很好的信噪比。 然后对图中的C作FFT分析，则得到的谱图E，比较E和D，经过共振解调的谱图，就没有了常规振动谱线的干扰，故障冲击的谱线也就清晰可见了。92精选ppt 图中的A是含有故障冲击信息（图中以短直竖线表示，每一个共振解调技术的优势： 可以有效地将环境中的振动干扰与故障冲击区分开来。而且“共振”有放大作用。①对应性。共振解调波与轴承等故障冲击一一对应，不遗漏任何一次故障冲击。②选择性。只对故障冲击响应，没有故障冲击就没有共振解调波。③放大性。微小的故障冲击能激起很大的共振解调波。④比例性。共振解调波的幅度与原始的故障冲击幅度成比例。⑤低频性。共振解调波的重复频率是低频，即：共振解调将冲击的高频能量调理为低频信号的方式出现，方便于FFT分析。93精选ppt共振解调技术的优势：93精选ppt四、轴承的其他诊断方法温度诊断：轴承异常时，温度一般会升高，因此可通过测量温度来进行简易诊断。滑动轴承的极限运转温度94精选ppt四、轴承的其他诊断方法滑动轴承的极限运转温度94精选ppt声学诊断：如用声发射技术检测轴承的剥落、裂纹。磨屑分析：通过检查润滑油中的磨屑，检查磨损情况和润滑情况。滑动轴承磨损成分表95精选ppt声学诊断：如用声发射技术检测轴承的剥落、裂纹。滑动轴承磨损成油膜电阻法： 滚动轴承在旋转过程中，如果在滚道面和滚动体之间能够形成良好的油膜，则内圈和外圈之间的电阻值很大，可达兆欧以上；当润滑膜破坏时，则内圈和外圈之间的电阻值可降至零欧附近。利用这一特性，便可对滚动轴承的润滑状态及与此有关的磨损、腐蚀之类的损伤进行诊断，但不适用于点蚀类损伤的诊断。 油膜电阻法的测量分析原理如图所示。在内、外圈之间加1V左右的直流电压，通过测量轴承处的电压降来确定其阻值。96精选ppt油膜电阻法：96精选ppt光纤维监测诊断法 原理：即使是高精度轴承，在载荷作用下转动时，轴承外圈也会发生接近于简谐变化的弹性变形。对精度降低或有故障的轴承（如滚动体尺寸不均匀、滚道精度丧失、表面粗糙度增大等），外圈上的径向变形幅度将会进一步增大，如能测得外圈表面的变形，就能够对轴承状态加以判断。 涡流传感器和光纤传感器都能够测量这种变形，但后者径向尺寸小很多，灵敏度较高。 光纤维监测诊断法监测轴承外圈上一点相对于轴承座的位移。97精选ppt光纤维监测诊断法97精选ppt 光纤传感器的构造如图所示，它由多根光导纤维组成，分为发送光纤束和接收光纤束两种。光线由发射光纤束射出，在端口有一发散角形成发送光锥。光线从轴承表面反射回来，再由接收光纤束接收。它所能接收到的光线被限制在一个锥面内，此锥面称为反射光锥。被接收的光线被光电元件转换为电压输出。间隙d改变时，发送光锥照射在轴承外圈表面上的面积随之改变，接收光纤束所接收到的光线强度也随之改变。98精选ppt 光纤传感器的构造如图所示，它由多根光导纤维组成，分为发送光第4章振动诊断4.1

振动信号的采集

4.2振动诊断的内容与方法

4.3

转轴的振动诊断

4.4

齿轮的的振动诊断

4.5

轴承的诊断99精选ppt第4章振动诊断4.1振动信号的采集

4.2振动诊断的内几个基本认识：设备在运行中或多或少总会产生振动：广泛性设备发生故障时，振动将发生改变（通常振幅会增大）：可能性不同类型、性质、原因和部位产生的故障所激发的振动将具有不同的特征。这些特征可表示为频率成分、幅值大小、波形形状，能量分布状况等：可识别性振动信号性质、特征不仅与故障有关．还与设备的特性（如固有频率）、检测位置、传递路径等有关：复杂性100精选ppt几个基本认识：2精选ppt4.1

振动信号的采集 信号采集是对不易测量的物理量(力、位移、转角、噪声等)，通过传感器转换为易于测量的物理量(电压、电流)。 振动信号的测量参量可以是位移、速度和加速度。对旋转机械还需要测量转速。下面分别介绍其测量用的传感器。101精选ppt4.1振动信号的采集 信号采集是对不易测量的物理量(力、位一、测振传感器1．电涡流振动位移传感器 电涡流振动位移传感器是在线圈中通以高频电，由于电磁感应在被测体中产生电涡流，电涡流将产生一个涡流磁场，反过来使线圈的阻抗、电感和品质因素改变，且改变量与线圈到被测体的距离有关，因此把位移量转化成了电量。 电涡流位移传感器的频率响应范围约为0～10KHz。102精选ppt一、测振传感器4精选ppt2．磁电式速度传感器 传感器因被测体的激振而作强迫振动，传感器内的磁钢与线圈发生相对运动，切割磁力线，产生感应电动势，其大小与切割磁力线的速度正比。 当被测体的运动频率远大于传感器的固有频率时，磁钢与线圈间的相对运动与壳体（被测物）的运动同步，两者的速度相等。因此感应电动势的大小与被测物的振动速度成正比。103精选ppt2．磁电式速度传感器5精选ppt磁电式速度传感器有两种形式：一种是将磁钢固定在壳体上，弹簧与线圈连接（如下图）；另一种是线圈固定在壳体上，弹簧与磁钢连接。磁电式速度传感器的频率响应范围约10～2KHz。104精选ppt磁电式速度传感器有两种形式：6精选ppt3．压电式加速度传感器测量原理是：它首先将输入的绝对振动加速度转换成质量块对壳体的相对位移（两者成正比）。再经“硬弹簧”转换成与其成正比的力，最后经压电片转换成电荷输出。当被测体的运动频率远小于传感器的固有频率时，压电元件表面的电荷量与被测体的振动加速度幅值成正比。1一基座，2一压电元件，3一质量块，4一预紧弹簧105精选ppt3．压电式加速度传感器1一基座，2一压电元件，3一质量块，4压电式加速度传感器的频率响应范围约为0~50KHa。安装方法主要有:钢螺栓固定粘接永久磁铁手持探针106精选ppt压电式加速度传感器的频率响应范围约为0~50KHa。8精选p4．电阻应变式加速度计 基础振动带动质量块产生振动，从而使悬臂梁产生弯曲变形，粘贴在梁上的应变片随之变形。由加速度频率特性可知，位移与输入加速度成比例，而粘贴在梁上的应变片将质量块的相对壳体位移转换成电阻变化，再经电桥转换成电压输出。 电阻应变式加速度计工作频率较低，为0~1KHz，可测量超低频振动，常与动态应变仪配合使用。107精选ppt4．电阻应变式加速度计9精选ppt5.磁阻式磁电转速传感器 由线圈和磁铁组成，线圈和磁铁都是静止的。被测物旋转时会改变传感器磁路的磁阻，因而改变贯穿线圈的磁能量，在线圈中产生感应电动势，感应电动势的频率反映出被测物转速的大小。108精选ppt5.磁阻式磁电转速传感器10精选ppt6.光电式转速传感器 核心部件是光电管，它能根据光电效应将光能转换为电能。它分为直射式和反射式两类。 直射式光电转速传感器的读数盘和测量盘有间隔相同的缝隙。测量盘随被测物体转动，每转过一条缝隙，从光源投射到光敏元件上的光线产生一次明暗变化，光敏元件即输出电流脉冲信号。这样，输出的脉冲数就反映了被测物的转速。109精选ppt6.光电式转速传感器11精选ppt 采用反射式光电转速传感器测量时，先在被测旋转物体表面贴一反光片，当该反光片旋转到传感器所在位置时，传感器收到的反射光的强度将增强，光电管处于“开”的状态，传感器将输出一个电脉冲；旋转物体的其他表面通过传感器时，光电管处于“闭”的状态，传感器没有电脉冲输出。输出的脉冲数就反映了被测物的转速。110精选ppt 采用反射式光电转速传感器测量时，先在被测旋转物体表面贴一反二、选用传感器应考虑的问题:1．测量范围:又称量程，必须保证不超过传感器的测量量程。2.频响范围:振动参量的最显著特性就是其频率构成特性，即一个机械振动信号往往是由许多频率不同的信号叠加而成。传感器的频响特性要好，也就是要求其幅频特性的水平范围尽可能宽,频率下限尽可能地低，频率上限尽可能地高。3.灵敏度:一般而言，总是希望传感器的灵敏度尽量高，以便检测微小信号。要求传感器的信噪比(S/N)要高，有效地抑制噪声信号4.精度

5.稳定性:包括时间稳定性和环境稳定性 此外，传感器的工作方式、外形尺寸、重量等也是需要考虑的因素。

111精选ppt二、选用传感器应考虑的问题:13精选ppt三、信号调理 信号调理的作用是提高信号测量的准确性，并保护测量系统。具体功能有：1)为A／D转换器提供适合其输入量程的输入信号；将输入电压化为A/D转换器的输入信号电压范围0-5v（或10V）。2)运用隔离技术抑制共模干扰电压。3)信号滤波及线性化处理。112精选ppt三、信号调理14精选ppt4.2振动诊断的内容与方法一、振动诊断工作的内容确定诊断对象：量力而行，重点突出2.确定检测方式便携式测振仪作现场测量。现场用记录仪(如磁带)记录振动数据，实验室分析。使用永久监测设备，不间断地监测系统若干点的振动，并对振动数据作实时分析。设备停机或运行时，外加激振力，同时测量激振力和振动响应，然后进行分析。113精选ppt4.2振动诊断的内容与方法一、振动诊断工作的内容15精选3.选定测量参数可测量的振动参量可以是位移、速度和加速度。可以根据所关心的振动频率构成来进行选择。a=ωv=ω2s，ω大时，a，v的测量灵敏度较高。当振动频率在0－100Hz时，常使用位移传感器；当振动频率在10－1000Hz时，推荐使用速度传感器，也可以使用加速度传感器；如果测量的振动频率高于1000Hz，一般采用加速度传感器。114精选ppt3.选定测量参数16精选ppt4．选择监测点：包括监测点的位置和数量。选择的原则是：能全面描述设备的振动状态；是设备振动的敏感点；是离设备核心部位近的关键点；是容易产生劣化的易损点。 监测点一经确定，就应该作标记，以保证在同一点测量。115精选ppt17精选ppt测量旋转机械振动时：对非高速旋转体，一般测轴承振动；对高速旋转体，测轴的振动位移。因为高速时轴承振动的测定灵敏度下降。 测量轴的振动时，一般测轴与轴承座的相对振动。 测轴承振动时，测量点应尽量靠近轴承的承载区。116精选ppt测量旋转机械振动时：18精选ppt 对于低频振动，应在水平和垂直两个方向同时测量，必要时还要在轴向测量。 对于高频振动，一般只测一个方向，因为高频振动对方向不敏感。117精选ppt 对于低频振动，应在水平和垂直两个方向同时测量，必要时还要在5．确定测量周期：可以是定期检测、随机检测或长期监测。有故障史的：诊断周期<故障发生间隔的1/10高速旋转机械：每天普通旋转机械：每周118精选ppt5．确定测量周期：20精选ppt6．确定记录内容：设备编号、名称；设备基本参数(如转速、输出功率)；测量参数；测量点和测量方向；测量周期；测量结果；测量条件；初始值(或标准值)；评价标准；保养维修记录；老化特性曲线示意图等。119精选ppt6．确定记录内容：21精选ppt7．确定判断标准绝对判别标准： 将被测量与事先设定的标准状态门槛值相比较。 如ISO2372建议的绝对判别标准，适用于转速10~200r/s，频率10~1000Hz的旋转机械。120精选ppt7．确定判断标准22精选ppt

转机振动标准举例(轴承振动)

ISO2372，ISO3945

振动烈度：振动速度的有效值测量频率范围10～1000HzI级：小型机械例15kW以下电机II级：中型机械例15～75kW以下电机和300kW以下机械III级：大型机械，刚性基础600～12000r/minIV级：大型机械，柔性基础600～12000r/min0.280.450.711.121.82.84.57.111.2182845A－优，B－良，C－可，D－不可121精选ppt

转机振动标准举例(轴承振动)

ISO2372，ISO39(轴振动)转机振动标准举例VDI－德国工程师协会IEC－国际电工协会API－美国石油协会NEMA－

MITI/JEAC－

122精选ppt(轴振动)VDI－德国工程师协会24精选ppt2)相对判别标准： 连续监测设备的运行，根据被测量依运行时间的相对变化规律进行判别。123精选ppt2)相对判别标准：25精选ppt相对法确定振动限值12345678滚动轴承齿轮旋转机械滑动轴承＝(2~3)＝(4~6)报警值危险值正常值正常值124精选ppt相对法确定振动限值123453)类比判别标准： 把数台相同的设备或零部件在相同环境下的测量值进行比较。125精选ppt3)类比判别标准：27精选ppt类比法确定振动限值CBAD

C泵的振动超过同类诸泵的振动一倍，C泵应定为有故障126精选ppt类比法确定振动限值CBADC泵的振动超过同类诸泵的28精二、振动诊断的一般方法1．时域幅值诊断 常以检测点振动参量(位移、速度或加速度)的均方根值（有效值）作为判断标准。如振动烈度。 其他常用指标有：峰值、峭度等。127精选ppt二、振动诊断的一般方法29精选ppt2．振幅—时间图诊断法主要测量机器开机和停机过程中振幅随时间变化的过程。128精选ppt2．振幅—时间图诊断法30精选ppt3．频谱（spectrum）诊断法根据功率谱或振幅谱进行诊断。129精选ppt3．频谱（spectrum）诊断法31精选ppt4．频率响应函数诊断法 对机器施加激振力，测量其频率响应函数H(ω)，与标准值(或初始值)对比，根据差异情况判别机器状况。频率响应函数定义为H(ω)=Y(ω)/X(ω)，式中，Y(ω)一输出信号y(t)的傅立叶变换，X(ω)一输入信号x(t)的傅立叶变换。注：经推导可得出H(ω)＝Gxy(ω)／Gx(ω)，从而可利用功率谱的多次采样平均或进行频率光滑，大大减小H(ω)测量的随机误差。130精选ppt4．频率响应函数诊断法32精选ppt5．倒频谱（Cepstrum）诊断法倒频谱是频域函数的对数值进行傅立叶逆变换。复倒频谱：

τ称为倒频率，单位是时间。实倒频谱：131精选ppt5．倒频谱（Cepstrum）诊断法τ称为倒频率，单位是时利用倒频谱可对信号进行分解,以识别信号的组成。设系统的输出为y(t),输入为x(t)，脉冲响应函数为h(t)，则：式中*表示卷积。利用倒频谱，可将信号的频谱与传递函数的频谱分离。132精选ppt利用倒频谱可对信号进行分解,以识别信号的组成。式中*表示卷133精选ppt35精选ppt例如：在轴承振动信号的检测过程中,当传感器置于轴承的不同位置时,故障发出的冲击激励将通过不同的传递途径被传感器接受,由于传递途径不同,导致传递函数不同,而使功率谱图不同,然而反映在它们的倒频谱图上,与故障相应的倒频谱波峰是相同的。134精选ppt例如：在轴承振动信号的检测过程中,当传感器置于轴承的不同位6．转速谱图诊断法 转速谱图诊断法用于旋转机械的诊断。转速谱图又称频谱瀑布图，是把不同转速下相应的各自功率谱图画在同一张图上，形成一个‘‘三维’’图谱。135精选ppt6．转速谱图诊断法37精选ppt 通过测量出机器运转时的转速谱图，与标准转速谱对比，根据差异情况，可辨认故障苗头。 通过了解机组振动在骤变过程或启停机过程中各个频率成分的幅值变化，可以判断机器的临界转速、振动原因以及阻尼情况。比如，机组过临界转速、轴承发生油膜振荡、零件磨损以及各种突发性的亚异步振动等，均可以在这张图上获得分析故障原因的有用信息。136精选ppt 通过测量出机器运转时的转速谱图，与标准转速谱对比，根据差异7．相关分析诊断法 相关分析诊断法可用于确定系统中某点的振动响应的大小主要与哪个输入有关。 如司机座椅振动过大，是由发动机振动引起的，还是由车轮不平衡惯性力引起的？每个车轮的影响有多大？这个问题可通过测量发动机、每个车轮与座椅振动间的相干函数来观察求解。137精选ppt7．相关分析诊断法39精选ppt8．系统参数诊断法 根据模态参数识别实验，测出多自由度系统振动方程[M]{x’’}+[B]{x’}+K{x}={f}中的质量矩阵M、阻尼矩阵B和刚度矩阵K(三者总称系统参数)。 若系统参数在设备使用过程中发生变化，就反映出一定问题。如刚度变化变小，说明可能有松动或裂纹；若阻尼变小可能是阻尼器漏油、橡胶元件老化；阻尼变大可能是介质粘度增加。 该方法测量工作量很大，应用较少。138精选ppt8．系统参数诊断法40精选ppt转轴的常见故障：不平衡不同轴(不对中)机械松动自激振动(如油膜振荡，它是由于工作频率与油膜涡动频率产生共振造成)其他4.3转轴的振动诊断139精选ppt转轴的常见故障：4.3转轴的振动诊断41精选ppt一、振动诊断方法1．时域诊断 利用时域波形图进行诊断，时域波形图显示各个振动通道所测的振动位移(总振值)与时间(周期)的变化关系。 在正常状态下，波形图应为较平滑的正弦波，且重复性好。140精选ppt一、振动诊断方法42精选ppt动不平衡：在一个周期内为典型的正弦波，且振幅较大；对中不良：在一个周期内波峰翻倍，波形光滑、稳定重复性好；磨损：波峰多，波形毛糙、不稳定：自激振动：波形杂乱、重复性差、波动性大。141精选ppt动不平衡：在一个周期内为典型的正弦波，且振幅较大；43精选p2．频域诊断 频域诊断利用频谱图进行诊断，频谱图显示了各种频率下的振动分量的振幅值。 转轴的振动诊断基于对各类缺陷的激振频率及其振动波形的识别。 在正常状态下，转轴的一倍频总是最大，二倍频小于一倍频的一半，低频(自选频段)微量，三倍频、四倍频、……逐步递减。142精选ppt2．频域诊断44精选ppt1）转子不平衡故障的频谱波形为简谐波，少毛刺。轴心轨迹为圆或椭圆。1X频率为主。轴向振动不大。振幅随转速升高而增大。过临界转速有共振峰。透平风机TOTI齿轮箱1X频率(水平)1X频率(水平)1X频率(铅垂)1X频率(铅垂)轴向很小轴向很小143精选ppt1）转子不平衡故障的频谱波形为简谐波，少毛刺。透平风机TOT2)转子不对中故障的频谱

正确对中e=0,

=0平行不对中e0,=0角度不对中e=0,0综合不对中e0,0转子不对中的类型144精选ppt2)转子不对中故障的频谱正确对中e=0,=转子不对中故障的频谱出现2X频率成分。轴向振动一般较大。与转速关系不大轴心轨迹成香蕉形或8字形。本例中，出现叶片通过频率。电机水泵POPIMOMI1X频率2X频率叶片通过频率145精选ppt转子不对中故障的频谱出现2X频率成分。电机水泵POPI 半径方向存在位移量不对中时，2倍频、3倍频的幅值往往高于基频的幅值（图A）。角度不对中时，两个联轴节沿轴向方向的运动表现在基频有较大的幅值（图B）。146精选ppt 半径方向存在位移量不对中时，2倍频、3倍频的幅值往往高于基3)转子系统松动故障的频谱波形出现许多毛刺。谱图中噪声水平高。出现精确的倍频2X，3X…等成分。松动结合面两边，振幅有明显差别。电机水泵POPI转速的精确倍频成分本例中最高出现16X成分噪声水平高147精选ppt3)转子系统松动故障的频谱波形出现许多毛刺。电机水泵PO4)松动故障引起的间入谐量未松动时的频谱松动时的频谱

出现0.5X，1.5X，2.5X，3.5X...等频率成分148精选ppt4)松动故障引起的间入谐量未松动时的频谱50精选ppt小结：一倍频：转子动不平衡、轴承工作不良、转子对中不良均会引起一倍频增大，发生概率依次降低；二倍频：转子对中不良，会引起二倍频增大：自选频段：(0.4～0.49)倍工频，油膜失稳会引起该频率段增大，此外，旋转失速(喘振的先兆)的频率为(0.4～0.8)倍工频，也有可能使得该部分振值增加。剩余频率：该部分的振值高时，转子有可能发生松动，或较强的摩擦。149精选ppt小结：51精选ppt3．轴心轨迹分析 显示转子轴心相对于轴承座的运动轨迹。150精选ppt3．轴心轨迹分析52精选ppt 在正常情况下，轴心轨迹为一椭圆形。若轴心轨迹的形状、大小的重复性好，则表明转子稳定。151精选ppt 在正常情况下，轴心轨迹为一椭圆形。若轴心轨迹的形状、大小的4．奈奎斯特图 把开机、运行、停机过程中振幅与相位随转速变化关系用极坐标的形式表示出来，又称极坐标图。152精选ppt4．奈奎斯特图54精选ppt 图中最大振幅所对应的转速即为转子的实际临界转速。 如果看到有一些小圈，则可能是由于转子以外的元件振动，如管道、连轴节、机壳、基础等对转子产生的谐波作用。153精选ppt 图中最大振幅所对应的转速即为转子的实际临界转速。55精选p二、诊断实例 某钢厂转炉风机机组的电机转速为2970r/min，旋转频率为49.5Hz，功率为500kW。测点布置如图所示，为六个轴承部位的测点。该机组的振动速度初期值为2.8mm／s。运行一月后，振动加剧，检测分析发现，频谱都是一倍频占主导地位，从6#测点的水平径向频谱图可以看出，振动能量主要在径向，尤其是水平径向，激振频率与转轴的旋转频率49.5Hz相同，主导频率是一倍频振动，能量集中在轴频上，应是不平衡引起的，开盖检查发现叶轮上积灰严重且不均匀，造成转子不平衡。清灰后振动明显减小，均在2.9mm/s以内。154精选ppt二、诊断实例56精选ppt4.4齿轮的振动诊断一、齿轮的主要故障形式制造误差引起：偏心、齿形误差等装配误差引起：不对中等使用过程中出现损伤：155精选ppt4.4齿轮的振动诊断一、齿轮的主要故障形式57精选ppt156精选ppt58精选ppt二、齿轮的振动特征1．齿轮的啮合频率fm对定轴齿轮:fn=zf0=nz／60式中z为齿数，f0为旋转频率，n为轴的转速（r/min）；157精选ppt二、齿轮的振动特征59精选ppt对行星齿轮:fm＝zr(nr+nc)／60式中zr为任一参考轮(指中心轮或行星轮)的齿数，nr为参考轮的转速，nc为转臂的回转速度，方向相反时，nc取正。158精选ppt对行星齿轮:60精选ppt2．齿轮的固有频率fc fc一般为1K~10KHz的高频振动。 当这种高频振动传到齿轮箱等机件时，高频冲击振动已衰减，多数情况下只能测到齿轮的啮合频率。159精选ppt2．齿轮的固有频率fc61精选ppt3．齿轮的异常振动齿面均匀磨损： 一方面使得fm成分的振幅增大，一方面会引发高频振动。160精选ppt3．齿轮的异常振动62精选ppt2)齿轮偏心： 齿轮每转中，压力时大时小，使啮合振动的振幅受旋转频率fr的调制(调幅)，其频谱包含旋转频率fr、啮合频率fm及其边频带fm±fr。161精选ppt2)齿轮偏心：63精选ppt3)齿轮局部缺陷： 如个别轮齿折损、点蚀、裂纹等，将激发大的冲击振动，主要频率成分为旋转频率fr及其高次谐波nfr、并固有频率振动。162精选ppt3)齿轮局部缺陷：64精选ppt4)齿距误差： 齿轮每转中，速度时快时慢，使啮合振动频率fm受旋转频率fr的调制(调频)，其频谱包含旋转频率fr、啮合频率fm及其边频带fm±nfr。163精选ppt4)齿距误差：65精选ppt三、齿轮的振动诊断方法1．功率谱分析：根据频谱特征进行诊断。164精选ppt三、齿轮的振动诊断方法66精选ppt齿轮故障的频谱齿轮啮合频率等于齿数乘以齿轮转速频率。齿轮啮合频率两边有边频，间距为1X。随着齿轮故障发展，边频越来越丰富，幅值增加。可用倒频谱作进一步分析OUBSISOL齿轮箱上辊下辊输入轴啮合频率GMF上边频下边频2X165精选ppt齿轮故障的频谱齿轮啮合频率等于齿数乘以齿轮转速频率。OUBS例：东风4机车前变速箱齿轮诊断。 柴油机空载，输入轴转速430r／min。测点布置如下，采样周期为10KHz。 齿轮啮合频率为： (430*61／26)／60*26=0.43KHz， 0.86K、1.29K、1.72K为其高次谐波。166精选ppt例：东风4机车前变速箱齿轮诊断。68精选ppt 正常时，谱峰幅值不大，边频带不明显。 图B中，频谱峰值增高，主频周围出现边频带，说明有故障预兆，可能是齿面磨损，啮合精度较差。167精选ppt 正常时，谱峰幅值不大，边频带不明显。69精选ppt2．倒频谱分析： 将功率谱中成族的边频带谱线简化为单根谱线，以便于识别。168精选ppt2．倒频谱分析：70精选ppt例：图中齿轮有故障时的功率谱和正常时的功率谱很难区分，但从倒频谱可以看出存在1/0.1=10Hz的边频。而10Hz对应输出轴的旋转频率。说明齿轮的齿距可能存在误差。169精选ppt例：图中齿轮有故障时的功率谱和正常时的功率谱很难区分，但从倒再对上式平均(即除以N)得到：因此噪声降低为原来的倍。(对n(t)做统计累加)3．时域分析：先用时域平均法降低噪声，再观察信号的时域波形。时域平均法：若信号x(t)由周期信号f(t)和噪声n(t)组成，即x(t)=f(t)+n(t)。现以f(t)的周期去截取x(c)得到N段，将各段对应点相加，则170精选ppt再对上式平均(即除以N)得到：因此噪声降低为原来的倍。(对171精选ppt73精选ppt172精选ppt74精选ppt4.5滚动轴承的振动诊断一、滚动轴承的故障模式173精选ppt4.5滚动轴承的振动诊断一、滚动轴承的故障模式75精选p二、滚动轴承的振动特征设轴承节径为D，滚子直径为d，滚珠的接触角为β(轴承不承受轴向力时，β=0)dD174精选ppt二、滚动轴承的振动特征设轴承节径为D，滚子直径为d，dD设轴承外圈的旋转频率为fa，轴承内圈的旋转频率为fr，则：滚子的自转频率为：滚子的公转频率为：175精选ppt设轴承外圈的旋转频率为fa，轴承内圈的旋转频率为f滚动轴承的旋转特征频率:滚子公转导致轴承外圈振动，其特征频率为frc=nzfc，z为滚子个数。n=1,2,…(各次谐波)当滚子有且只有一个缺陷时，滚子每转一圈，对内、外圈各冲击一次，此频率为fb=fs；当外圈的内滚道有一个缺陷时，滚子相对内滚道每转一圈，内滚道与每个滚子各冲击一次，此频率为fi=z|fa-fc|；当内圈的外滚道有一个缺陷时，滚子相对外滚道每转一圈，外滚道与每个滚子各冲击一次，此频率为fo=z|fr—fc|。176精选ppt滚动轴承的旋转特征频率:78精选ppt滚动轴承故障的特征频率177精选ppt滚动轴承故障的特征频率79精选ppt 实际当中，轴承的缺陷还会产生谐波，谐波两边还可能产生边频。 滚动轴承各元件受冲击时，还会引起按固有频率的振动，轴承各元件的固有频率多在几K至几十KHz。178精选ppt 实际当中，轴承的缺陷还会产生谐波，谐波两边还可能产生边频。原理：脉冲响应法当滚动轴承的元件有缺陷时，转动时的机械碰撞可产生冲击脉冲。冲击脉冲可以用一个高频振动衰减波来表示。当损伤仍处于早期阶段时，冲击脉冲的大小与缺陷严重程度成正比。用加速度计测出冲击脉冲进行诊断。三、滚动轴承的振动诊断方法1．简易诊断法179精选ppt原理：脉冲响应法三、滚动轴承的振动诊断方法81精选ppt 判别参数一般采用冲击脉冲的有效值A，低速时用波峰值P。有效值法：对表面皱裂等造成的无规则振动比较有效。峰值判别法：对表面剥落和伤痕比较有效。波峰系数：是振幅峰值与有效值之比。正常时波峰系数约为5。有伤痕时可达几十。它不受轴承尺寸、转速、负荷影响。但对表面皱裂、磨耗等不灵敏。峭度：正常时，约为3，有剥落时，峭度变大。180精选ppt 判别参数一般采用冲击脉冲的有效值A，低速时用波峰值P。82例：SS8电力机车轴箱轴承振动诊断 在机车定置状态下，顶起轴箱和轮对，使轮对空转，转速稳定在500r/min。因为轴箱轴承振动频带在4k~l0kHz，齿轮振动频带在2kHz以下。因此轴箱轴承截止频率一般选择10kHz，高通滤波频率选择4kHz。 诊断时，将振动加速度有效值和峭度结合起来进行判断。通过对60台机车进行检测，得到如下结论：注意域：峭度≥8，有效值≥5g：故障域：峭度≥12，有效值≥9g；或峭度>10的同时