旋转机械故障诊断-不平衡

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1、6.1转子不平衡故障诊断6.1.1转子不平衡的概念旋转机械的转子不平衡是指：转子受材料质量、加工、装配以及运行中多种因素的影响，其质量中心和旋转中心线之间存在一定量的偏心距，使得转子在工作时形成周期性的离心力干扰，在轴承上产生动载荷，从而引起机器振动的现象。把旋转体质量沿旋转中心线的不均匀分布叫做不平衡，由此引起的机器振动或运行时产生的其他问题称为不平衡故障。6.1转子不平衡故障诊断两轴承间距l，转子质量m，质心M距旋转中心O的距离为e（偏心距），旋转角速度w。O6.1转子不平衡故障诊断转子产生的离

2、心力为：式中：m—转子质量，kg；G—转子重量，N；g—重力加速度，g=9.81m/s2；e—偏心距，m；n—转速，r/min。力F通过转轴作用在轴承上，使轴承承受附加动载荷，引起转子或轴承的不平衡振动。6.1转子不平衡故障诊断例：m=10kg，偏心距e=0.2mm，当转速n=6000r/min时，不平衡质量所产生的离心力的大小为：离心力作用在两个轴承上的动反力各为：该力在轴承上每转变化一次，足以引起转子轴承系统的振动。6.1转子不平衡故障诊断6.1.2临界转速对不平衡振动的影响（1）临界转速的动力

3、特性临界转速是一种由不平衡离心力引起的共振现象。设计时要求机器的工作转速必须避开临界转速。一般规定：转子在一阶临界转速以下运行时，工作转速n应低于一阶临界转速ncr1的0.75倍；工作转速高于一阶临界转速时，要求在下列范围内：1.4ncri

4、得到圆盘处的动挠度公式：式中：k——轴在中点的刚度系数，可由材料力学求得；wn——转子无阻尼振动时横向振动固有频率，当w=wn时，轴的挠度δ理论上为无限大，这个角速度w就称为轴的临界转速。6.1转子不平衡故障诊断（2）阻尼对临界转速下转子振动的影响实际转子总是存在阻尼，这种阻尼来自工作介质的黏性阻尼、轴承油膜的黏性阻尼、滑动面之间的摩擦阻尼、轴材料不完全弹性的内摩擦阻尼，以及转子轴承系统在振动过程中变形能耗所产生的结构阻尼。对于线性系统，阻尼力与速度成正比，力的方向与速度方向相反。有阻尼的转子，O、

5、C、G三点就不在同一直线上，OC和CG成φ角。6.1转子不平衡故障诊断取坐标Oxy，在x和y两坐标方向上列力的平衡式：其特解为：写成复数的形式：特解：6.1转子不平衡故障诊断代入，求解得：式中ξ——阻尼比。转子的静挠度为：从而可将振幅A写成无量纲形式：β称为放大因子，是转子振幅与静挠度之比。其值的大小反应了转子共振振幅的高低。6.1转子不平衡故障诊断转子的幅频和与相频响应曲线6.1转子不平衡故障诊断为了有效利用轴承油膜产生的阻尼，使转子通过临界转速时不致振幅过大，在设计阶段就应注意，不要把轴承放在转

6、子振型节点的位置上，否则轴承的阻尼作用将会大大消弱。相位公式：6.1转子不平衡故障诊断6.1.3转子不平衡振动的故障特征转子的不平衡振动是在周期性离心力干扰下产生的强迫振动，转子每旋转一周，离心力经过转子或轴承上的某一点处产生一次扰动，在测点处就有一次振动响应，因此它的振动频率就是转子的转速频率，即或f——振动频率，s-1w——角频率，rad/sN——转速，r/min转速频率也称为工频（工作频率），由于转子在运行时总是残留一定的不平衡量，因此，这种频率成分很容易在频谱图上观察到。不平衡故障特征主要表

7、现如下：1、不平衡故障主要引起转子或轴承径向振动，在转子径向测点上得到的频谱图，转速频率成分具有突出的峰值。2、单纯的不平衡振动，转速频率的高次谐波幅值很低，因此，在时域上的波形是一个正弦波。3、转子的轴心轨迹形状基本上为一个圆或椭圆，这意味着置于转轴同一截面上相互垂直的两个探头，其信号相位差90度。4、转子的进动方向为同步正进动。5、除了悬臂转子之外，对于普通两端支承的转子，不平衡在轴向上的振幅一般不明显。6、转子振幅对转速变化敏感，转速下降，振幅将明显下降。6.1转子不平衡故障诊断典型不平衡振动

8、频谱图。图中还出现了一些幅值较小的2×f、3×f、4×f等的一些高次谐波，主要是受非线性振动的影响。6.1转子不平衡故障诊断6.1.4不平衡振动的故障原因和防治措施为便于鉴别故障原因，把转子发生的不平衡故障分成2类：1、一类是固有质量不平衡；2、另一类是转子运行中产生的不平衡。6.1转子不平衡故障诊断6.1.4.1固有质量不平衡固有质量不平衡：是指转子在原始状态下已经存在的不平衡，而与操作运行情况无关。主要原因有：设计错误、材料缺陷、加工与装配误差、动平衡方法不正确等