旋转机械的振动监测与诊断(一).ppt

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1、第四章旋转机械的振动监测与诊断目录4.1旋转机械的振动及故障概论4.2旋转机械故障的诊断信息的表达和分析4.3旋转机械故障的简易诊断与方法4.4旋转机械故障的精密诊断及典型故障分析4.5滚动轴承的振动诊断方法4.6齿轮和齿轮箱的监测与诊断方法4.7其他分析方法简介1.概述机械设备的种类很多，粗的分类也有几十种，按产品分有几千种。各种机械设备虽都有其本身个性，故障的模式各有特点，但就其故障诊断方法原理而言，共性是主要的，方法是一致的。然而大多数故障是随机的，也必须具体问题具体分析，也就是说学习工况监测与故障诊断的方法首先必须掌握诊断方法的基本原理

2、。旋转机械式各种类型机械设备中数量应用最广泛的一类机械，如电动机、离心式风机、水泵以及各种加工机床等，特别是一些大型旋转机械，如离心式压缩机、汽轮机、球磨机、大型转机等在石化、电力、冶金等支持国家经济命脉的一些工业部门是属于关键设备。因此，对旋转机械的监测和诊断是很必要的。它愈来愈受到普遍的重视，例如大型汽轮发电机组合、大型离心式压缩机组的监测和诊断技术已被列为“八五”国家科技攻关项目。4.1旋转机械的振动及故障概论4.1.1转子系统、转子振动和转子故障之间的关系机械设备的振动的特点：1）广泛性2）有效性3）可识别性4）复杂性1）广泛性任何机械

3、设备在动态下都会或多或少地产生一定的振动，人们将这种在动态下表现出的振动称为振动存在的广泛性。如：发动机工作时所产生的周期振动；机床在工作时所产生的各种随机振动等。2）有效性当设备发生异常或故障时，振动将会发生变化，一般表现为振幅加大。这一特点使从振动信号中获取诊断信息变为可能，因此称为振动监测的有效性。3）可识别性随着信号分析技术的发展，人们还看到有不同类型、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、相位差别、波形形状、能量分布状况等。这一特点是人们从振动信号中识别故障成为可能。因此称为振动的

4、可识别性。4）复杂性进一步研究表明，振动信号性质，特征不仅与故障有关，而且还与系统的固有特性有关。具体表现为以下几个方面：1）同一故障对不同的转子系统，由于系统固有频率特性不同，其振动的幅值和相位可能相差很大。2）同一故障发生在不同的部位，其振动的特征相同，但因故障激励传递通道的不同（即传递函数不同），将会对振动有较大影响。3）同一故障在不同部位布置测点，由于传递通道的不同，其振动宜会有较大的差别。这三点表明振动特征不仅取决于故障而且还受到系统特性的影响，这一特点称为振动识别的复杂性。故障（输入）振动信号（输出）转子系统（传递函数）图4-1转子

5、系统，转子故障和转子故障间的关系根据振动的以上几个特点，从工程控制论的观点，我们可以把转子系统，转子振动和转子故障间的关系用一下框图来描述（图4-1）。其中故障相当于系统地输入或激励，振动则相当于系统的输出或相应，而系统的特性则可以通过系统地输入和输出来求出。设系统为定常线性系统，其输入为x(t)，输出为y(t)。它们的拉氏变换分别为：X(s)和Y(s)，即：(4-1)其中为复变量。则可定义：为系统的传递函数，用以描述系统的特性。由于傅氏变换只是拉氏变换的一种特殊情况()。这时成为系统的频响函数。由于FFT运算很方便，因此实际上传递函数常用频响

6、函数来代替。这时系统特性可以表示为：由此可得：（4-3）（4-4）上式为图4-1的具体数学表达式。它表明设备的振动的振动现象是由故障激励和系统特性所共同决定的。4.1.2转子系统，转子振动和转子故障的分类转子系统是一种多自由度振动系统，它具有多个自振频率。当转子的转速达到横向振动的一阶自振频率时，将会发生一阶共振。此时的转速称为（一阶）临界转速。接近临界转速时将会发生强烈的振动现象即共振。越过临界转速后，运行在两个临界转速之间时，机械会运行的更平稳些，特别是对于细长轴的转子效果更好。以临界转速为界，当前人们把转子系统分为两种：⑴刚性转子系统⑵柔

7、性转子系统⑴刚性转子系统刚性转子系统是指工作转速在(一阶)临界转速以下的转子系统！目前大多数低速(工作频率<100Hz)机械均属于刚性转子系统。刚性转子系统一般采用滚动轴承，其故障激励大多与转速同步(即激振频率等于工作频率)。因此产生的振动称为同步振动。⑵柔性转子系统柔性转子系统是指工作转速在(一阶)临界转速以上的转子系统。一些大型高速(工作频率>100Hz)旋转机械。柔性转子系统主要应用于大型高速旋转机械，因此多采用流体动压滑动轴承。其故障激起的振动一般属于自激振动。自激振动是一种在振动过程中由于系统内部不断有能量输入而产生的共振现象。其振动

8、频率一般低于工作频率并与系统的一阶横向自振频率有关，故自激振动在设备诊断中又称为亚同步振动。例题图4-3为由于摩擦引起的自激振动的简单例子。图4-3干