振动分析基础和典型机械故障诊断

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1、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

2、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

3、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设备故障不平衡偏心转子轴弯曲不对中松动转子与定子摩擦滑动轴承滚动轴承齿轮故障力不平衡力偶不平衡动不平衡悬臂转子不平衡角不对中平行不对中轴承不对中联轴节故障结构框架/底座松动轴承座松动轴承等部件松动齿轮磨损齿轮偏心齿轮不对中质量不平衡A同频占主导，相位稳定。如果只有不平衡，1X幅值大于等于通频幅值的80％，且按转速平方增大。通常水平方向的幅值大于垂直方向的幅值，但通常不应超过两倍。同一设备的两个轴承处相位接近。水平方向和

4、垂直方向的相位相差接近90度。典型的频谱相位关系力不平衡质量不平衡B典型的频谱相位关系力偶不平衡同频占主导，相位稳定。振幅按转速平方增大。需进行双平面动平衡。偶不平衡在机器两端支承处均产生振动，有时一侧比另一侧大较大的偶不平衡有时可产生较大的轴向振动。两支承径向同方向振动相位相差180。质量不平衡C动不平衡是前两种不平衡的合成结果。仍是同频占主导，相位稳定。两支承处同方向振动相位差接近典型的频谱相位关系动不平衡质量不平衡Ｄ悬臂转子不平衡在轴向和径向都会引起较大1X振动。轴向相位稳定，而径向相位会有变化。悬臂式转子可产生较大的

5、轴向振动，轴向振动有时甚至超过径向振动。两支承处轴向振动相位接近。往往是力不平衡和力偶不平衡同时出现典型的频谱相位关系悬臂转子不平衡偏心转子当旋转的皮带轮、齿轮、电机转子等有几何偏心时，会在两个转子中心连线方向上产生较大的1X振动；偏心泵除产生1X振动外，还由于流体不平衡会造成叶轮通过频率及倍频的振动。垂直与水平方向振动相位相差为0或180。采用平衡的办法只能消除单方向的振动。典型的频谱相位关系轴弯曲振动特征类似动不平衡，振动以1X为主，如果弯曲靠近联轴节，也可产生2X振动。类似不对中、通常振幅稳定，如果2X与供电频

6、率或其谐频接近，则可能产生波动。轴向振动可能较大，两支承处相位相差180度。振动随转速增加迅速增加，过了临界转速也一样。典型的频谱相位关系不对中有资料表明现有企业在役设备30％－50％存在不同程度的不对中，严重的不对中会造成设备部件的过早损坏，同时会造成能源的浪费。不对中既可产生径向振动，又会产生轴向振动；既会造成临近联轴节处支承的振动，也会造成远离联轴节的自由端的振动。不对中易产生2X振动，严重的不对中有时会产生类似松动的高次谐波振动。相位是判断不对中的最好判据。不对中A角不对中产生较大的轴向振动，频谱成分为1X和2X

7、；还常见1X、2X或3X都占优势的情况。如果2X或3X超过1X的30％到50％，则可认为是存在角不对中。联轴节两侧轴向振动相位相差180度。典型的频谱相位关系角不对中不对中B典型的频谱相位关系平行不对中平行不对中的振动特性类似角不对中，但径向振动较大。频谱中2X较大，常常超过1X，这与联轴节结构类型有关。角不对中和平行不对中严重时，会产生较多谐波的高谐次（4X~8X）振动。联轴节两侧相位相差也是180度。不对中C轴承不对中或卡死将产生1X,2X轴向振动，如果测试一侧轴承座的四等分点的振动相位，对应两点的相位相差180

8、度。通过找对中无法消除振动，只有卸下轴承重新安装。典型的频谱相位关系轴承不对中不对中D如果联轴节的短节过长或过短，通常会产生明显的3X振动。齿型联轴节卡死会引起轴向和径向振动，通常轴向大于径向，频谱以1X为主，兼有其它谐频，也有出现4X为主的实例。振动随负荷而变，1X明显。松动的联轴节