轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的故障機(jī)理及診斷技術(shù)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第六章 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的故障機(jī)理及診斷技術(shù)第一節(jié) 概 述 旋轉(zhuǎn)機(jī)械的種類繁多，有發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)、離心式壓縮機(jī)、水泵、通風(fēng)機(jī)以及電動(dòng)機(jī)等，這類機(jī)械的主要功能都是由旋轉(zhuǎn)動(dòng)作完成的，統(tǒng)稱為機(jī)器。旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障是指機(jī)器的功能失常，即其動(dòng)態(tài)性能劣化，不符合技術(shù)要求。例如，機(jī)器運(yùn)行失穩(wěn)，機(jī)器發(fā)生異常振動(dòng)和噪聲，機(jī)器的工作轉(zhuǎn)速、輸出功率發(fā)生變化，以及介質(zhì)的溫度、壓力、流量異常等。機(jī)器發(fā)生故障的原因不同，所生產(chǎn)的信息也不一樣，根據(jù)機(jī)器特有的信息，可以對(duì)機(jī)器故障進(jìn)行診斷。但是，機(jī)器發(fā)生故障的原因往往不是單一的因素，特別是對(duì)于機(jī)械系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障，往往是多種故障因素耦合結(jié)果，所以對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)

2、行故障診斷，必須進(jìn)行全面的綜合分析研究。對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷過程，類似于醫(yī)生對(duì)患者的治療。醫(yī)生基于病理需要向患者詢問病、病史。切脈（聽診）以及量體溫、驗(yàn)血相、測(cè)心電圖等，根據(jù)獲得的多種數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合分析才能得出診斷結(jié)果，提出治療方案。同樣，對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷，首先要求診斷者，在通過監(jiān)測(cè)獲取機(jī)器大量信息的基礎(chǔ)上，基于機(jī)器的故障機(jī)理，從中提取故障特征，進(jìn)行周密的分析。例如，對(duì)于汽輪機(jī)、壓縮機(jī)等流體旋轉(zhuǎn)機(jī)械的異常振動(dòng)和噪聲，其振動(dòng)信號(hào)從幅值域、頻率域和時(shí)間域?yàn)樵\斷機(jī)器故障提供了重要的信息，然而它只是機(jī)器故障信息的一部分；而流體機(jī)械的負(fù)荷變化，以及介質(zhì)的溫度、壓力和流量等，對(duì)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)有重要的影

3、響，往往是造成機(jī)器發(fā)生異常振動(dòng)和運(yùn)行失穩(wěn)的重要因素。因此，對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷，應(yīng)在獲取機(jī)器的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)、瞬態(tài)數(shù)據(jù)以及過程參數(shù)和運(yùn)行工作狀態(tài)等信息的基礎(chǔ)上，通過信號(hào)分析和數(shù)據(jù)處理從中提取機(jī)器特有的故障征兆及故障敏感參數(shù)等，經(jīng)過綜合分析判斷，才能確定故障原因，作出符合實(shí)際的診斷結(jié)論，提出治理措施。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障來源及其主要原因，見表6-1。表6-1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的來源及主要原因故障來源主 要 原 因設(shè)計(jì)、制造1） 設(shè)計(jì)不當(dāng)，動(dòng)態(tài)特征不良，運(yùn)行時(shí)發(fā)生強(qiáng)迫振動(dòng)或自激振動(dòng)2） 結(jié)構(gòu)不合理，有應(yīng)力集中3） 工作轉(zhuǎn)速接近或落入臨界轉(zhuǎn)速區(qū)4） 運(yùn)行點(diǎn)接近或落入運(yùn)行非穩(wěn)定區(qū)5） 零部件加工制造不良，精度不夠6）

4、 零件材質(zhì)不良，強(qiáng)度不夠，有制造缺陷7） 轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不符合技術(shù)要求安裝、維修1） 機(jī)器安裝不當(dāng)，零部件錯(cuò)位，預(yù)負(fù)荷大2） 軸系對(duì)中不良（對(duì)軸系熱態(tài)對(duì)中考慮不夠）3） 機(jī)器幾何參數(shù)（如配合間隙、過盈量及相對(duì)位置）調(diào)整不當(dāng)4） 管道應(yīng)力大，機(jī)器在工作狀態(tài)下改變了動(dòng)態(tài)特征和安裝精度5） 轉(zhuǎn)子長(zhǎng)期放置不當(dāng)，破壞了動(dòng)平衡精度6） 安裝或維修過程破壞了機(jī)器原有的配合性質(zhì)和精度運(yùn)行操作1） 機(jī)器在非設(shè)計(jì)狀態(tài)下運(yùn)行（如超速轉(zhuǎn)、超負(fù)荷或低負(fù)荷運(yùn)行），改變了機(jī)器工作特性2） 潤(rùn)滑或冷卻不良3） 旋轉(zhuǎn)體局部損壞或結(jié)垢4） 工藝參數(shù)（如介質(zhì)的溫度、壓力、流量、負(fù)荷等）不當(dāng)，機(jī)器運(yùn)行失穩(wěn)5） 啟動(dòng)、停機(jī)或升降速過程操作

5、不當(dāng)，暖機(jī)不夠，熱膨脹不均勻或在臨界區(qū)停留時(shí)間長(zhǎng)故障來源主 要 原 因機(jī)器劣化1） 長(zhǎng)期運(yùn)行，轉(zhuǎn)子撓度增大2） 旋轉(zhuǎn)體局部損壞、脫落或產(chǎn)生裂紋3） 零、部件磨損、點(diǎn)蝕或腐蝕等4） 配合面受力劣化，生產(chǎn)過盈不足或松動(dòng)等，破壞了配合性質(zhì)和精度5） 機(jī)器基礎(chǔ)沉降不均勻，機(jī)器殼體變形第二節(jié) 轉(zhuǎn)子振動(dòng)的基本概念旋轉(zhuǎn)機(jī)械的主要功能是由旋轉(zhuǎn)動(dòng)作完成的，轉(zhuǎn)子是其主要的部件。旋轉(zhuǎn)機(jī)械發(fā)生故障的重要特征是機(jī)器伴有異常的振動(dòng)和噪聲，其振動(dòng)信號(hào)從幅值域、；頻率域和時(shí)間域?qū)崟r(shí)地反映了機(jī)器故障信息。因此，了解和掌握旋轉(zhuǎn)機(jī)械在故障狀態(tài)下的振動(dòng)機(jī)理，對(duì)于監(jiān)測(cè)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)和提高診斷故障的準(zhǔn)確度具有重要的理論意義和實(shí)際工程應(yīng)用

6、價(jià)值。一、 轉(zhuǎn)子振動(dòng)的基本特征轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，但對(duì)一些簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)機(jī)械來說，為分析和計(jì)算方便，一般都將轉(zhuǎn)子的力學(xué)模型簡(jiǎn)化為一圓盤裝在一無(wú)質(zhì)量的彈性轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸兩端由剛性的軸承及軸承座支撐。該模型稱為剛性支撐的轉(zhuǎn)子，對(duì)它進(jìn)行分析計(jì)算所得到的概念和結(jié)論用于簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)機(jī)械是足夠精確的。由于作了上述種種簡(jiǎn)化，若把得到的分析結(jié)果用于較為復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)機(jī)械雖然不夠精確，擔(dān)仍能明確、形象的說明轉(zhuǎn)子振動(dòng)的基本特性。一般情況下，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子軸心線是水平的，轉(zhuǎn)子的兩個(gè)支撐點(diǎn)在同一水平線上。設(shè)轉(zhuǎn)子上的圓盤位于轉(zhuǎn)子兩支點(diǎn)的中央，當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，由于圓盤的質(zhì)量使轉(zhuǎn)子軸彎曲變形產(chǎn)生靜撓度，即靜變形，但由于靜變形較小，對(duì)

7、于轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的影響不顯著，可以忽略不計(jì)，即仍認(rèn)為圓盤的幾何中心O與軸線AB上O點(diǎn)相重合，如圖6-1（課本92頁(yè)）。當(dāng)轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng)后，由于離心慣性力的作用，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生動(dòng)撓度，其向徑為r。此時(shí)，轉(zhuǎn)子有兩種運(yùn)動(dòng)：一種是轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動(dòng)，即圓盤繞其軸線AOB的轉(zhuǎn)動(dòng)；另一種是弓形轉(zhuǎn)動(dòng)，即彎曲的軸心線AOB與軸承聯(lián)線AOB組成的平面繞AB軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。圓盤的質(zhì)量以m 表示，他所受的力是轉(zhuǎn)子的彈性恢復(fù)力F (6-1)式中k為轉(zhuǎn)子剛度系數(shù)，r=OO。圓盤的運(yùn)動(dòng)微分方程為 （6-2）令 則有 （6-3）它的解可寫作 （6-4）其中振幅X、Y和初相位 都與啟示的振動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。由式（6-4）可知，圓盤或轉(zhuǎn)子的中心O，在互相

8、垂直的兩個(gè)方向作頻率為的簡(jiǎn)諧振動(dòng)。在一般情況下，振幅X、Y不相等，O點(diǎn)軌跡為一橢圓。O的這種運(yùn)動(dòng)是一種“渦動(dòng)”或稱“進(jìn)動(dòng)”。為分析其進(jìn)動(dòng)情況，將式（6-3）改寫為復(fù)數(shù)形式 （6-5）式中 z=x+iy其解為 （6-6）式中、為復(fù)振幅，與系統(tǒng)的初始運(yùn)動(dòng)有關(guān)。圓盤中心O的渦動(dòng)就是式（6-6）中兩種運(yùn)動(dòng)的合成。如圖6-2所示，其中，第一項(xiàng)是半徑為的逆時(shí)針方向的運(yùn)動(dòng)，與轉(zhuǎn)動(dòng)角度同相，稱為正進(jìn)動(dòng)；第二項(xiàng)是半徑為的順時(shí)針方向的運(yùn)動(dòng)，與轉(zhuǎn)動(dòng)角速度反向，稱為反進(jìn)動(dòng)。其合成運(yùn)動(dòng)有以下幾種情況。1），=0。渦動(dòng)為正進(jìn)動(dòng)，軌跡為圓，其半徑為。2）=0，。渦動(dòng)為反進(jìn)動(dòng)，軌跡為圓，其半徑為。3）=。軌跡為直線，點(diǎn)O作直

9、線簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。4）。軌跡為橢圓，時(shí)，O作正向渦動(dòng)；0,O點(diǎn)和C點(diǎn)在O點(diǎn)的同一側(cè)，如圖6-4a所示。2）時(shí)，Ae，C在O和O之間，如圖6-4b所示。3）時(shí)，或OO -OC,圓盤的質(zhì)心C近似地落在固定點(diǎn)O，振動(dòng)很小，轉(zhuǎn)動(dòng)反而比較平穩(wěn)，這種情況為“自動(dòng)對(duì)心”。由式（6-12）知，當(dāng)時(shí)，A,是共振情況。實(shí)際上由于存在阻尼，振幅A不是無(wú)窮大而是較大的有限值，但轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)仍然非常劇烈，以致于有可能斷裂。稱為轉(zhuǎn)軸的“臨界角速度”，與其對(duì)應(yīng)的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)則稱為“臨界轉(zhuǎn)速”，以表示 （6-14）因 故 （6-15）式中 圓盤質(zhì)量引起的轉(zhuǎn)軸中心O的靜撓度。如果機(jī)器的工作轉(zhuǎn)速小于臨界轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)軸稱為剛性軸。如果工作轉(zhuǎn)速

10、高于臨界轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)軸稱為柔性軸。由上面分析可知，具有柔性軸的旋轉(zhuǎn)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)較為平穩(wěn)，但在起動(dòng)過程要經(jīng)過臨界轉(zhuǎn)速。如果緩慢起動(dòng)，則經(jīng)過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，也會(huì)發(fā)生劇烈的振動(dòng)。在實(shí)際中由于阻尼的存在，轉(zhuǎn)子中心O對(duì)不平衡質(zhì)量的響應(yīng)在時(shí)不是無(wú)窮大而是有限值，而且不是最大值。最大值發(fā)生在時(shí)。對(duì)于實(shí)際的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，在升速或降速過程中，用測(cè)量響應(yīng)的辦法來確定轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，把出現(xiàn)最大值即峰值時(shí)的轉(zhuǎn)速作為臨界轉(zhuǎn)速。測(cè)量所得的臨界轉(zhuǎn)速在升速時(shí)略大于前面所定義的臨界轉(zhuǎn)速而在降速時(shí)則略小于。2.影響臨界轉(zhuǎn)速的因素（1）陀螺力矩對(duì)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的影響 當(dāng)轉(zhuǎn)子上的圓盤不裝在兩支撐的中點(diǎn)而是偏于一側(cè)時(shí)，轉(zhuǎn)軸變形后，圓盤的軸線與兩支點(diǎn)

11、A和B的連線有夾角。設(shè)圓盤的自轉(zhuǎn)角速度為，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，則圓盤對(duì)質(zhì)心O的動(dòng)量矩為它與軸線AB的夾角也因該是，見圖6-5。當(dāng)轉(zhuǎn)軸有自然振動(dòng)時(shí)，設(shè)其頻率為。由于進(jìn)動(dòng)，圓盤的動(dòng)量矩L將不斷改變方向，因此有慣性力矩方向與平面OAB垂直，大小為 （6-16）這一慣性力矩稱為陀螺力矩或回轉(zhuǎn)力矩，它是圓盤加于轉(zhuǎn)軸的力矩。因夾角較小，上式可寫作 （6-17）這一力矩與成正比，相當(dāng)于彈性力矩。在正進(jìn)動(dòng)()的情況下，它使轉(zhuǎn)軸的變形減小，因而提高了轉(zhuǎn)軸的彈性剛度，即提高了轉(zhuǎn)子的臨界角速度。在反進(jìn)動(dòng)（）的情況下，它使轉(zhuǎn)軸的變形增大，從而降低了轉(zhuǎn)軸的彈性剛度，即降低了轉(zhuǎn)子的臨界角速度。故陀螺力矩對(duì)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的影響是：正

12、進(jìn)動(dòng)時(shí)，它提高了臨界轉(zhuǎn)速；反進(jìn)動(dòng)時(shí)，它降低了臨界轉(zhuǎn)速。（2）彈性支撐對(duì)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的影響 只有在支架即軸承架完全不變形的條件下，支點(diǎn)才能在轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)時(shí)保持不動(dòng)。實(shí)際上，支架并不是絕對(duì)剛性不變形的，因而考慮支架的彈性變形時(shí)，這支架就相當(dāng)于彈簧與彈性轉(zhuǎn)軸相串聯(lián)，如圖6-6所示。支架與彈性轉(zhuǎn)軸串聯(lián)后，其總的彈性剛度要低于轉(zhuǎn)軸本身的彈性剛度。因此，彈性支撐可使轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)角速度或臨界轉(zhuǎn)速降低；減小支撐剛度可以使臨界角速度顯著降低。（3）組合轉(zhuǎn)子對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)經(jīng)常是由多個(gè)轉(zhuǎn)子組合而成的，例如在汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組中，有高、中、低壓汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子等。各單個(gè)轉(zhuǎn)子有其本身的臨界轉(zhuǎn)速，組合成一

13、個(gè)多跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)后，整個(gè)組合轉(zhuǎn)子系統(tǒng)也有其本身的臨界轉(zhuǎn)速。組合轉(zhuǎn)子與個(gè)單個(gè)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速間既有區(qū)別又有聯(lián)系，其間存在一定規(guī)律。如果各單個(gè)轉(zhuǎn)子是由不同制造廠生產(chǎn)的，那么當(dāng)制造廠給出各單個(gè)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速后，利用紙一規(guī)律，就可以估計(jì)組合后轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的分布情況；此外也可估計(jì)在組合轉(zhuǎn)子的每一階主振型中，哪一個(gè)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特別顯著等。當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子用連軸器組合在一個(gè)系統(tǒng)后，相當(dāng)于在原系統(tǒng)上增加了若干個(gè)線性約束條件，使系統(tǒng)的剛度有所增加，故組合后整個(gè)系統(tǒng)的各階臨界轉(zhuǎn)速將有不同程度的提高，且與轉(zhuǎn)子之間的聯(lián)接方式有關(guān)。圖6-7a為A、B兩個(gè)系統(tǒng)，圖b為將其用鉸接方式聯(lián)接，圖c為將其剛性聯(lián)結(jié)。如原系統(tǒng)A、B的頻率

14、從小到大的排序順序是則系統(tǒng)C的臨界角速度與原系統(tǒng)臨界角速度的關(guān)系為 組合系統(tǒng)D的臨界角速度與各組成轉(zhuǎn)子的臨界角速度間的關(guān)系為 即組合系統(tǒng)D的各階臨界角速度，總是高于原系統(tǒng)相應(yīng)的各階臨界角速度。如圖6-8（課本97頁(yè)）。三、 非線性振動(dòng)特征及識(shí)別方法實(shí)際工程中有許多振動(dòng)問題是非線性振動(dòng)，例如油膜振蕩、摩擦、旋轉(zhuǎn)失速、流體動(dòng)力激振等。線性振動(dòng)系統(tǒng)與非線性振動(dòng)系統(tǒng)之間的區(qū)分，往往取決于該系統(tǒng)在激振力作用下的振幅大小。由于用線性振動(dòng)理論能比較簡(jiǎn)便地研究和解決旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)的主要故障，所以在精度允許的情況下，可以把非線性振動(dòng)問題線性化，作為線性振動(dòng)處理。但是在實(shí)際工程中，有些異常振動(dòng)現(xiàn)象無(wú)法用線性振動(dòng)理論

15、解釋，而用非線性振動(dòng)理論闡明故障機(jī)理，卻很方便。非線性振動(dòng)的主要特征如下：1、 固有頻率隨振動(dòng)復(fù)制而變化 線性振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率只與系統(tǒng)的固有特征（k、m）有關(guān)，是一固定數(shù)值。而非線性振動(dòng)系統(tǒng)則不同，其固有頻率隨振動(dòng)系統(tǒng)的振幅大小而變化，如圖6-9（課本97頁(yè)）。2、 振幅跳躍現(xiàn)象 具有非線性彈性的機(jī)械系統(tǒng)，在周期激振力作用下，振動(dòng)可用強(qiáng)迫振動(dòng)的基本成分與其高次諧波分量之和在表示，其方程為 （6-18） （6-19）式中 相位滯后角。將式（6-19）代入式（6-18），略去高階振動(dòng)成分，得式中，右邊為因此，比較的系數(shù)后，得將上式分別加以平方后相加，得 （6-20）由此得 （6-21）式中 根據(jù)

16、式（6-21），就各種和來計(jì)算X，得圖6-10所示的共振曲線。圖a為軟彈簧的情況，圖b為硬彈簧的情況。在圖a中，如將激勵(lì)頻率慢慢增大，振幅將沿曲線AB變化；在BC之間具有三個(gè)平衡點(diǎn)，而CF之間的平衡點(diǎn)是不穩(wěn)定的平衡點(diǎn)。因此，從B移向C，一過C點(diǎn)就突然跳躍到D，然后進(jìn)到E點(diǎn)。振幅發(fā)生突變。如將激勵(lì)頻率慢慢減少，從E下降的情況，經(jīng)過的路程是從EDF跳躍到BA。在圖b中，振幅也同樣發(fā)生突變，這種現(xiàn)象稱為振幅跳躍現(xiàn)象。相位也有相同的跳躍現(xiàn)象。3、分?jǐn)?shù)諧波共振和高頻諧波共振 在非線性系統(tǒng)中，若以頻率接近于固有頻率整數(shù)倍的激勵(lì)作用于系統(tǒng)發(fā)生共振時(shí)，以激勵(lì)頻率為基準(zhǔn)，則共振的頻率為激勵(lì)頻率的整數(shù)分之一，稱為

17、分?jǐn)?shù)諧波共振。若激勵(lì)頻率接近于固有頻率的整分?jǐn)?shù)倍時(shí)，也會(huì)引起共振，這種共振稱為高頻諧波共振。4、組合共振（和差諧波共振） 在非線性系統(tǒng)中，若有兩種不同頻率和的激振力作用于系統(tǒng)，當(dāng)它們的和或差或于固有頻率一致時(shí)，往往會(huì)引起共振，這種共振稱為組合共振。第三節(jié) 轉(zhuǎn)子不平衡的故障機(jī)理與診斷轉(zhuǎn)子不平衡包括轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的質(zhì)量偏心及轉(zhuǎn)子部件出現(xiàn)缺損。轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心是由于轉(zhuǎn)子的制造誤差、裝配誤差、材質(zhì)不均勻等原因造成的，稱此為初始不平衡。轉(zhuǎn)子部件缺損是指轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中由于腐蝕、磨損、介質(zhì)結(jié)垢以及轉(zhuǎn)子受疲勞力的作用，使轉(zhuǎn)子的零部件（如葉輪、葉片等）局部損壞、脫落，碎塊飛出等，造成的新的轉(zhuǎn)子不平衡。轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心及轉(zhuǎn)子部件

18、缺損是兩種不同的故障，但其不平衡振動(dòng)激勵(lì)卻有共同之處。一、 振動(dòng)機(jī)理設(shè)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量為M，偏心質(zhì)量為m，偏心距為e。轉(zhuǎn)子的質(zhì)心到兩軸承連心線的垂直距離不為零，撓度為a，如圖6-11所示。一具有偏心質(zhì)量的轉(zhuǎn)子，設(shè)其偏心質(zhì)量集中于 C點(diǎn)，考慮到其外阻尼的作用，轉(zhuǎn)子以角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其軸心O的運(yùn)動(dòng)微分方程為 （6-22）令z=x+iy,其復(fù)數(shù)形式的運(yùn)動(dòng)方程為 （6-23）設(shè)其特解為 代入后可得 因 故有 解出和 （6-24a） （6-24b）令，有 （6-25a） （6-25b）根據(jù)式（6-25a）和（6-25b），按不同的頻率比和阻尼系數(shù)的變化，作出幅頻響應(yīng)圖及相頻響應(yīng)圖，如圖6-12 所示。實(shí)際的轉(zhuǎn)子

19、，由于軸的各向彎曲剛度有差別，特別是由于支撐剛度各向不同，因而轉(zhuǎn)子對(duì)不平衡質(zhì)量的響應(yīng)，在x、y方向不僅振幅不同，而且相位差也不是，因而轉(zhuǎn)子的軸心軌跡不是圓而是橢圓，如圖6-13所示。由上述分析知，轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心及轉(zhuǎn)子部件出現(xiàn)缺損故障的主要振動(dòng)特征如下：1） 振動(dòng)的時(shí)域波形為正弦波。2） 頻譜圖中，諧波能量集中于基頻。3） 當(dāng)時(shí)，振幅隨的增加而增大；當(dāng)后，增加時(shí)振幅趨于一個(gè)較小的穩(wěn)定值；當(dāng)接近于時(shí)發(fā)生共振，振幅具有最大峰值。4） 當(dāng)工作轉(zhuǎn)速一定時(shí)，相位穩(wěn)定。5） 轉(zhuǎn)子的軸心軌跡為橢圓。6） 轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)特征為同步正進(jìn)動(dòng)。7） 振動(dòng)的強(qiáng)烈程度對(duì)工作轉(zhuǎn)速的變化很敏感。8） 質(zhì)量偏心的矢量域穩(wěn)定于某一允許

20、的范圍內(nèi)（見圖6-14）。而轉(zhuǎn)子發(fā)生部件缺損故障時(shí)，其矢量域在某一時(shí)刻從點(diǎn)突變到點(diǎn)（見圖6-15）。 二、診斷方法及治理措施1、轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心的診斷方法（1）振動(dòng)特征（表6-2）表6-2 轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心的振動(dòng)特征12345678特征頻率常伴頻率振動(dòng)穩(wěn)定性振動(dòng)方向相位特征軸心軌跡進(jìn)動(dòng)方向矢量區(qū)域1項(xiàng)穩(wěn)定徑向穩(wěn)定橢圓正進(jìn)動(dòng)不變（2）敏感參數(shù)（表6-3）表6-3 轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心的敏感參數(shù)123456振動(dòng)歲轉(zhuǎn)速變化振動(dòng)隨負(fù)荷變化振動(dòng)隨油溫變化振動(dòng)隨流量變化振動(dòng)隨壓力變化其他識(shí)別方法明顯不明顯不變不變不變低速時(shí)振幅趨于零2、 轉(zhuǎn)子部件缺損的診斷方法（1） 振動(dòng)特征 （表6-4）表6-4 轉(zhuǎn)子部件缺損的振動(dòng)特征

21、12345678特征頻率常伴頻率振動(dòng)穩(wěn)定性振動(dòng)方向相位特征軸心軌跡進(jìn)動(dòng)方向矢量區(qū)域1x突發(fā)性增大后穩(wěn)定徑向突發(fā)后穩(wěn)定橢圓正進(jìn)動(dòng)突發(fā)后穩(wěn)定（2） 敏感參數(shù)（表6-5）表6-5 轉(zhuǎn)子部件缺損的敏感參數(shù)123456振動(dòng)歲轉(zhuǎn)速變化振動(dòng)隨負(fù)荷變化振動(dòng)隨油溫變化振動(dòng)隨流量變化振動(dòng)隨壓力變化其它識(shí)別方法明顯不明顯不變不變不變振幅突然增加3、 故障位置的診斷方法 準(zhǔn)確判定故障發(fā)生的位置。對(duì)于采取有效的治理措施是的。簡(jiǎn)便的判定方法為“三位診斷法”，具體方法如下：1） 轉(zhuǎn)子的1階振型及2階振型如圖6-16所示，將轉(zhuǎn)子分為A、B、C三段，測(cè)出個(gè)段的振型響應(yīng)，如圖6-17所示。2） 用、分別表示軸承1處A段的1階及2

22、階振動(dòng)響應(yīng)，用、分別表示軸承2處C段的1階及2階振動(dòng)響應(yīng)，則 （6-23）3） 確定故障位置。故障位置在轉(zhuǎn)子的左端A段時(shí) （6-28）故障位置在轉(zhuǎn)子的中間位置B段時(shí) （6-29）故障位置在轉(zhuǎn)子的左端C段時(shí) （6-29）由式（6-27）、（6-28）或（6-29）即可確定故障位置。4、 轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心的故障原因及治理措施（1） 故障原因（表6-6）表6-6 轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心的故障原因故障來源1234設(shè)計(jì)、制造安裝、維修運(yùn)行、操作機(jī)器劣化主要原因結(jié)構(gòu)不合理，制造誤差大，材質(zhì)不均勻，動(dòng)平衡精度低轉(zhuǎn)子上零件安裝錯(cuò)位轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)體結(jié)垢（例如壓縮機(jī)流道內(nèi)結(jié)垢）轉(zhuǎn)子上零件配合松動(dòng)（2） 治理措施1） 轉(zhuǎn)子除垢，進(jìn)行修

23、復(fù)。2） 按技術(shù)要求對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡。5、 轉(zhuǎn)子部件缺損的故障原因及治理措施(1) 故障原因（表6-7）表6-7 轉(zhuǎn)子部件缺損的故障原因故障來源1234設(shè)計(jì)、制造安裝、維修運(yùn)行、操作機(jī)器劣化主要原因結(jié)構(gòu)不合理，制造誤差大，材質(zhì)不均勻轉(zhuǎn)子有較大預(yù)負(fù)荷1）超速、超負(fù)荷運(yùn)行2）零件局部損壞脫落轉(zhuǎn)子受腐蝕疲勞，應(yīng)力集中（3） 治理措施 修復(fù)轉(zhuǎn)子，重新動(dòng)平衡，正確操作。三、診斷實(shí)例某大型離心機(jī)式壓縮機(jī)，經(jīng)檢修更換轉(zhuǎn)子后，機(jī)組運(yùn)行時(shí)發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，壓縮機(jī)兩端軸承處徑向振幅超過設(shè)計(jì)允許值3倍，機(jī)器不能正常運(yùn)行。主要振動(dòng)特征如圖6-18所示。1） 振動(dòng)與工作轉(zhuǎn)速同頻，其時(shí)域波形如圖c所示。2） 頻譜中能量集中于

24、基頻，具有突出的峰值（見圖a）。3） 軸心軌跡為橢圓（見圖b）。4） 轉(zhuǎn)子相位穩(wěn)定，為同步正進(jìn)動(dòng)。5） 改變工作轉(zhuǎn)速，振幅有明顯變化。診斷意見 根據(jù)圖6-18所示的振動(dòng)特征可知，壓縮機(jī)發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)的原因是由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心、不平衡造成的，應(yīng)停機(jī)檢修或更換轉(zhuǎn)子。生產(chǎn)驗(yàn)證 按該轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡技術(shù)要求，不平衡質(zhì)量誤差應(yīng)小于。經(jīng)拆機(jī)檢驗(yàn)，轉(zhuǎn)子的實(shí)際不平衡量一端為，另一端為，具有嚴(yán)重不平衡質(zhì)量。將該轉(zhuǎn)子在工作轉(zhuǎn)速下經(jīng)過認(rèn)真高速動(dòng)平衡，使其達(dá)到技術(shù)要求。該轉(zhuǎn)子重新安裝后，壓縮機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)行。第四節(jié) 轉(zhuǎn)子彎曲的故障機(jī)理與診斷轉(zhuǎn)子彎曲包括轉(zhuǎn)子弓形彎曲和臨時(shí)性的彎曲兩種故障。轉(zhuǎn)子弓形彎曲是指轉(zhuǎn)子軸呈弓形，它是由于轉(zhuǎn)

25、軸結(jié)構(gòu)不合理、制造誤差大、材質(zhì)不均勻、轉(zhuǎn)子長(zhǎng)期存放不當(dāng)?shù)?，發(fā)生永久彎曲變形或是由于熱態(tài)停機(jī)時(shí)未及時(shí)盤車、熱穩(wěn)定性差、長(zhǎng)期運(yùn)行后轉(zhuǎn)軸自然彎曲加大等原因造成的。轉(zhuǎn)子臨時(shí)性彎曲是指轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸有較大預(yù)負(fù)荷、開機(jī)運(yùn)行時(shí)暖機(jī)不足、升速過快、加載太大、轉(zhuǎn)軸熱變形不均勻等原因造成的。轉(zhuǎn)軸弓形彎曲與轉(zhuǎn)軸臨時(shí)性彎曲是兩種不同的故障，但其故障機(jī)相同。一、振動(dòng)機(jī)理旋轉(zhuǎn)軸彎曲時(shí)，由于彎曲所產(chǎn)生的力和轉(zhuǎn)子不平衡所產(chǎn)生的力相位不同，兩者之間相互作用有所抵消，轉(zhuǎn)軸的振幅將在某個(gè)速度下減小。當(dāng)彎曲的作用小于不平衡時(shí)，振幅的減小發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以下；當(dāng)彎曲的作用大于不平衡時(shí)，振幅的減小就發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以上。轉(zhuǎn)子無(wú)論發(fā)生弓形彎曲還是

26、臨時(shí)性彎曲，他都要產(chǎn)生于質(zhì)量偏心類似的旋轉(zhuǎn)矢量激振力，同時(shí)在軸向發(fā)生與角頻率相等的振動(dòng)。這兩種故障的機(jī)理與轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心相同。二、診斷方法及治理措施轉(zhuǎn)子弓形彎曲和轉(zhuǎn)子零時(shí)性彎曲的故障診斷，與轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心的診斷方法基本相同。其不同之處是，具有轉(zhuǎn)子弓形彎曲故障的機(jī)器，開機(jī)起動(dòng)時(shí)振動(dòng)就較大；而轉(zhuǎn)子臨時(shí)性彎曲的機(jī)器，是隨著開機(jī)升速過程振幅增大到某一值后振幅有所減小，其振幅矢量域如圖6-19所示。1、轉(zhuǎn)子弓形彎曲的診斷方法(1) 振動(dòng)特征（表6-8）表 6-8 轉(zhuǎn)子弓形彎曲的振動(dòng)特征12345678特征頻率常伴頻率振動(dòng)穩(wěn)定性振動(dòng)方向相位特征軸心軌跡進(jìn)動(dòng)方向矢量區(qū)域1x2x穩(wěn)定徑向、軸向穩(wěn)定橢圓正進(jìn)動(dòng)矢量起

27、始點(diǎn)大，隨運(yùn)行繼續(xù)增大（2） 敏感參數(shù)（表6-9）表6-9 轉(zhuǎn)子弓形彎曲的敏感參數(shù)123456振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速變化振動(dòng)隨負(fù)荷變化振動(dòng)隨油溫變化振動(dòng)隨流量變化振動(dòng)隨壓力變化其它識(shí)別方法明顯不明顯不變不變不變1） 機(jī)器開始升速運(yùn)行時(shí)，在低速階段振動(dòng)幅值就較大2） 剛性轉(zhuǎn)子兩端相位差2、轉(zhuǎn)子臨時(shí)性彎曲的診斷方法（1） 振動(dòng)特征（表6-10）表6-10 轉(zhuǎn)子臨時(shí)性彎曲的振動(dòng)特征12345678特征頻率常伴頻率振動(dòng)穩(wěn)定性振動(dòng)方向相位特征軸心軌跡進(jìn)動(dòng)方向矢量區(qū)域1x穩(wěn)定徑向、軸向穩(wěn)定橢圓正進(jìn)動(dòng)升速時(shí)矢量逐漸增大，穩(wěn)定運(yùn)行后矢量減小（2） 敏感參數(shù)（表6-11）表6-11 轉(zhuǎn)子臨時(shí)性彎曲的敏感參數(shù)123456振動(dòng)

28、隨轉(zhuǎn)速變化振動(dòng)隨負(fù)荷變化振動(dòng)隨油溫變化振動(dòng)隨流量變化振動(dòng)隨壓力變化其它識(shí)別方法明顯不明顯不變不變不變升速過程振幅大，往往不能正常啟動(dòng) 轉(zhuǎn)子弓形彎曲的故障原因及治理措施1. 故障原因（表6-12）表6-12 轉(zhuǎn)子弓形彎曲的故障原因故障來源1234設(shè)計(jì)、制造安裝、維修運(yùn)行、操作機(jī)器劣化主要原因結(jié)構(gòu)不合理，制造誤差大，材質(zhì)不均勻1） 轉(zhuǎn)子長(zhǎng)期性存放不當(dāng)，發(fā)生永久彎曲變形2） 軸承安裝錯(cuò)位，轉(zhuǎn)子有較大預(yù)負(fù)荷高速、高溫機(jī)器，停機(jī)后未及時(shí)盤車轉(zhuǎn)子熱穩(wěn)定性差，長(zhǎng)期運(yùn)行后自然彎曲（2）治理措施1）正確存放轉(zhuǎn)子，科學(xué)管理。2）校直轉(zhuǎn)子。3）按技術(shù)要求進(jìn)行平衡。2 轉(zhuǎn)子臨時(shí)性彎曲的故障原因及治理措施1. 故障原因

29、（表6-13 ）表6-13 轉(zhuǎn)子臨時(shí)性彎曲的故障原因故障來源1234設(shè)計(jì)、制造安裝、維修運(yùn)行、操作機(jī)器劣化主要原因結(jié)構(gòu)不合理，制造誤差大，材質(zhì)不均勻轉(zhuǎn)子有較大預(yù)負(fù)荷升速過快，加載太大轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性差（2）治理措施1）重新開機(jī)啟動(dòng)2）將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)在啟動(dòng)。三、診斷實(shí)例例1 某廠告訴壓縮機(jī)檢修時(shí)更換了轉(zhuǎn)子，該機(jī)開機(jī)后低速運(yùn)行時(shí)壓縮機(jī)振動(dòng)較大，而且隨著工作轉(zhuǎn)速的升高，振動(dòng)也隨著增大并發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，經(jīng)數(shù)次開機(jī)都未能通過臨界轉(zhuǎn)速，機(jī)器不能正常運(yùn)行，其振動(dòng)矢量域如圖6-19a所示。診斷意見 根據(jù)區(qū)振動(dòng)特征診斷，機(jī)器故障是轉(zhuǎn)子弓形彎曲造成的。生產(chǎn)驗(yàn)證 該壓縮機(jī)的備用轉(zhuǎn)子，在倉(cāng)庫(kù)中長(zhǎng)期存放將近兩年，未做過技術(shù)處理，致

30、使轉(zhuǎn)子由于自重而造成彎曲；轉(zhuǎn)子安裝使用前又未進(jìn)行高速度平衡，從而造成開機(jī)時(shí)發(fā)生異常振動(dòng)。針對(duì)這種情況，將轉(zhuǎn)子經(jīng)過技術(shù)處理，重新安裝后運(yùn)行正常。列2 某廠汽輪機(jī)停機(jī)檢修時(shí)，更換了經(jīng)過嚴(yán)格高速動(dòng)平衡的轉(zhuǎn)子，開機(jī)升速時(shí)未按升速曲線進(jìn)行，其振動(dòng)矢量域如圖6-19b所示。診斷意見 根據(jù)其振動(dòng)特征，診斷該機(jī)組的異常振動(dòng)是由于機(jī)器的升速過程暖機(jī)不夠，操作不當(dāng)，轉(zhuǎn)子升速、升壓過快，造成轉(zhuǎn)子臨時(shí)彎曲的結(jié)果。生產(chǎn)驗(yàn)證 根據(jù)診斷意見，該機(jī)經(jīng)過充分暖機(jī)，按正確操作規(guī)程升速后，機(jī)器正常運(yùn)行。第五節(jié) 轉(zhuǎn)子不對(duì)中的故障機(jī)理與診斷機(jī)組各轉(zhuǎn)子之間由聯(lián)軸器聯(lián)接構(gòu)成軸系，傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。由于機(jī)器的安裝誤差、承載后的變形以及機(jī)器基礎(chǔ)

31、的沉降不均勻等，造成機(jī)器工作狀態(tài)時(shí)各轉(zhuǎn)子軸線之間產(chǎn)生軸線平行位移、軸線角度位移或綜合位移等對(duì)中變化誤差，統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)子不對(duì)中，如圖6-20（課本106頁(yè)）。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)機(jī)械故障的60%是由不對(duì)中引起的。具有不對(duì)中故障的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在其運(yùn)轉(zhuǎn)過程中將產(chǎn)生一系列有害于設(shè)備的動(dòng)態(tài)效應(yīng)，如引起機(jī)器聯(lián)軸器偏轉(zhuǎn)、軸承早期破壞、油膜失穩(wěn)和軸的撓曲變形等，導(dǎo)致機(jī)器發(fā)生異常振動(dòng)，危害極大。一、振動(dòng)機(jī)理 轉(zhuǎn)子不對(duì)中的軸系，不僅改變了轉(zhuǎn)子軸頸與軸承的相互位置和軸承的工作狀態(tài)，同時(shí)也降低了軸系的固有頻率。如圖6-21（課本106頁(yè)），軸系由于轉(zhuǎn)子不對(duì)中，使轉(zhuǎn)子受力及支撐所受的附加力是轉(zhuǎn)子發(fā)生異常振動(dòng)和軸承早期損壞的重要原因。聯(lián)軸器

32、的結(jié)構(gòu)種類較多，大型高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械常用齒式聯(lián)軸器，中、小設(shè)備多用固定式剛性聯(lián)軸器，現(xiàn)以這兩種聯(lián)軸器為例說明轉(zhuǎn)子不對(duì)中的故障機(jī)理。1、齒式聯(lián)軸器聯(lián)接不對(duì)中的振動(dòng)機(jī)理 齒式聯(lián)軸器是最具代表性的允許綜合位移的聯(lián)軸器，為一般大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備所采用。它由兩個(gè)具有外齒環(huán)的半聯(lián)軸器和具有內(nèi)齒環(huán)的中間齒套組成，半聯(lián)軸器分別與主動(dòng)軸和從動(dòng)軸連接。其不對(duì)中形式有三種，即軸線平行位移不對(duì)中（圖6-22a）、軸線角度位移不對(duì)中（圖6-22b）和軸線綜合位移不對(duì)中（圖6-22c）。當(dāng)機(jī)組軸系個(gè)轉(zhuǎn)子之間的連接對(duì)中超差時(shí)，齒式聯(lián)軸器內(nèi)外齒面的接觸情況都發(fā)生了變化（圖6-23）。齒面的法向力為 （6-30）式中 d聯(lián)軸器齒環(huán)以分度

33、圓直徑（mm）； 聯(lián)軸器齒環(huán)的壓力角（）； 聯(lián)軸器所傳遞的轉(zhuǎn)矩（Nmm）。由齒面嚙合的摩擦力所產(chǎn)生的摩擦力矩為 （6-31）中間齒套傾斜的力矩為 （6-32）式中 中間齒套的傾角； B外齒寬。若忽略其他因素的影響，設(shè)與在同一平面內(nèi)且相互垂直，由這兩個(gè)力矩所產(chǎn)生的徑向分力為 及 （6-33）式中 L聯(lián)軸器中間齒套兩端齒的中心跨距（mm）。軸承所受的附加徑向力為 （6-34）同樣，由于摩擦力的影響，最大附加軸向力為 （6-35）由上述分析知，當(dāng)機(jī)組軸系轉(zhuǎn)子之間的聯(lián)接隊(duì)中超差時(shí)，聯(lián)軸器在傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩時(shí)產(chǎn)生附加徑向利和附加軸向力，這是轉(zhuǎn)子發(fā)生異常振動(dòng)和軸承早期損壞的主要原因。轉(zhuǎn)子發(fā)生異常振動(dòng)的主要特

34、征如下：（1）軸線平行位移不對(duì)中的振動(dòng)特征 轉(zhuǎn)子軸線之間有徑向位移時(shí)，聯(lián)軸器的中間齒套于半聯(lián)軸器組成移動(dòng)副，不能像對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，但是中間齒套于半聯(lián)軸器可以滑動(dòng)而作平面圓周運(yùn)動(dòng)，中間齒套的質(zhì)心便以軸線的徑向位移量（）為直徑做圓周運(yùn)動(dòng)，如圖6-24所示。設(shè)具有軸線平行位移不對(duì)中的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不對(duì)中量為，兩半聯(lián)軸器的回轉(zhuǎn)中心為和,頂圓半徑分別為和，角頻率為;聯(lián)軸器中間齒套的靜態(tài)中心和相對(duì)運(yùn)動(dòng)中心分別為O和O，齒根圓半徑為R。滿足安裝條件的最小根圓半徑為 由于兩個(gè)半聯(lián)軸器軍繞自己的中心、轉(zhuǎn)動(dòng)，且分別與中間齒套嚙合在一起，則兩半聯(lián)軸器在運(yùn)動(dòng)的同時(shí)必然要就中間齒套的中心O繞其中心轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)滿足兩個(gè)回轉(zhuǎn)中心要求的O

35、必然要做平面運(yùn)動(dòng)。顯然，若,將出現(xiàn)“卡死”狀態(tài)。一般齒式聯(lián)軸器的許多位移比不對(duì)中量要大得多，聯(lián)軸器的中間齒套除包容兩半聯(lián)軸器的頂圓以外，還有一定的空間供外圓擺動(dòng)，實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡是以O(shè)為中心，以為直徑的圓。軸心線的運(yùn)動(dòng)軌跡輪廓為一圓柱體，如圖6-24c所示。圖6-25所示為半聯(lián)軸器在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中中間齒套中心O的運(yùn)動(dòng)情況，圖a、圖b、圖c、圖d分別表示半聯(lián)軸器2上一點(diǎn)M繞中心轉(zhuǎn)過、時(shí)O所處的位置。，從圖6-25看出當(dāng)半聯(lián)軸器轉(zhuǎn)過時(shí)，中間齒套的軸心已轉(zhuǎn)過，完成了一周的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡可用圖6-26表示。面O繞O的運(yùn)動(dòng)軌跡描述為 （6-36）式中 轉(zhuǎn)子的角頻率； 其實(shí)回轉(zhuǎn)相角。中間齒套中心線的運(yùn)動(dòng)軌跡具有

36、明顯的2倍頻特征，其相位是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)相位的2倍。聯(lián)軸器兩端轉(zhuǎn)子同一方向具有相同的相位。中間齒套的這種運(yùn)動(dòng)向轉(zhuǎn)子系統(tǒng)所施加的力為 （6-37）式中 m聯(lián)軸器中間此套質(zhì)量； 轉(zhuǎn)子在x方向受到的激振力； 轉(zhuǎn)子在y方向受到的激振力。式（6-37）表明，激振力幅與不對(duì)中量和質(zhì)量m成正比。激振力隨轉(zhuǎn)速變化的因子為，這說明不對(duì)中對(duì)轉(zhuǎn)速的敏感程度比不平衡對(duì)轉(zhuǎn)速的敏感程度要大4倍。（2）軸線角度位移不對(duì)中的振動(dòng)特征 具有軸線角度位移不對(duì)中的齒式聯(lián)軸器聯(lián)接的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)如圖6-27（課本110頁(yè)），不對(duì)中量為，主、從動(dòng)軸的角頻率分別為和。由于軸線傾斜，半聯(lián)軸器的齒頂圓在沿外殼回轉(zhuǎn)軸線方向的投影為橢圓，橢圓的長(zhǎng)短半軸分別

37、為 或由于半聯(lián)軸器和中間齒套嚙合在一起，彼此不能產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，故圖6-27中所示位置是一種“卡死”狀態(tài)。要使系統(tǒng)運(yùn)行，中間齒套需有比R大的齒根圓直徑，且中間齒套的中心O和兩半聯(lián)軸器的中心和不重合，并具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。事實(shí)上，中間齒套的軸線是兩半聯(lián)軸器之間不停地?cái)[動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡為一回轉(zhuǎn)雙錐體，如圖6-27c所示，只有這樣，才能滿足機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)條件，圖6-28（課本110頁(yè)）為半聯(lián)軸器在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中中間齒套中心O在同截面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況，圖a、圖b、圖c、圖d分別表示半聯(lián)軸器1上一點(diǎn)M繞其中心點(diǎn)轉(zhuǎn)過、時(shí)O所處的位置，其投影方向?yàn)橹虚g齒套3的軸線方向。由圖6-28知，當(dāng)半聯(lián)軸器1轉(zhuǎn)過時(shí)，中間齒套的軸心已

38、轉(zhuǎn)過,完成了一周的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡為一圓。中間齒套回轉(zhuǎn)軸線上某點(diǎn)O的運(yùn)動(dòng)軌跡為以O(shè)為中心的圓，描述同軸線平行位移不對(duì)中式（6-36），其軸線回轉(zhuǎn)輪廓為一雙錐體，故在左邊L截面 （6-38）考慮到中間齒套軸線在兩端的擺動(dòng)方向相反，故在右邊R截面有 （6-39）這表明，中間齒套的運(yùn)動(dòng)軌跡同軸線平行位移不對(duì)中一樣具有2倍特征，但在兩半聯(lián)軸器上同一方向，其相位差為。計(jì)算中間齒套運(yùn)動(dòng)向轉(zhuǎn)子系統(tǒng)施加力時(shí)，可以假定中間齒套的質(zhì)量集中分布在b、c兩點(diǎn)（圖6-27c），則在該兩點(diǎn)所處截面內(nèi) （6-40）式中 兩半聯(lián)軸器之間的安轉(zhuǎn)距離； 、在a截面內(nèi)x、y向的激振力； 、b截面內(nèi)x、y向的激振力。由式（6-40）知

39、，在軸線角度位移不對(duì)中情況下，激振力幅保持對(duì)轉(zhuǎn)速的敏感。不對(duì)中量、質(zhì)量m、安裝距離對(duì)激振力有直接影響。( 3) 軸線綜合位移不對(duì)中的振動(dòng)特征 在實(shí)際生產(chǎn)中，機(jī)組軸系轉(zhuǎn)子之間的聯(lián)接對(duì)中情況，往往是既有平行位移不對(duì)中，又有角度位移不對(duì)中的綜合位移不對(duì)中，因而轉(zhuǎn)子發(fā)生徑向振動(dòng)的機(jī)理是兩者的綜合結(jié)果。當(dāng)轉(zhuǎn)子既有平行位移不對(duì)中又有角度位移不對(duì)中時(shí)，其動(dòng)態(tài)特征比較復(fù)雜，中間齒套軸心線的回轉(zhuǎn)軌跡既不是圓柱體，也不是雙錐體，而是介于兩者之間的半雙錐體形狀；激振頻率為角頻率的2倍；激振力幅隨速度而變化，其大小和綜合不對(duì)中量、安裝距離以及中間齒套質(zhì)量m等有關(guān)；連軸器兩側(cè)同一方向的激振力之間的相位差在之間。其它故障

40、物理特性也介于軸線平行位移不對(duì)中和軸線角度位移不對(duì)中之間。同時(shí)，齒式連軸器由于所產(chǎn)生的附加軸向力以及轉(zhuǎn)子偏角位移的作用，從動(dòng)轉(zhuǎn)子以每回轉(zhuǎn)一周為周期，在軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，因而轉(zhuǎn)子軸向振動(dòng)的頻率與角頻率相同，如圖6-29所示。有上述分析知：齒式連軸器聯(lián)接的不對(duì)中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，其主要振動(dòng)特征為：1） 齒式聯(lián)軸器不對(duì)中故障的特征頻率為角頻率的2倍。2） 由不對(duì)中故障產(chǎn)生的對(duì)轉(zhuǎn)子的激振力幅，雖轉(zhuǎn)速的升高而加大，因此，高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械應(yīng)更加注重轉(zhuǎn)子的對(duì)中要求。3） 激勵(lì)力幅與不對(duì)中量成正比，隨不對(duì)中量的增加，激勵(lì)力幅呈線性加大。4） 聯(lián)軸器同一側(cè)相互垂直的兩個(gè)方向，2倍頻的相位差是基頻的2倍；聯(lián)軸器兩側(cè)同一方向的

41、相位在平行位移不對(duì)中時(shí)為，在角位移不對(duì)中時(shí)為，綜合位移不對(duì)中時(shí)為。 5）軸系轉(zhuǎn)子在不對(duì)中情況下，中間齒套的軸心線相對(duì)于聯(lián)軸器的軸心線產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在平行位移不對(duì)中是的回轉(zhuǎn)輪廓為一圓柱體，角位移不對(duì)中時(shí)為一雙錐體，綜合位移不對(duì)中時(shí)是介于二者之間的形狀?；剞D(zhuǎn)體的回轉(zhuǎn)范圍由不對(duì)中量決定。6）軸系具有過大的不對(duì)中量時(shí)，即使轉(zhuǎn)子能夠聯(lián)接上，也會(huì)導(dǎo)致連軸器不符合其運(yùn)動(dòng)條件而使轉(zhuǎn)子在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生巨大的附加徑向力和附加軸向力，使轉(zhuǎn)子發(fā)生異常振動(dòng)和軸承早期損壞，這對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)具有更大的破壞性。2、剛性連軸器聯(lián)接轉(zhuǎn)子不對(duì)中的故障機(jī)理 剛性聯(lián)軸器聯(lián)接的轉(zhuǎn)子對(duì)中不良時(shí)，由于強(qiáng)制聯(lián)接所產(chǎn)生的力矩，不僅使轉(zhuǎn)子發(fā)生彎曲變形，而

42、且隨轉(zhuǎn)子軸線平行位移或軸線角度位移的狀態(tài)不同，其變形和受力情況不一樣，如圖6-30所示。用剛性聯(lián)軸器聯(lián)接的轉(zhuǎn)子不對(duì)中時(shí)，轉(zhuǎn)子往往是既有軸線平行位移，又有軸線角度位移的綜合狀態(tài)，轉(zhuǎn)子所受的力既有徑向交變力，又有軸向交變力。彎曲變形的轉(zhuǎn)子由于轉(zhuǎn)軸內(nèi)阻現(xiàn)象以及轉(zhuǎn)軸表面與旋轉(zhuǎn)體內(nèi)表面之間的摩擦而產(chǎn)生的相對(duì)滑動(dòng)，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生自激旋轉(zhuǎn)振動(dòng)，而且當(dāng)主動(dòng)轉(zhuǎn)子按一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速會(huì)產(chǎn)生周期性變動(dòng)，每轉(zhuǎn)動(dòng)一周變動(dòng)兩次，因而其振動(dòng)頻率為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的兩倍。轉(zhuǎn)子所受的軸向交變力與圖6-29相同，其振動(dòng)特征頻率為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。二、診斷方法及治理措施（1）振動(dòng)特征 （表6-14）表6-14 轉(zhuǎn)子不對(duì)中的振動(dòng)特

43、征12345678特征頻率常伴頻率振動(dòng)穩(wěn)定性振動(dòng)方向相位特征軸心軌跡進(jìn)動(dòng)方向適量區(qū)域2x1x、3x穩(wěn)定徑向、軸向較穩(wěn)定雙環(huán)橢圓正進(jìn)動(dòng)不變 （2）敏感參數(shù) 轉(zhuǎn)子不對(duì)中時(shí)，轉(zhuǎn)子受力及軸承所受的附加力直接與聯(lián)軸器所傳遞的轉(zhuǎn)矩成正比，即轉(zhuǎn)子不對(duì)中所發(fā)生的異常振動(dòng)隨機(jī)器的負(fù)荷增加而增加。轉(zhuǎn)子的熱態(tài)對(duì)中狀態(tài)對(duì)機(jī)器的基礎(chǔ)變形、熱膨脹不均勻及環(huán)境溫度的突然變化等因素比較敏感，具體見表6-15。表6-15 轉(zhuǎn)子不對(duì)中的敏感參數(shù)123456振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速變化振動(dòng)隨負(fù)荷變化振動(dòng)隨油溫變化振動(dòng)隨流量變化振動(dòng)隨壓力變化其他識(shí)別方法明顯明顯有影響有影響有影響1)轉(zhuǎn)子軸向振動(dòng)較大2）連軸器相鄰軸承處振動(dòng)較大3）隨機(jī)器負(fù)荷增大，

44、振動(dòng)增大4）對(duì)環(huán)境溫度變化敏感 （3）故障原因 （表6-16）表6-16 轉(zhuǎn)子不對(duì)中的故障原因故障來源1234設(shè)計(jì)、制造安裝、維修運(yùn)行、操作機(jī)器劣化主要原因?qū)C(jī)器熱膨脹量考慮不夠，給定的安裝對(duì)中技術(shù)要求不準(zhǔn)1）安裝精度未達(dá)到技術(shù)要求2）對(duì)熱態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)子不對(duì)中變化量考慮不夠1）超負(fù)荷運(yùn)行2）機(jī)組保溫不良，軸系個(gè)轉(zhuǎn)子熱變形不同1）機(jī)器基礎(chǔ)或機(jī)座沉降不均勻，是不對(duì)中超差2）環(huán)境溫度變化大，機(jī)器熱變形不同（4）治理措施1）轉(zhuǎn)子冷態(tài)對(duì)中時(shí)，因考慮到熱態(tài)不對(duì)中變化量。2）按技術(shù)要求調(diào)整軸系轉(zhuǎn)子對(duì)中量，重新對(duì)中。三、診斷實(shí)例某廠的透平壓縮機(jī)組如圖6-31（課本113頁(yè)），機(jī)組檢修時(shí)，除常規(guī)工作外，還更換了聯(lián)接壓縮機(jī)高壓缸和低壓缸的聯(lián)軸器的聯(lián)接螺栓，對(duì)軸系的轉(zhuǎn)子不對(duì)中度進(jìn)行了調(diào)整等。機(jī)組檢修后運(yùn)行時(shí)，透平和壓縮機(jī)低壓缸運(yùn)行正常，而壓縮機(jī)高壓缸振動(dòng)較大（在振值允許范圍內(nèi)）