機(jī)器振動特征分析

機(jī)器振動特征分析第一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)子不平衡不平衡定義：

轉(zhuǎn)子質(zhì)量中心線與轉(zhuǎn)軸中心線不重合時便產(chǎn)生不平衡不平衡類型：靜不平衡（力不平衡）力偶不平衡動不平衡懸臂轉(zhuǎn)子不平衡第二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一不平衡的原因轉(zhuǎn)子機(jī)械損傷污染物堆積軸彎曲軸孔偏離中心風(fēng)扇機(jī)械損傷污染物堆積軸孔偏離中心齒輪機(jī)械損傷軸孔偏離中心第三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一不平衡的原因滑輪/槽輪機(jī)械損傷瑣絲太大軸孔偏離中心飛輪機(jī)械損傷偏心孔軸孔偏離中心軸軸彎曲不規(guī)則加工第四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一不平衡的原因葉輪機(jī)械損傷腐蝕聯(lián)軸器機(jī)械損傷軸孔偏離中心電氣繞組銅線分布不均第五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一不平衡的原因鑄造缺陷熱膨脹由于每個部件的熱膨脹率不同影響轉(zhuǎn)子平衡軸孔太大第六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一靜不平衡定義：轉(zhuǎn)子的質(zhì)量中心在兩支撐軸承中點且偏離不在中點：準(zhǔn)靜不平衡一般認(rèn)為W/D小于25%純靜不平衡不平衡力（離心力）同方向等量施加到每個軸承第七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一靜不平衡振動特征1X相同的不平衡力同時出現(xiàn)在兩側(cè)軸承上，然而，根據(jù)每個方向的支承剛性，水平和垂直方向的響應(yīng)可能略不同兩側(cè)軸承H方向振動相位相同；兩側(cè)軸承H方向振動相位相同第八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一力偶不平衡質(zhì)量分布軸線中心點與旋轉(zhuǎn)軸線中心點相交力同時施加到兩個軸承上，但是方向相反明顯的力偶不平衡可以引起轉(zhuǎn)子嚴(yán)重的不穩(wěn)定，使之前后擺動第九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一力偶不平衡特征力偶不平衡在兩軸承座上產(chǎn)生1X大的振動，可能一個軸承座上振動略大于另一外軸承座上的振動明顯的力偶不平衡有時可能產(chǎn)生大的A向振動兩側(cè)軸承H/V方向振動相位差接近180度如果是力偶不平衡（不是不對中)，同一軸承的H和V方向的相位差應(yīng)該彼此相差90度第十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一動不平衡質(zhì)量分布軸線與旋轉(zhuǎn)軸線既不平行也不相交動不平衡基本上是力不平衡和力偶不平衡兩者的組合。它至少需要在垂直于軸中心線軸線的兩個平面上才能修正平衡第十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一動不平衡特征1X較大的振動，但是兩側(cè)軸承座上的振動幅值略不相同。假定沒有其他明顯的故障的話，它們?nèi)匀辉谙嗤姆盗考壔蛘咝∮?比1的比例與力不平衡和力偶不平衡一樣，當(dāng)動不平衡為主時，振動相位還是穩(wěn)定的和可重復(fù)的第十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一動不平衡特征兩側(cè)軸承之間的H方向振動相位差可能是0-180度的任一角度，這個相位差近似等于V方向振動相位差相位差接近0度，靜不平衡占優(yōu)勢。接近180度，力偶不平衡占優(yōu)勢。第十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一懸臂轉(zhuǎn)子不平衡被驅(qū)動轉(zhuǎn)子位于兩軸承的外側(cè)(如果轉(zhuǎn)子位于兩個軸承之間，稱這種轉(zhuǎn)子為簡支轉(zhuǎn)子)第十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一懸臂轉(zhuǎn)子不平衡特征懸臂轉(zhuǎn)子可產(chǎn)生1X轉(zhuǎn)速頻率的軸向力，引起軸向振動，這種軸向振動等于或者大于徑向振動幅值懸臂轉(zhuǎn)子往往除了產(chǎn)生力不平衡之外，還產(chǎn)生大的力偶不平衡，這兩種不平衡必須都要修正之對于單純懸臂轉(zhuǎn)子不平衡，在軸承1處的A方向振動相位將近似等于軸承2處的A方向振動相位(士30度)。這里的振動相位差取決于與其他的諸如不對中、共振等故障相比較，不平衡故障占優(yōu)勢的程度通常，首先處理力不平衡分量，然后再處理剩下的相位差接近180度的力偶不平衡分量，最終修正懸臂轉(zhuǎn)子的不平衡第十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一不平衡振動特征1X振動（但是1x并不總是不平衡)。通常，1X振動在頻譜中占優(yōu)勢。當(dāng)故障僅限于不平衡時，1X振動幅值通常大于或等于振動總值的80％(如果除了不平衡之外還有其他故障，則可能僅為振動總值的5％到80％)。振動幅值與質(zhì)量中心離軸旋轉(zhuǎn)中心線的距離成正比。當(dāng)?shù)陀谵D(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時，振動幅值將隨轉(zhuǎn)速的平方成比例變化。即：轉(zhuǎn)速升高3倍，將導(dǎo)致不平衡振動增大9倍質(zhì)量不平衡產(chǎn)生一個均勻的旋轉(zhuǎn)力，此力的方向連續(xù)變化，但是始終作用在徑向方向上，因此，軸和支承軸承趨向于以某圓周軌道運動，然而，由于軸承的垂直方向剛性比水平方向剛性強(qiáng)，所以通常振動響應(yīng)是一定程度的橢圓軌跡，水平方向振動通常略大于垂直方向振動，一般范圍在2至3倍左右。當(dāng)水平方向與垂直方向振動之比大于6比1時，通常說明是其他故障，尤其是共振。第十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一不平衡振動特征同一軸承上H與V振動相位差約為90度（+/-30度）。如果存在1X較大的振動，但是，H與V方向振動相位差為0度或接近180度，通常這說明是其他故障源，例如偏心。兩側(cè)軸承的H方向振動的相位差應(yīng)該接近V方向振動的相位差。徑向方向(H和V)振動通常比A方向振動大許多(除了懸臂轉(zhuǎn)子之外)在徑向方向呈現(xiàn)穩(wěn)定的、可重復(fù)的振動相位。共振有時可能受不平衡的影響較大。不平衡對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生過大振動的影響可能很大。事實上，在有些剛度較低的軸承座上，不平衡的轉(zhuǎn)子盡管很小的殘余不平衡量，也還會出現(xiàn)不平衡振動，動平衡還是可明顯減小松動引起的振動。但是，往往無法平衡有松動的轉(zhuǎn)子。第十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一軸線不對中定義:相互耦合的軸的中心線不重合不對中問題的種類角不對中平行不對中軸承不對中不對中的原因部件的不精確裝配，如電機(jī)、泵安裝后部件相對位置移動因管道系統(tǒng)的壓力造成的扭曲變形由于扭矩引起的柔性支撐的扭曲變形溫度變化引起的機(jī)器變形耦合面與軸線不垂直基礎(chǔ)柔性太大，擰緊螺栓時機(jī)器發(fā)生移動第十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一不對中的危害引入大的振動，不對中造成機(jī)器部件損壞聯(lián)軸器軸承，密封齒輪，皮帶，皮帶輪，葉片等其它機(jī)器部件增大對能耗的要求第十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一不對中的危害-熱像圖30,000out平行10,000/inchout角1,000/inchout角不對中62°F105°F0對中電機(jī)和接手第二十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一不對中的特征引起對自由端(或外側(cè))的作用由于不對中從聯(lián)軸器引入的力可能足夠強(qiáng)大，其作用不僅是在最靠近聯(lián)軸器的軸承上，同樣也作用在機(jī)器的自由端或外側(cè)端。引起2X轉(zhuǎn)速頻率振動不對中通常產(chǎn)生2X振動，作用在軸向和徑向方向。2X頻率分量是最好的不對中指示引起軸向方向振動不對中是軸向振動大的最常見的原因當(dāng)然還有其它產(chǎn)生軸向振動的原因，它們包括：第二十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一不對中的特征可產(chǎn)生軸向方向振動原因彎曲的軸處于共振回轉(zhuǎn)的軸卡在軸上的不對中的軸承軸向某些機(jī)器部件共振推力軸承磨損磨損的螺旋齒輪或斜齒輪裝滑動軸承的電動機(jī)相對于其磁力中心擺動聯(lián)軸器的部件不對中當(dāng)軸向振動大時，不要草帥地得出不對中的結(jié)論，應(yīng)該分析振動相位，然后分析振動頻譜。引較高次諧波使振動頻譜呈現(xiàn)像松動或間隙過大的故障，關(guān)鍵的區(qū)別特征仍然是軸向方向2X轉(zhuǎn)速頻率的大的幅值的振動第二十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一不對中的特征相位是不對中的最佳指示雖然同樣存在1X與2X振動，但不對中時的相位特點是：聯(lián)軸器兩側(cè)的相位差接近180度(±40到50度)，不對中程度愈嚴(yán)重，愈接近這個180度相位差。同樣，諸如不平衡，偏心距，共振等其他故障不明顯時，愈接近這個180度相位差。在研究轉(zhuǎn)子(恰如電動機(jī)，泵，風(fēng)機(jī)等)其中之一的軸承座相位差時，有明顯不對中的徑向方向相位差或是0度或是180度(±30度)。這與不平衡不同，不平衡故障中這種相位差可能接近90度在比較同一轉(zhuǎn)子的水平方向相位差與垂直方向相位差時，約百分之九十的不對中機(jī)器將表現(xiàn)垂直方向相位差與水平方向相位差之間的差值接近18O度。例如，如果外側(cè)軸承與內(nèi)側(cè)軸承之間水平方向相位差約為30度，大多數(shù)不對中轉(zhuǎn)子的垂直方向相位差為約210度。不平衡的轉(zhuǎn)子不會表現(xiàn)這種相位差特性，因為不平衡的轉(zhuǎn)子，水平方向出現(xiàn)的相位差非常接近垂直方向相位差。第二十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一不對中的特征

其他故障源的影響當(dāng)與不對中同時存在如不平衡，彎曲的軸，共振等其他故障時，不僅會影響振動頻譜，還會影響相位特性。例如，如果存在不平衡和不對中故障，可能會表現(xiàn)出大幅值的1X和2X振動，徑向相位差根據(jù)每種故障的嚴(yán)重程度可能或不能接近150度到180度，這種情況下，聯(lián)軸器兩側(cè)的軸向方向相位差仍將接近180度。如果機(jī)器有大的1X和2X振動，應(yīng)該測量相位，因為相位是區(qū)別不對中與有類似癥兆的其他不同故障源的關(guān)鍵指示。諸如大的軸向方向振動和諧波振動也是很好的不對中癥兆，如果振動大，不要簡單認(rèn)為是不對中故障，而應(yīng)該仔細(xì)分析振動相位信息后再作決定，例如，如果相位指示是不對中，但是軸向方向振動不指示是不對中，則應(yīng)該依據(jù)相位數(shù)據(jù)作決定。第二十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一角向不對中

角向不對中產(chǎn)生大的軸向方向振動，尤其是1X和2X。假定存在大的振動前提下，軸向2X或3X幅值約是1X轉(zhuǎn)數(shù)頻率幅值的30％到50％時，說明是角向不對中。聯(lián)軸器兩側(cè)的軸向相位差為180度，是最好的檢測角向不對中的指示。一側(cè)的每個軸承都向一個方向移動，另一側(cè)的軸承向相反方向移動，角向不對中的可能性較大。

第二十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一平行不對中

平行不對中主要影響徑向振動平行不對中使聯(lián)軸器兩側(cè)徑向(水平的或垂直)的相位差接近180度振動頻譜中2X幅值超過1X幅值約50％時，常常說明是徑向不對中，但是2X值相對于1X幅值的高度常取決于聯(lián)軸器的類型和結(jié)構(gòu)。2X幅值接近1X幅值是常見的，尤其是平行不對中嚴(yán)重時。當(dāng)角向不對中或平行不對中變得嚴(yán)重時，每種不對中都產(chǎn)生一組諧波，諧波的范圍到4次到5次。這種情況下，嚴(yán)重不對中的振動頻譜可能呈現(xiàn)為機(jī)械松動的振動頻譜樣子。第二十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一軸承不對中當(dāng)滑動軸承或滾動承軸不對中或者卡死在軸上時，可引起較大的振動和異常負(fù)載。通過找對中無法消除振動，只有卸下軸承重新安裝軸承不對中的特征：卡住的軸承通常產(chǎn)生明顯的軸向振動，不僅影響1X振動，也影響2X振動。在彼此間隔90度的4個點上，測量軸向方向相位，如果上下或左右的相位差約為180度，則說明是軸承卡死在軸上。第二十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一偏心的轉(zhuǎn)子：就是軸的幾何中心線與轉(zhuǎn)子的中心不重合的轉(zhuǎn)子。這就導(dǎo)致了在旋轉(zhuǎn)的中心線的一側(cè)比另一側(cè)更大的重量，從而引起軸以不規(guī)則的軌跡的擺動。這是固有的不穩(wěn)定的問題，是潛在的故障源，或振動源。有時雖然可通過動平衡‘平衡掉”部分偏心距的影響，但是更多的擺動運動仍然保留。如果該轉(zhuǎn)子偏心距較大的話，甚至不可能對轉(zhuǎn)子進(jìn)行很好的動平衡?，F(xiàn)在強(qiáng)調(diào)愈來愈高的旋轉(zhuǎn)速度，因此使消除偏心距非常重要轉(zhuǎn)子偏心第二十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一皮帶輪偏心，最大的振動常出現(xiàn)在皮帶拉伸方向，振動頻率為偏心的皮帶輪的1X。偏心的皮帶輪是皮帶傳動中不希望存在的振動的主要原因之一。目前經(jīng)常用動平衡方法來修正皮帶輪的偏心距引起的振動問題。偏心的皮帶輪振動特征第二十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一齒輪偏心，最大的振動將出現(xiàn)在兩個齒輪中心連線方向，和偏心的齒輪的1X轉(zhuǎn)速頻率。其振動特征信號類似于這個齒輪的不平衡，但是它不是不平衡。如果齒輪的偏心距明顯，當(dāng)齒輪的齒與匹配的齒一起被迫進(jìn)入和退出嚙合時對齒輪的齒產(chǎn)生非常高的動態(tài)載荷。可對具有l(wèi)X較大振動的齒輪進(jìn)行相位分析，以確定是不平衡還是偏心距引起的振動。偏心的齒輪不僅促使產(chǎn)生1X的大振動而且還產(chǎn)生高幅值的齒輪嚙合頻率及其諧波，在嚙合頻率兩側(cè)伴有高于正常幅值的邊帶頻率，邊帶頻率為偏心齒輪的1X頻率。有時，這些邊帶頻率將為偏心的齒輪的2X轉(zhuǎn)速頻率。這些邊帶將調(diào)制齒輪嚙合頻率本身的幅值。偏心的齒輪振動特征第三十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一偏心的電動機(jī)轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子與定子之間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)變化的氣隙（注意與偏心的定子的區(qū)別）振動特征：在2X電源工頻(100Hz)處的振動100Hz與最靠近的轉(zhuǎn)速諧波振動之間所形成的拍頻振動，對于2極電動機(jī)，將在2X轉(zhuǎn)速頻率與2X電源頻率之間產(chǎn)生拍振，而對于1480轉(zhuǎn)／分電動機(jī)，它將在4X轉(zhuǎn)速頻率與2X電源頻率之間產(chǎn)生拍振產(chǎn)生在2X電源工頻兩側(cè)的極通過頻率(FP)邊帶。最后，偏心的電動機(jī)轉(zhuǎn)子運動本身將引起定子極與偏心轉(zhuǎn)子之間的磁場的振動，因此包括轉(zhuǎn)子與定子之間的1X轉(zhuǎn)速頻率的振動。偏心的電動機(jī)轉(zhuǎn)子振動特征第三十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一偏心的泵葉輪可以在旋轉(zhuǎn)的葉輪與靜止的擴(kuò)壓器葉片之間產(chǎn)生不相等的液壓力擾動。這不僅產(chǎn)生泵轉(zhuǎn)速的大的振動，而且還產(chǎn)生葉片通過頻率及其諧波頻率，這是由于偏心的葉輪產(chǎn)生的“液壓不平衡”造成的。偏心的泵葉輪呈現(xiàn)的特征第三十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一偏心轉(zhuǎn)子的相位特征偏心的轉(zhuǎn)子可能引起一個徑向方向比其它徑向方向明顯大的振動(由于這個原因，導(dǎo)致撞擊軸承，有時還產(chǎn)生松動)。相位分析，確定1X振動大是偏心矩引起的，還是其他如不平衡等1X振動源引起的。H和V方向的相位差約0度或180度。偏心距產(chǎn)生的力都是非常定向的，不像在不平衡故障占優(yōu)勢的情況中那樣，水平和垂直方向的相位差為90度。第三十三頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一軸彎曲軸彎曲可在機(jī)器中產(chǎn)生過大的振動，根據(jù)彎曲的程度和位置不同，產(chǎn)生的振動大小不同。與偏心的軸一樣，其作用有時可用動平衡減輕。然而，往往不能用動平衡減輕彎曲軸的擺動，如果軸有明顯的彎曲，不可能達(dá)到軸的滿意的動平衡。分析人員有時利用各種方法，有時包括熱處理來成功地消除彎曲。然而這些情況下，必須很注意不要引入殘余應(yīng)力，因為殘余應(yīng)力以后會導(dǎo)致軸損壞。

第三十四頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一軸彎曲振動特征

軸彎引起大的軸向振動。如果彎曲部位接近軸的中心，通常占優(yōu)勢的振動為1X轉(zhuǎn)速頻率的振動，如果彎曲接近聯(lián)軸器，將產(chǎn)生高于通常值的2X轉(zhuǎn)速頻率振動分量。通常同一轉(zhuǎn)子的兩個軸承之間的軸向方向振動相位變化接近180度，這與彎曲的程度有關(guān)。此外，如果在同一軸承不同點的軸向方向作若干測量，通常會發(fā)現(xiàn)在軸承的左邊和右邊，上邊和下邊測量的相位之間發(fā)生接近180度的相位差。1X和2X幅值通常是穩(wěn)定的，如果存在大的電磁場振動的話，它將引起2X電源頻率與2X轉(zhuǎn)速頻率分量的拍振。彎曲軸的振動頻譜和相位響應(yīng)

第三十五頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一軸彎曲振動特征軸承座4個軸向點處的相位測量：如果軸彎曲通過或者非常接近軸承時，軸承座本身將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動，它將導(dǎo)致這個軸承座軸向完全不同的相位讀數(shù)，圖A所示。圖B表示一根純直軸產(chǎn)生的軸向振動相位。

當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸中部存在較大的跳動時，它呈現(xiàn)為不平衡。當(dāng)聯(lián)軸器處出現(xiàn)跳動時，它呈現(xiàn)為不對中。彎曲的軸引起的扭轉(zhuǎn)振動

軸向相位測量顯示軸向振動

第三十六頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一機(jī)械松動A結(jié)構(gòu)框架或底座松動B.由于結(jié)構(gòu)/軸承座晃動或開裂引起的松動C軸承等部件配合松動第三十七頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一機(jī)械松動的一般特征機(jī)械松動不是振動的原因，但機(jī)械松動可加劇振動狀態(tài)。因此，機(jī)械松動使機(jī)器的振動比只存在如不對中或不平衡時的振動更大。其他故障的解決常將消除一部分由于存在松動而增加的振動幅度。然而，完全消除松動的影響是不可能的。如果只存在小量的不對中或不平衡故障，由于機(jī)械松動的存在，也可能引起較大的振動。因為做到非常高精度的對中或動平衡是不可能的。所以，在這種情況下，首先必須是解決松動的問題。如果剩余的振動仍然很大，這時再解決諸如對中和動平衡問題，此時解決此類問題要比消除松動問題之前要容易得多。第三十八頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一A.結(jié)構(gòu)框架/底座松動這種類型的松動包括：a．結(jié)構(gòu)松動或機(jī)器底腳，基礎(chǔ)平板和混凝土基礎(chǔ)弱(剛性差)；b．變形或破碎的砂漿；c．框架或基礎(chǔ)變形(軟底腳);d．地腳螺栓松動。

第三十九頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一A.結(jié)構(gòu)框架/底座松動的特征A型松動的振動頻譜是1X主導(dǎo)，與不平衡或偏心轉(zhuǎn)子狀態(tài)相同。進(jìn)一步比較各方向之間的相對幅值，仔細(xì)觀察相位特性，松動故障的相位特性與不平衡等故障有根本區(qū)別。

大的振動往往很確定只是一個轉(zhuǎn)子(即只是驅(qū)動轉(zhuǎn)子或被驅(qū)動轉(zhuǎn)子或齒輪箱)。這與不平衡或不對中不一樣。A型松動相位特性比較每個軸承座的水平和垂直方向相位，振動非常定向，相位差或為0度或為180度，(相位差為O度或180度意味著振動運動同時上下或同時從一側(cè)向另一側(cè))。在簡單不平衡故障中通常不會發(fā)生這種現(xiàn)象，在不平衡故障中通常水平和垂直方向相位差約90度(+-30度)。第四十頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一A.結(jié)構(gòu)框架/底座松動的特征A型松動的相位特性：當(dāng)出現(xiàn)第一種相位特性時(水平和垂直方向相位差為0度或為180度)，分析人員不應(yīng)該把測量只放在軸承座上，而應(yīng)向下移到機(jī)器的底腳上，基礎(chǔ)平板上，混凝土和周圍地板上。這里，振動幅值和相位測量的比較表明在每個位置處1X振動幅值和相位十分相同。如果振動幅值和相位存在很大差別，這就說明是相對運動。利用出現(xiàn)這種大的相位變化，我們可以確定存在故障的位置。第四十一頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一B.由于結(jié)構(gòu)/軸承座晃動或開裂

引起的松動這種類型的松動包括：a．結(jié)構(gòu)裂紋或軸承座裂紋；b．支承腳高度不同引起的搖動運動；c.軸承座固定螺栓松動；d．軸承配合間隙或其它各部件配合間隙不當(dāng)。徑向B型第四十二頁，共四十六頁，編輯于2023年，星期一B.結(jié)構(gòu)/軸承座晃動或開裂松動特征一般徑向方向2X幅值超過1X幅值的