振動分析和故障診斷

振動分析和故障診斷第1頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月振動故障分析和診斷的任務振動故障分析診斷的任務：從某種意義上講，就是讀譜圖，把頻譜上的每個頻譜分量與監(jiān)測的機器的零部件對照聯(lián)系，給每條頻譜以物理解釋。1.振動頻譜中存在哪些頻譜分量？2.每條頻譜分量的幅值多大？3.這些頻譜分量彼此之間存在什么關系？4.如果存在明顯的高幅值的頻譜分量，它的精確的來源？它與機器的零部件對應關系如何？5.如果能測量相位，應該檢查相位是否穩(wěn)定？各測點信號之間的相位關系如何？

第2頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

振動參數振動位移振動速度(國際標準和國家標準推薦通常采用的參數)

振動加速度第3頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

振動參數

1.峰值(Peak)2.峰峰值(Peak-Peak)3.有效值(RMS)第4頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

周期

峰值，峰-峰值

平均值

有效值

上限中性位置下限振動加速度尖峰振動速度尖峰時間周期振動位移峰-峰第5頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

正弦波的有效值，峰值，峰峰值與平均值之間關系：

有效值=0.707X峰值=1.11X平均值

峰值=1.414X有效值=1.57X平均值

平均值=0.637X峰值=0.90X有效值

峰峰值=2X峰值峰值因子=峰值/有效值(適用于任何變量)第6頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月當量烈度輪廓力指示器疲勞指示器應力指示器對數頻率對數幅值

振動加速度(g)振動位移(密爾)振動速度(英寸/秒)100密爾當量烈度輪廓振動加速度(g)峰值振動速度(英寸/秒)峰值振動位移(密爾)峰峰值頻率(轉/分)其中：低頻區(qū)域高頻區(qū)域低頻段

高頻段

中頻段

第7頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月振動信號的采集與處理快速傅里葉分析(FFT)原理幅值時域頻域合成波分解的波用頻譜圖表示第8頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月振動監(jiān)測中的一些技術細節(jié)要點簡諧振動位移，速度和加速度三者關系

振動加速度a0

振動速度v0

振動位移d0振動加速度a01(2f)V0

(2f)2d0振動速度V0a0/(2f)1(2f)d0振動位移d0a0/(2f)2V0/(2f)1第9頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月振動監(jiān)測中的一些技術細節(jié)要點振動傳感器1.振動加速度傳感器2.振動速度傳感器2.1壓電式(實質是振動加速度傳感器)2.2磁電式振動速度傳感器3.振動位移傳感器(電渦流式)第10頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月振動監(jiān)測中的一些技術細節(jié)要點壓電晶體式振動加速度傳感器結構原理聲學屏蔽罩預載螺栓基礎固定螺栓孔內置電荷放大器(ICP)電氣接頭地震質量壓電晶體材料第11頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月振動監(jiān)測中的一些技術細節(jié)要點非接觸式振動位移傳感器或電渦流式位移傳感器用以測量軸相對于滑動軸承的運動(留有很大空間供產生油膜用)

直流電壓測量間隙交流電壓就是振動信號非接觸式電渦流式傳感器第12頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月振動監(jiān)測中的一些技術細節(jié)要點電渦流式振動位移傳感器的工作原理軸非接觸式傳感器探頭非接觸式傳感器振蕩器檢波器直流間隙信號交流振動信號間隙傳感器線圈磁場第13頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月振動監(jiān)測中的一些技術細節(jié)要點電渦流式傳感器的標定曲線信號傳感器輸出電壓(伏)間隙-(X25.4)微米(1密爾=25.4微米)靈敏度系數7.87毫伏/微米第14頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月振動監(jiān)測中的一些技術細節(jié)要點振動加速度傳感器的頻響特性10赫茲27K

赫茲頻率振動幅值5K赫茲高頻振動區(qū)域常規(guī)振動區(qū)域5赫茲低頻振動區(qū)(通常需要使用專用的低頻加速度傳感器)振動加速度傳感器固定自振頻率Fn可用的頻率范圍為傳感器固定自振頻率Fn的約50%10K赫茲普通振動傳感器不宜使用的高頻振動區(qū)域1K赫茲ISO和GB規(guī)定的振動烈度測量頻率范圍第15頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月振動監(jiān)測中的一些技術細節(jié)要點振動加速度傳感器固定自振頻率和最高可用頻率螺栓固定振動加速度傳感器的固定最高可用頻率(赫茲)固定自振頻率(赫茲)膠粘結固定螺栓固定在稀土磁鐵座上固定在快速連接螺栓固定上用2英寸長探桿手持固定沒有觀察162509000750060008003188712075101501475可用的頻率范圍為傳感器固定自振頻率Fn的約50%第16頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月振動監(jiān)測中的一些技術細節(jié)要點關鍵因素

:固定的自振頻率可用的頻率范圍為傳感器固定自振頻率Fn的約50%振動傳感器固定方式的影響螺紋固定磁鐵座固定手持探桿固定膠粘結固定第17頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月電渦流式傳感器在滑動軸承內對準軸非接觸式傳感器軸軸承絕對振動相對振動第18頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月機械振動標準分類

儀器系統(tǒng)標準

API670

API678

ISO10817

ISO2945

判斷應用標準

ISO7919

ISO10816

ISO13373(草案)

ISO13373(草案)振動總量標準

振動故障診斷

軸振動軸承座，機殼振動API611，612，…相對振動絕對振動第19頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月機器振動測量和評價的有關標準目錄1.

相對振動標準

ISO7919-1~5非往復式機器的機械振動----在旋轉軸上的測量和評價第一部分總則(GB/T11348.1-89)第二部分陸地安裝的大型汽輪發(fā)電機組(GB/T11348.2-1997)第三部分耦合的工業(yè)機器(GB/T11348.3)第四部分燃氣輪機組(GB/T11348.4)第五部分水力發(fā)電廠和泵站機組2.絕對振動標準ISO10816-1~6機械振動----在非旋轉部件上測量和評價機器振動第一部分總則第二部分陸地安裝的功率超過50MW的大型汽輪發(fā)電機組第三部分額定功率大于15KW額定轉速在12015000轉/分在現(xiàn)場測量的工業(yè)機器第四部分不包括航空器類的燃氣輪機組第五部分水力發(fā)電廠和泵站機組第六部分額定功率超過100KW的往復式機器第20頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月機器振動測量和評價的有關標準

ISO10816-1：I類--發(fā)動機和機器的單獨部件；

II類--無專用基礎的中型機器(15-75KW)；專用剛性基礎上300KW以下中型機器；

III類--剛性基礎上的大型機器；IV類--柔性基礎上的大型機器。ISO10816-1專用機組寬帶振動準則第21頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月常見機械故障

由RA-Entek歸納總結共17類46種機械和電氣故障的頻譜、時域波形和相位關系，供診斷參考第22頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月第一類、質量不平衡

1.力不平衡(靜不平衡)

2.力偶不平衡

3.動不平衡

4.懸臂轉子不平衡

第二類、轉子偏心

第三類、軸彎曲

第四類、不對中

1.聯(lián)軸器角向不對中

2.聯(lián)軸器平行不對中

3.滾動軸承偏斜地固定在軸上第23頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月第五類共振第六類機械松動1.A型松動

2.B型松動

3.C型松動

第七類轉子摩擦

第八類滑動軸承故障1.磨損或間隙故障

2.油膜渦動

3.油膜振蕩第24頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月第九類、滾動軸承故障1.保持架故障

2.滾動體故障

3.外環(huán)故障

4.內環(huán)故障

第十類、流體動力機械故障1.葉片通過頻率

2.紊流

3.氣穴第25頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月第十一類、齒輪故障

1.齒輪負載

2.齒輪偏心和齒輪側隙反彈

3.齒輪不對中

4.齒斷或齒裂

5.齒輪組合狀態(tài)問題

6.齒輪擺動故障

7.齒輪軸承松動

第十二類、交流電動機故障

1.定子偏心，鐵芯片短路或松動

2.轉子偏心(動偏心)

3.轉子故障(斷條等)

4.相位故障(接頭松動)第26頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月第十三類、交流同步電動機(定子線圈松動)

第十四類、直流電動機及其控制故障

1.電樞繞組開裂，接地故障或系統(tǒng)調諧故障

2.起動卡故障或保險絲燒斷

3.可控硅整流器(SCR)故障，控制卡斷路，接頭松動，保險絲燒斷

4.比較器卡故障

5.斷路電流通過滾動軸承故障

第十五類、皮帶傳動故障

1.皮帶磨損或不匹配

2.皮帶輪偏心

3.皮帶共振

第十六類、拍振

第十七類、機器軟腳及與之相關的共振

第27頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月第一類質量不平衡第28頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

力不平衡

徑向

第29頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.1力不平衡

力不平衡是同相位和穩(wěn)定的。不平衡產生的振動幅值在轉子第一階臨界轉速以下隨轉速的平方增大(例如，轉速升高3倍，則振動幅值增大9倍)。總是存在1轉速頻率，并且通常在頻譜中占優(yōu)勢。在轉子重心平面內只用一個平衡修正重量便可修正之。在內側軸承與外側軸承水平方向及內側軸承與外側軸承垂直方向的相位差應該接近0度。不平衡轉子的每個軸承上水平方向與垂直方向的相位差應該接近90度。第30頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

徑向

力偶不平衡第31頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.2力偶不平衡力偶不平衡在同一軸上導致180度反相位運動?？偸谴嬖?轉速頻率，并且通常在頻譜上占優(yōu)勢。在轉子第一臨界轉速以上，振動幅值隨轉速升高的平方增大?？梢鸫蟮妮S向振動和徑向振動。至少需在兩個修正平面內放置平衡重量才能修正。在內側軸承與外側軸承水平方向及內側軸承外側軸承垂直方向應該存在約180度相位差。每個軸承上水平方向與垂直方向之間相位差通常應該約為90度(30度)。第32頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

徑向

動不平衡第33頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.3動不平衡動不平衡是不平衡的最普遍的類型，它是力不平衡和力偶不平衡兩者的組合。振動頻譜中1轉速頻率占優(yōu)勢，真正需要雙面修正。內側軸承與外側軸承之間徑向方向的相位差可能在從0度到180度范圍內的任何一個角度。然而，當內側軸承與外側軸承測量比較時(30度)，水平方向的相位差應該精密地與垂直方向的相位差相匹配。還有，如果不平衡突出，每個軸承上水平方向與垂直方向之間的相位差大致為90度(40度)。

第34頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

軸向和徑向懸臂轉子不平衡第35頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.4懸臂轉子不平衡懸臂轉子不平衡在軸向方向和徑向方向引起大的1轉速頻率振動。軸向方向振動趨向于同相位，而徑向方向振動可能不穩(wěn)定。然而，不平衡轉子上水平方向的相位差通常與垂直方向的相位差相匹配(30度)。懸臂轉子有力不平衡和力偶不平衡兩者，似乎每一種都需要修正。因此，總是必需要在兩個修正面內加以修正重量，以抵消力不平衡和力偶不平衡。第36頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月第二類、轉子偏心第37頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

徑向

轉子偏心風機電動機第38頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.偏心的轉子皮帶輪，齒輪，軸承和電動機框架等旋轉中心與幾何中心線偏離時出現(xiàn)偏心。最大的振動出現(xiàn)在兩個轉子中心連線方向上，振動頻率為偏心轉子的1轉速頻率。水平方向和垂直方向振動相位差或是0度或是180度(每一種都表示直線運動)。平衡偏心的轉子的試圖往往導致一個方向振動減小，而另一個徑向方向的振動增大(與偏心量有關)。第39頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月第三類軸彎曲第40頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

軸向

彎曲的軸第41頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.彎曲的軸彎曲的軸引起大的軸向振動，同一臺機器上軸向振動相位差趨向于180度，如果彎曲接近軸的中部，占優(yōu)勢的振動出現(xiàn)在1轉子轉速頻率，如果彎曲接近力偶，則占優(yōu)勢的振動出現(xiàn)在2轉速頻率(如果您改變傳感器的方向的話，應該仔細考慮每次軸向測量時振動傳感器的方位)。用千分表證實軸的彎曲。

第42頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月第四類不對中第43頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

軸向

角向不對中第44頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

4.1角向不對中角向不對中的特征是軸向振動大，聯(lián)軸器兩側振動相位差180度。典型地出現(xiàn)在1轉速頻率和2轉速頻率的大的軸向振動。然而，不常見1轉速頻率，2轉速頻率或3轉速頻率占優(yōu)勢。這些征兆也指示聯(lián)軸器故障。嚴重的角向不對中可激起1轉速頻率的許多階諧波頻率。與機械松動不一樣，這些轉速諧波頻率典型地在頻譜上都沒有升高的噪聲地平。第45頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

徑向

平行不對中第46頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

4.2平行不對中平行不對中的振動征兆類似于角向不對中，但是，徑向方向振動大，并且聯(lián)軸器兩側振動相位差接近180度。2轉速頻率振動往往大于1轉速頻率振動，聯(lián)軸器的類型和結構決定2轉速頻率振動相對于1轉速頻率振動的高度。角向不對中或平行不對中嚴重時，可在較高諧波頻率(4到8轉速頻率諧波)處出現(xiàn)大的振動，甚至出現(xiàn)類似于機械松動時出現(xiàn)的完整系列的高頻諧波。當不對中嚴重時，聯(lián)軸器的類型和材料往往對整個頻譜有很大的影響。典型地沒有提高的噪聲地平。第47頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

軸向

不對中的滾動軸承卡在軸上相位相位差180度第48頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

4.3不對中的滾動軸承卡在軸上不對中的滾動軸承卡在軸上時將產生明顯的軸向振動。將引起同一軸承座上頂部與底部振動相位差約180度的軸向振動及左側與右側振動相位差約180度的軸向振動。對準聯(lián)軸器或平衡轉子都不能緩解此故障。通常，必須卸下軸承并重新正確安裝。第49頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月第五類共振第50頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

共振幅值相位第51頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

共振第一階臨界轉速第二階臨界轉速第52頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

5.共振強迫振動頻率與系統(tǒng)的自然頻率一致時出現(xiàn)共振，使振動幅值急劇放大，導致過早損壞或災難性破壞。這可能是轉子的自然頻率，也常常起源于支承框架，基礎，齒輪箱或甚至傳動皮帶。如果轉子處在或接近共振，由于很大的相位漂移，幾乎不可能平衡掉(共振時相位漂移為90度，通過共振時相位漂移接近180度)。往往需要提高或降低自然頻率來改變自然頻率。自然頻率通常不隨轉速變化，這一點有助于識別自然頻率(除非在大型平面軸頸軸承機器或在有明顯懸臂的轉子上)。第53頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月第六類機械松動第54頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

徑向

A型機械松動底板A型機器地腳混凝土基礎第55頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

6.1A型松動這種頻譜是機器底腳，底板或基礎的結構松動/減弱引起的，或者由基礎上惡化的水泥漿，松動的地腳螺栓，或者框架或者基礎變形(即軟腳)引起的。相位分析可以揭示在螺栓或機器底腳與基礎底板或基礎本身垂直方向測量之間的相位差約90度到180度。

第56頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

徑向

B型機械松動B型第57頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

6.2B型松動這種頻譜通常是由螺栓松動，框架結構或軸承座裂紋引起的。第58頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

C型機械松動C型第59頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

6.3C型松動這種頻譜通常是由零部件之間配合不良引起的，由于松動的零部件對轉子的動態(tài)力產生非線性的響應，所以，將產生許多諧波頻率。引起時域波形截斷和在頻譜中提高噪聲地平。C型松動往往是由軸承襯套在其蓋內松動，軸承松動和在軸上旋轉，滑動軸承或滾動軸承間隙過大，葉輪在軸上松動等引起的。C型松動的振動相位往往是不穩(wěn)定的，這一次測量到下一次測量可能變化很大，尤其是如果轉子在軸上的位置從這一次起動到下一次起動漂移的話。機械松動往往是非常定向的，在一個軸承座的徑向方向每隔30度測量的振動值完全不同。而且，松動往往引起精確的1/2或1/3轉速頻率的亞諧波頻率(0.5X，1.5X，2.5X等等)。第60頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月第七類轉子摩擦第61頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

轉子摩擦截斷，削平的波形徑向共振第62頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

7.轉子摩擦當旋轉件與靜止件相接觸時，轉子摩擦產生類似于機械松動產生的頻譜。摩擦可能是局部的，也可能是整個轉子一周都摩擦。通常，產生一系列頻率，往往激起一個或多個共振。根據轉子自然頻率的位置，常常激起轉速的整分數倍亞諧波頻率(1/2，1/3，1/4，1/5，……1/12等)。轉子摩擦可激起許多高頻(類似于粉筆在黑板上拖動時產生的寬帶噪聲)。如果軸與巴氏合金相接觸引起摩擦時，它可能非常嚴重，非常短促。整個軸圓周全部角度摩擦可產生“反進動”，即轉子以臨界轉速頻率回轉，但是，方向與軸的旋轉方向相反(可導致災難性破壞的固有的不穩(wěn)定)。第63頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月第八類滑動軸承故障第64頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

徑向

噪聲地平說明間隙過大/松動滑動軸承磨損/間隙過大第65頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

8.1滑動軸承磨損故障或間隙故障滑動軸承磨損后期的證據通常是出現(xiàn)一個完整的系列的轉速頻率諧波(直到10階或20階)。破碎的滑動軸承常產生比水平方向振動大的垂直方向的振動，也可能只有1轉速頻率的一個明顯的尖峰。間隙過大的滑動軸承可讓小的不平衡，不對中引起大的振動，如果軸承間隙調整達到規(guī)定的要求，則振動很小。第66頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

徑向

油膜渦動不穩(wěn)定第67頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月油膜渦動不穩(wěn)定油膜渦動是轉子中心繞軸承中心轉動的亞同步現(xiàn)象，其回轉頻率即振動頻率約為轉子回轉頻率的一半，如左上圖所示。所以常稱為半速渦動或半頻渦動。軸承與轉子之間的油膜避免了旋轉的轉子表面與不旋轉的軸承表面之間的直接接觸，減少兩表面間的摩擦和功耗，同時也為支承轉子提供了動壓力。由于在大多數情況下，軸承不旋轉，軸瓦表面的油膜速度為零，轉子軸頸表面的油膜速度與軸頸表面的速度相同。因此，在層流假設下，油膜沿徑向的速度分布如右上圖所示。油膜的平均周向速度為軸頸表面速度的一半，即轉子旋轉時，油膜將以軸頸表面速度之半的平均速度環(huán)繞運動。實際上，渦動頻率總是小于回轉速度之半。據統(tǒng)計，約為0.40~0.48X轉速之間。這是軸頸表面比軸瓦表面光滑及軸瓦與軸頸之間滑油的端泄等原因影響的結果?；剞D頻率

/2回轉頻率

第68頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

8.2油膜渦動不穩(wěn)定油膜渦動不穩(wěn)定出現(xiàn)在(0.40到0.48)轉速頻率范圍內，常常十分嚴重。當振動幅值超過軸承間隙的百分之四十時，認為振動過大。油膜渦動是油膜激起的振動，正常工作狀態(tài)的偏移(姿態(tài)角和偏心率)使油楔“推”軸在軸承內作環(huán)繞運動。旋轉方向不穩(wěn)定的力導致渦動(或正進動)。油膜渦動是不穩(wěn)定的，因為它增大離心力，離心力增大渦動力。可使油膜不再能支承軸，并且，當渦動頻率與轉子自然頻率一致時，變得不穩(wěn)定。改變滑油粘度，潤滑油壓力和外部預載，可能會影響油膜渦動。

第69頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

油膜振蕩不穩(wěn)定油膜渦動油膜振蕩質量不平衡臨界轉速轉子轉速頻譜圖表明當軸轉速通過第二階臨界轉速時油膜渦動變?yōu)橛湍ふ袷幉环€(wěn)定頻率第70頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

油膜振蕩不穩(wěn)定隨著轉子轉速的提高，油膜渦動的頻率也提高，兩者保持一個近乎不變的恒定比，即約為0.5。但是，當轉子回轉頻率約為其一階彎曲臨界轉速的兩倍時，隨著轉子轉速的提高，渦動頻率將保持不變，而且等于該轉子一階彎曲臨界轉速。油膜渦動頻率等于轉子一階臨界轉速且保持不變轉子一階臨界轉速油膜渦動頻率第71頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

8.3油膜振蕩不穩(wěn)定如果機器處在或高于2轉子自然頻率運轉時，可能出現(xiàn)油膜振蕩。轉子進入兩倍臨界轉速時，油膜渦動頻率將非常接近臨界轉速頻率，引起過大的振動，油膜可能不再具有支承能力。渦動速度實際將“鎖定”在轉子臨界轉速，雖然機器轉速愈升愈高，但是，這個尖峰不能通過它，產生以轉子臨界轉速頻率的橫向正進動亞諧波振動。這是一種可導致災難性破壞的固有的不穩(wěn)定的振動。第72頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月第九類滾動軸承故障第73頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月滾動軸承術語接觸角滾動體直徑內環(huán)跑道內環(huán)保持架外環(huán)外環(huán)跑道內徑外徑磁鐵座固定的振動加速度計滾動軸承術語平均直徑第74頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月6-77滾動軸承類型深槽滾動軸承

單列

雙列

滾針軸承

角向接觸滾珠軸承圓柱滾棒軸承球形滾棒軸承錐形滾棒軸承

單列

雙列

第75頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

滾動軸承故障發(fā)展過程的四階段

通常約百分之八十至九十的軸承壽命12341X234階段軸承剩余壽命的百分之十至二十階段軸承剩余壽命的百分之五至十階段軸承剩余壽命的百分之一至五階段一小時至軸承剩余壽命的百分之一災難性破壞累積的損傷時間

滾動軸承四種類型故障頻率1.隨機的，超聲頻率-gSE,HFD,SPM；2.軸承零部件自振頻率-500至2000赫茲范圍，與轉速無關；3旋轉的故障頻率-內環(huán)BPFI，外環(huán)BPFO，滾動體BSF和保持架FTF故障頻率4.和頻與差頻-軸承若干故障頻率之間及其它振源頻率相加或相減得出的頻率第76頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月滾動軸承故障發(fā)展的四個階段

第一階段：滾動軸承故障初始階段第二階段：滾動軸承輕微故障階段第三階段：滾動軸承宏觀故障階段第四階段：滾動軸承故障最后階段第77頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月滾動軸承故障四種類型頻率

第一種頻率：隨機的，超聲頻率---振動尖峰能量(gSE)，高頻加速度(HFD)和沖擊脈沖(SPM)；

第二種頻率：軸承零部件的自振頻率---在500到2000赫茲頻率范圍內，與轉速無關；第三種頻率：旋轉的故障頻率---軸承的內環(huán)故障(BPFI)，外環(huán)故障(BPFO)，滾動體故障(BSF)和保持架故障(FTF)；

第四種頻率：和頻與差頻---軸承的若干故障頻率之間及與其它振源頻率之間相加或相減

注：BPFI---Innerracedefectfrequency內環(huán)故障頻率

BPFO---Outerracedefectfrequency外環(huán)故障頻率

BSF---Rollingelementdefectfrequency滾動體故障頻率

FTF---Cagedefectfrequency保持架故障頻率振動尖峰能量gSE是美國羅克韋爾自動化-集成化狀態(tài)監(jiān)測公司的專利技術

第78頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月滾動軸承四種故障頻率

滾動軸承保持架故障頻率：FTF

滾動軸承滾動體旋轉故障頻率：BSF

滾動軸承外環(huán)故障頻率：BPFO滾動軸承內環(huán)故障頻率：BPFI注：BPFI---Innerracedefectfrequency內環(huán)故障頻率

BPFO---Outerracedefectfrequency外環(huán)故障頻率

BSF---Rollingelementdefectfrequency滾動體故障頻率

FTF---Cagedefectfrequency保持架故障頻率第79頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月滾動軸承故障頻率計算(1)

滾動軸承保持架故障頻率：FTF=(1/2){N［1+（d/D）Cosφ]+Ni[1-（d/D）Cosφ]}滾動軸承滾動體旋轉故障頻率：BSF=(1/2)(D/d)|No-Ni|{[1-(d/D)Cosφ]2}

滾動軸承外環(huán)故障頻率：BPFO=(1/2)n|No-Ni|[1-(d/D)Cosφ]

滾動軸承內環(huán)故障頻率：BPFI=(1/2)n|Ni-No|[1+(d/D)Cosφ］以上符號：d=滾動體直徑；D=滾動軸承平均直徑(滾動體中心處直徑)；φ=徑向方向接觸角；n=滾動體數目；No=軸承外環(huán)角速度；Ni=軸承內環(huán)角速度(=軸轉速).注：1.滾動軸承沒有滑動；2.滾動軸承幾何尺寸沒有變化；3.軸承外環(huán)和軸承內環(huán)都旋轉.第80頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月滾動軸承故障頻率計算(2)滾動軸承保持架故障頻率：FTF=(N/2)［1-（d/D）Cosφ]滾動軸承滾動體旋轉故障頻率：BSF=(N/2)(D/d){1-[(d/D)Cosφ］2}

滾動軸承外環(huán)故障頻率：BPFO=(N/2)n[1-(d/D)Cosφ]

滾動軸承內環(huán)故障頻率：BPFI=(N/2)n[1+(d/D)Cosφ］以上符號：

d=滾動體直徑；D=滾動軸承平均直徑(滾動體中心處直徑)；φ=徑向方向接觸角；n=滾動體數目；N=軸的轉速。注：1.滾動軸承沒有滑動；2.滾動軸承幾何尺寸沒有變化；3.軸承外環(huán)固定不旋轉.第81頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月滾動軸承故障頻率計算(3)-經驗公式滾動軸承外環(huán)故障頻率：BPFOr≌0.4Nn

滾動軸承內環(huán)故障頻率：BPFIr≌0.6Nn滾動軸承保持架故障頻率：FTFr≌0.4N

以上符號：n=滾動體數目；N=軸的轉速。注：1.滾動軸承沒有滑動；2.滾動軸承幾何尺寸沒有變化；3.軸承外環(huán)固定不旋轉.4.當滾動體數目在6至12范圍內時以上公式計算結果很精確第82頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月滾動軸承故障頻率計算(4)-估算公式滾動軸承外環(huán)故障頻率：BPFOe≌N(0.5n-1.2)

滾動軸承內環(huán)故障頻率：BPFIe≌N(0.5n+1.2)滾動軸承滾動體故障頻率：BSFe≌N(0.2n-1.2/n)滾動軸承保持架故障頻率：FTFe≌N(0.5-1.2/n)以上符號：

n=滾動體數目；N=軸的轉速。注：1.滾動軸承沒有滑動；2.滾動軸承幾何尺寸沒有變化；3.軸承外環(huán)固定不旋轉.4.當滾動體數目在6至12范圍內時以上公式計算結果很精確第83頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月滾動軸承故障頻率之間的關系滾動軸承外環(huán)故障頻率與滾動軸承內環(huán)故障頻率之和等于轉速與滾動體數目之乘積：BPFO+BPFT=n

滾動軸承外環(huán)故障頻率除以滾動體數目得的商等于滾動軸承保持架故障頻率：BPFO/n=FTF以上符號：n=滾動體數目；N=軸的轉速。注：1.滾動軸承沒有滑動；2.滾動軸承幾何尺寸沒有變化；3.軸承外環(huán)固定不旋轉.4.當滾動體數目在6至12范圍內時以上公式計算結果很精確第84頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月RA-ENTEK振動尖峰能量gSE技術

疲勞微裂紋在軸承滾道表面以下約0.127毫米處開始，經一定時間后，疲勞微裂紋逐漸擴展到表面。(表面以下)裂紋起始處軸承鋼晶體結構0.0001016~0.0001524毫米第85頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

高通濾波將把低頻振動頻率(常規(guī)機械故障頻率，如轉子不平衡，不對中，松動等)幾乎完全濾掉，只保留高頻振動頻率(振動加速度計安裝固定的共振頻率，齒輪嚙合頻率，軸承故障頻率等)。(原始信號預處理)高通濾波后，低頻振動頻率(常規(guī)機械故障頻率，如轉子不平衡，不對中，松動等)幾乎完全被濾掉，高頻振動頻率(振動加速度計安裝固定的共振頻率，齒輪嚙合頻率，軸承故障頻率等)保留下來。(原始信號預處理后的結果)5K至50K赫茲高頻區(qū)域內的信號，經過檢波，再通過5K赫茲低通濾波器后，高于5K赫茲的頻率都被濾掉；低通濾波后的信號作解調處理的時域波形作FFT處理便得gSE譜，將軸承故障頻率顯示出來。(對僅保留的滾動軸承故障信號處理并提取和顯示)RA-ENTEK振動尖峰能量gSE技術第86頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月振動尖峰能量gSE檢測電路的特性5KHZ65KHZ振動加速度g’s振動尖峰能量gSE峰峰檢波器檢測頻率范圍27K赫茲振動加速度計安裝固定共振頻率常規(guī)振動頻率(低頻)測量范圍：包括不平衡，不對中，松動等故障頻率DP1500數據采集器可選的gSE高通濾波頻率：100，200，500，1K，2K，5K赫茲頻率gSE帶通濾波器高截止頻率振動尖峰能量gSE利用高通濾波濾掉常規(guī)機械振動故障(不平衡，不對中，松動等)頻率，只檢測高頻振動，此頻率范圍內滾動軸承缺陷脈沖能量激起機器零部件或結構或振動加速度計安裝固定共振頻率，作為載頻調制軸承故障頻率，并利用峰峰檢波檢測并保持高頻脈沖峰值，用衰減時間常數確定gSE頻譜的最高頻率Fmax。這樣既保持了故障的嚴重程度，又突出了故障頻率基頻及其諧波頻率。RA-ENTEK振動尖峰能量gSE技術第87頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

DP1500數據采集器有六個可選的高通濾波器低截止頻率：100，200，500，1K，2K和5K赫茲。振動尖峰能量gSE的信號處理框圖振動原始信號高頻帶通濾波器

峰峰檢波器顯示gSE總量顯示gSE頻譜快速傅里葉變換FFT對原始信號預處理對預處理后的信號再處理RA-ENTEK振動尖峰能量gSE技術第88頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

本標準適于采用羅克韋爾自動化-集成化狀態(tài)監(jiān)測公司970型振動加速度計并配用29.5公斤吸引力的磁鐵座在軸承座上測量的滾動軸承振動尖峰能量gSE總量值不可接受

可接受

RA-ENTEK振動尖峰能量gSE技術第89頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

滾動軸承故障發(fā)展四階段第一階段A區(qū)域常規(guī)機械故障頻率區(qū)

B區(qū)域滾動軸承故障頻率區(qū)C區(qū)域軸承零部件自振頻率區(qū)D區(qū)域振動尖峰能量gSE區(qū)第90頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

9.1第一階段滾動軸承故障的最早的指示出現(xiàn)在從約250000到350000赫茲頻率范圍內的超聲頻率，后來，滾動軸承磨損增大時，通常頻率下降到約20000到60000赫茲(1200000到3600000轉/分)。這些就是用振動尖峰能量(gSE)，高頻加速度(HFD)(g)和沖擊脈沖(SPM)(dB)評定這些頻率。例如，在滾動軸承故障第一階段中，振動尖峰能量值首先出現(xiàn)為0.25gSE(實際的值與測量位置和機器的轉速有關)。采集gSE譜可揭示和證實滾動軸承是否處于滾動軸承故障發(fā)展的第一階段中。第91頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

滾動軸承故障發(fā)展四階段第二階段

A區(qū)域常規(guī)機械故障頻率區(qū)

B區(qū)域滾動軸承故障頻率區(qū)C區(qū)域軸承零部件自振頻率區(qū)fnD區(qū)域振動尖峰能量gSE區(qū)CPMCPM第92頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

9.2第二階段輕微的滾動軸承故障開始“瞬態(tài)擾動”滾動軸承的零件的自然頻率(fn),這些自然頻率主要出現(xiàn)在30K到120K轉/分(500到2000赫茲)頻率范圍內。這些自然頻率也可能是滾動軸承支承結構的自然頻率。在滾動軸承故障的第二階段末期，在自然頻率的左側和右側出現(xiàn)邊帶頻率。振動尖峰能量的總量值增大(例如，從0.25gSE增大到0.50gSE)。第93頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

滾動軸承故障發(fā)展四階段第三階段

A區(qū)域常規(guī)機械故障頻率區(qū)

B區(qū)域滾動軸承故障頻率區(qū)C區(qū)域軸承零部件自振頻率區(qū)D區(qū)域振動尖峰能量gSE區(qū)第94頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

9.3第三階段在滾動軸承故障的第三階段中，出現(xiàn)滾動軸承故障頻率及其諧波頻率。當滾動軸承的磨損擴展時，出現(xiàn)更多階次的滾動軸承故障頻率的諧波頻率，邊帶頻率數量增多，在軸承故障頻率的諧波頻率和軸承零件的自然頻率的兩側的邊帶數量都增多，振動尖峰能量的總量值繼續(xù)增大(例如從0.50gSE增大到1.0gSE)。這時，已經可以看到滾動軸承的磨損，并且，磨損擴展到滾動軸承的周圍，尤其是伴隨在軸承故障頻率兩側有許多清晰的邊帶時。gSE譜，高頻解調和包絡頻譜幫助證實滾動軸承故障的第三階段。這時，應該更換滾動軸承了(與振動頻譜中滾動軸承的故障頻率的幅值無關)。

第95頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

A區(qū)域常規(guī)機械故障頻率區(qū)

XB區(qū)域滾動軸承故障頻率區(qū)C區(qū)域軸承零部件自振頻率區(qū)D區(qū)域振動尖峰能量gSE區(qū)滾動軸承故障發(fā)展四階段第四階段

隨機高頻振動

第96頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

9.4第四階段朝著滾動軸承故障發(fā)展的最后階段發(fā)展，甚至影響1轉速頻率的振動幅值。該頻率的幅值增大，通常還引起轉速頻率的許多諧波頻率的幅值增大。離散的滾動軸承故障頻率和軸承零件自然頻率實際上開始“消失”，被隨機的，寬帶高頻“噪聲地平”代替。此外，高頻噪聲地平和振動尖峰能量兩者的幅值事實上可能減小，但是，恰好到損壞之前，振動尖峰能量和高頻加速度值通常增大到過大的幅值。第97頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月第十類、流體動力激振第98頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月液壓力和流體動力激振紊流激振氣穴激振葉片通過頻率

BPF=葉片數目X轉速BPF=靜子葉片通過頻率或轉子葉片通過頻率1X轉速邊帶隨機振動隨機高頻振動流體動力激振

第99頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

葉片通過頻率BPF=葉片數目X轉速1X轉速邊帶

流體動力激振

第100頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

10.流體動力激振故障

10.1轉子葉片通過頻率和靜子葉片通過頻率葉片通過頻率(BPF)=葉片數目轉速頻率。在泵，風機和壓縮機中，這種葉片通過頻率總是有的，通常不成為故障。然而，如果泵中旋轉葉片與靜止的擴壓器之間的間隙在圓周方向上不均勻，那么可能產生大幅值的葉片通過頻率(BPF)(及其諧波頻率)。而且，有時葉片通過頻率(BPF)(或其諧波頻率)與系統(tǒng)的某自然頻率一致，產生大的振動。如果葉輪摩擦環(huán)卡住軸承，或者焊接固定的擴壓器葉片損壞，則可能產生大的葉片通過頻率(BPF)振動。管道的突然彎曲，妨礙流體流動的障礙物，阻尼器或者如果泵或風機轉子與其殼體中心不重合都會引起葉片通過頻率(BPF)的大振動。第101頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

紊流

隨機振動BPF=葉片通過頻率喘振或紊流過大第102頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

10.2紊流風機中由于風機流道中或管道中空氣的壓力或速度變化，常常出現(xiàn)紊流。這種流動的中斷引起紊流,產生隨機的，低頻振動，典型地在50到2000轉/分頻率范圍內。如果壓縮機內出現(xiàn)喘振，則可能出現(xiàn)隨機的，寬帶高頻振動。過大的紊流也可能激起寬帶高頻振動。第103頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

BPF=葉片通過頻率隨機高頻振動氣穴第104頁，課件共168頁，創(chuàng)作于2023年2月

10.3氣穴氣穴通常產生隨機的，較高頻率寬帶能量，有時疊加葉片通過頻率的諧波頻率。通常指示進口壓力不夠(缺乏流體的現(xiàn)象)。如果不采取措施排除，氣穴對泵內部可能十分有害。它可能局部侵蝕葉輪的葉片。存在氣穴時，常常發(fā)出像“卵石”通過泵時的聲音。氣穴通常是進口流量不夠引起的?？赡苓@次測量時出現(xiàn)，下次測量時沒有了(如果改變進口閥門的設定的話)。第105頁，課件共168頁，創(chuàng)作于20