第3章振动诊断2课件.ppt

1、2023-1-22第3章振动诊断2第第3章振动诊断章振动诊断2第3章振动诊断24.4.转速转速 旋转机械的转速变化与设备的运行状态有非常密切的关系。当设备发生旋转机械的转速变化与设备的运行状态有非常密切的关系。当设备发生故障时，转速也会相应地变化。例如：离心式压缩机：故障时，转速也会相应地变化。例如：离心式压缩机：喘振喘振 转速波动；动静碰磨转速波动；动静碰磨 转速波动。转速波动。5.5.时域波形时域波形 时域波形综合反映了振动信号的振幅、频率、相位，可简单直观地表示时域波形综合反映了振动信号的振幅、频率、相位，可简单直观地表示振动情况。振动情况。6.6.轴心轨迹轴心轨迹 轴心轨迹是轴心上的点

2、相对于轴承座的运动轨迹，形象地反映了转子的轴心轨迹是轴心上的点相对于轴承座的运动轨迹，形象地反映了转子的实际振动情况。实际振动情况。7.7.轴位移（轴向位置）轴位移（轴向位置）轴向位置是止推盘和止推轴承之间的相对位移。轴向位置是止推盘和止推轴承之间的相对位移。例如：转子动静部件之间的轴向摩擦、喘振等都会引起轴向位置的变化。例如：转子动静部件之间的轴向摩擦、喘振等都会引起轴向位置的变化。8.8.轴心位置轴心位置 轴心位置是描述安装在轴承中的转轴平均位置的特征参量。例如：轴承轴心位置是描述安装在轴承中的转轴平均位置的特征参量。例如：轴承座磨损座磨损 轴颈偏心。轴颈偏心。涡流传感器的直流分量表示轴心

3、位置的变化。涡流传感器的直流分量表示轴心位置的变化。第3章振动诊断29.9.差胀、机壳膨胀差胀、机壳膨胀对大型旋转机械，由于转子较长，在起动过程中转子受热快，沿轴向膨胀量比汽缸大，两者的热膨胀差称为“差胀差胀”。转子的热膨胀汽缸的热膨胀，称为“正差胀”；转子的热膨胀汽缸的热膨胀，称为“负差胀”。正差胀多出现在开机过程，负差胀多出现在停机过程。对大型汽轮机组，除了测“差胀”外，还应测机壳膨胀量，有助于得到汽缸与转子之间的相对热膨胀信息，对比热膨胀和胀差量，判断汽缸与转子热膨胀是否正常10.10.慢转偏心距慢转偏心距慢转偏心距指的是机器静止时的弯曲量，如果在允许的范围内，机器可以起动。测量方法：起

4、动时用涡流传感器测得的信号中的交流信号峰峰值表示。11.11.工艺参数工艺参数12.12.电流、电压测量电流、电压测量第3章振动诊断2n旋转机械振动故障分析常用方法旋转机械振动故障分析常用方法 n（1）波特图（Bode plot）是机器振幅与转速频率，相位与转速频率的关系曲线。n（2）极坐标图 是把上述幅频特性和相频特性曲线综合在极坐标上表示出来所示。n（3)轴心位置图 借助于相互垂直的两个电涡流传感器，监测直流间隙电压，即可得到转子轴颈中心的径向位置。n（4)轴心轨迹图 涡动运动的轨迹称之为轴心轨迹如所示。第3章振动诊断2第3章振动诊断2第3章振动诊断2第3章振动诊断2n（5)频谱图 振动信

5、号绝大多数是由多种激励信号合成的复杂信号，按照傅里叶分析原理，这种复杂信号可以分解为一系列谐波分量（即频率成分），每一谐波分量又含有幅值和相位特征量。各个谐波分量以频率轴为坐标，按频率高低排列起来的谱图，就叫频谱图。各谐波分量分别以幅值或相位特征量来表示，分别称为幅值频谱（简称幅值谱）和相位频谱（注意与波特图的区别）。第3章振动诊断2第3章振动诊断2n为了便于识别各频率成分（包括基频、倍频及分数倍频等）与故障的联系，常将频谱图的频率轴（横坐标）改用工作频率的倍数来表示，而纵坐标仍表示幅值。这种谱图称为阶比幅值谱。第3章振动诊断2二二.旋转机械的振动监测旋转机械的振动监测1.1.测试对象和测量部

6、位的选择测试对象和测量部位的选择2.2.转轴振动测量转轴振动测量3.3.机壳振动测量机壳振动测量4.4.相位测量相位测量5.5.转速测量转速测量6.6.轴位移测量轴位移测量7.7.轴心轨迹测量轴心轨迹测量8.8.轴心位置测量轴心位置测量9.9.轴承温度测量轴承温度测量10.10.工艺参数测量工艺参数测量第3章振动诊断2三、旋转机械发生故障的原因三、旋转机械发生故障的原因（一）设计、制造（一）设计、制造 1.设计不当：动态性能不良，运行时发生强迫振动或自激振动；2.结构不合理，应力集中；3.工作转速接近或落入临界转速区；4.运行点转速接近或落入非稳定区；5.零部件加工、制造不良，精度不够；6.零

7、部件材质不良，精度不够，制造缺陷；7.转子动平衡不符合技术要求。（二）安装维修（二）安装维修 1.安装不当，零部件错位，预负荷大；2.轴系对中不良；3.机器几何参数(如配合间隙、过盈量及相对位置)调整不当；4.管道应力大，机器在工作状态下改变了动态特性和安装精度；5.转子长期放置不当，改变了动平衡精度；6.安装或维修过程中破坏了机器原有的配合精度。第3章振动诊断2三三.运行操作运行操作 1.机器在非设计状态下运行(如超转速、超负荷等)改变机器工作特性；2.润滑或冷却不良；3.旋转体局部损坏或结垢；4.工艺参数(温度、压力、流量、负荷等)操作不当，机器运行失稳；5.启、停车过程中操作不当，暖机不

8、够，热膨胀不均匀或临界区停留时间长。四四.机器劣化机器劣化 1.长期运行转子挠度增大；2.旋转体局部损坏、脱落或产生裂纹；3.零部件磨损、点蚀或腐蚀等；4.配合面受力劣化，产生过盈不足或松动等，破坏了配合性质；5.机器沉降不均匀，机器壳体变形。第3章振动诊断23-4-2 转轴组件的故障诊断转轴组件的故障诊断一、绪论一、绪论转轴组件：转轴组件：指旋转机械系统中重要的一类基础件，以旋转轴为中心，指旋转机械系统中重要的一类基础件，以旋转轴为中心，包括齿轮、叶轮、等工作件、联轴器以及支承在内的组合包括齿轮、叶轮、等工作件、联轴器以及支承在内的组合非转动部件：非转动部件：滑动轴承、轴承座、机壳等。旋转机

9、械振动的特殊性：旋转机械振动的特殊性：1.振动一般呈很强的周期性；振动一般呈很强的周期性；2.大型旋转机械的振动主要是转轴。大型旋转机械的振动主要是转轴。旋转机械的状态监测主要是针对其振动特点进行的。二、转轴组件的故障类型及其特点二、转轴组件的故障类型及其特点转轴组件的常见故障现象有不平衡、不同轴（不对中）、机械松动转轴组件的常见故障现象有不平衡、不同轴（不对中）、机械松动等等第3章振动诊断2三、基于全息谱分析技术的旋转机械诊断系统结构三、基于全息谱分析技术的旋转机械诊断系统结构 第3章振动诊断2四四.转机械故障分类和故障诊断搜索转机械故障分类和故障诊断搜索 油膜涡动油膜涡动旋转脱离旋转脱离喘

10、振喘振流体激励流体激励支座松动支座松动密封磨损密封磨损低频管道激励低频管道激励不平衡不平衡不对中不对中碰磨碰磨转子裂纹转子裂纹高频管道激励高频管道激励工频干扰工频干扰1.1.旋转机械的故障分类旋转机械的故障分类低频低频高频高频 其他其他基频基频第3章振动诊断22.2.旋转机械的故障搜索旋转机械的故障搜索 第3章振动诊断2(一一)转子不平衡故障及诊断转子不平衡故障及诊断 1 1、转子不平衡的原因：、转子不平衡的原因：转子不平衡可分为：原始不平衡、渐发性不平衡、突发性不平衡。(1)原始不平衡（转子质量偏心）原因(2)渐发性不平衡原因 振动值随运行时间的延长而增大。原因 (3)突发性不平衡 振动值突

11、然显著增大后稳定在一定水平上。第3章振动诊断22.2.转子不平衡振动的特点转子不平衡振动的特点(1)(1)振动的时域波形近似为正弦波；振动的时域波形近似为正弦波；(2)(2)在频谱图中，能量集中在基频，会出现较小的高次谐波；在频谱图中，能量集中在基频，会出现较小的高次谐波；(3)(3)当当 n n 时，转速增大时振幅趋于一个较小的稳定值；时，转速增大时振幅趋于一个较小的稳定值；当当n n 时，振幅具有最大的峰值。时，振幅具有最大的峰值。(4)(4)转子的轴心轨迹为一椭圆转子的轴心轨迹为一椭圆,由于转子不平衡质量的响应在由于转子不平衡质量的响应在x x、y y方方向振幅不同，相位差也不是。向振幅

12、不同，相位差也不是。(5)(5)工作转速一定时，相位稳定。工作转速一定时，相位稳定。(6)(6)振动的强烈程度对转速变化很敏感。振动的强烈程度对转速变化很敏感。3.3.转子不平衡的诊断方法转子不平衡的诊断方法 转子不平衡的诊断方法是根据转子不平衡的振动特点来诊断，转子不平衡的诊断方法是根据转子不平衡的振动特点来诊断，主要看振动信号的波形、特征频率、相位稳定性、轴心轨迹等。主要看振动信号的波形、特征频率、相位稳定性、轴心轨迹等。第3章振动诊断2转子不平衡故障的频谱转子不平衡故障的频谱n波形为简谐波，少毛刺。波形为简谐波，少毛刺。n轴心轨迹为圆或椭圆。轴心轨迹为圆或椭圆。n1X1X频率为主。频率为

13、主。n轴向振动不大。轴向振动不大。n振幅随转速升高而增大。振幅随转速升高而增大。n过临界转速有共振峰。过临界转速有共振峰。透平透平风机风机齿轮箱齿轮箱1X1X频率频率(水平水平)1X1X频率频率(水平水平)1X1X频率频率(铅垂铅垂)1X1X频率频率(铅垂铅垂)轴向很小轴向很小轴向很小轴向很小第3章振动诊断24.4.注意注意(1)(1)对于老设备：工频分量增大时，可能有较大的不平衡；对于老设备：工频分量增大时，可能有较大的不平衡；(2)(2)对新安装设备，工频分量增大时，可能还有下述因素的影响：对新安装设备，工频分量增大时，可能还有下述因素的影响：n转子是否遇到临界转速？转子是否遇到临界转速？

14、常用其它方法确定临界转速；常用其它方法确定临界转速；n转子是否与基础共振？转子是否与基础共振？可用相位分析方法诊断。可用相位分析方法诊断。基础共振：基础共振：使机组上各点都以同一频率和相位振动。不平衡造使机组上各点都以同一频率和相位振动。不平衡造成的振动在顺旋转方向上各点振动有相位差。成的振动在顺旋转方向上各点振动有相位差。(3)(3)用涡流传感器不接触测量时，注意测点处轴颈加工的不同心或椭用涡流传感器不接触测量时，注意测点处轴颈加工的不同心或椭圆。可用降低转速的方法来检验。若低速时振动与高速时相同，圆。可用降低转速的方法来检验。若低速时振动与高速时相同，则为假不平衡。则为假不平衡。5.5.转

15、子不平衡分类转子不平衡分类转子不平衡可分为动不平衡与静不平衡。转子不平衡可分为动不平衡与静不平衡。(1)(1)静不平衡：静不平衡：仅使转子产生偏心距仅使转子产生偏心距e e的不平衡称静不平衡，它只要的不平衡称静不平衡，它只要在在e e的相对方向加平衡块配重就可消除。的相对方向加平衡块配重就可消除。(2)(2)动不平衡：动不平衡：转子的质心在两轴承的连线上，在旋转时会产生离心转子的质心在两轴承的连线上，在旋转时会产生离心力矩，只有在转动时才能检测出来，找到配重的位置。力矩，只有在转动时才能检测出来，找到配重的位置。第3章振动诊断2全息动平衡全息动平衡:第3章振动诊断2(二二)转子弯曲故障及诊断转

16、子弯曲故障及诊断 1 1、转子弯曲的种类、转子弯曲的种类(1)(1)永久性弯曲：永久性弯曲：转子成弓形弯曲后无法恢复。启动时振动就大；转子成弓形弯曲后无法恢复。启动时振动就大；(2)(2)转子临时性弯曲：转子临时性弯曲：可以恢复的弯曲。随升速振幅变大。可以恢复的弯曲。随升速振幅变大。2.2.转子弓形弯曲（永久性弯曲）的原因及振动特点转子弓形弯曲（永久性弯曲）的原因及振动特点 (1)(1)原因原因 a a、设计制造：结构不合理、制造误差、材质不均匀。、设计制造：结构不合理、制造误差、材质不均匀。b.b.安装、维修：安装、维修：1 1）长期存放不当引发永久性弯曲；）长期存放不当引发永久性弯曲；2

17、2）轴承安装错位，转子有较大的预负荷。）轴承安装错位，转子有较大的预负荷。c c、运行操作：高速高温机器停机后未及时盘车。、运行操作：高速高温机器停机后未及时盘车。d d、机器劣化：转子热稳定性差，长期运行后自然弯曲。、机器劣化：转子热稳定性差，长期运行后自然弯曲。第3章振动诊断2(2)(2)振动特征振动特征 a a、特征频率：、特征频率：1 1倍频，并伴有倍频，并伴有2 2倍频。倍频。b b、振动稳定：振动方向为径向、轴向，相位特征稳定。、振动稳定：振动方向为径向、轴向，相位特征稳定。c c、轴心轨迹：椭圆、轴心轨迹：椭圆 d d、振动随转速的变化明显、振动随转速的变化明显 e e、时域波形

18、：正弦波、时域波形：正弦波 (3)(3)其它识别方法：其它识别方法：a a、机器开始升速运行时，在低速阶段振动幅值就较大；、机器开始升速运行时，在低速阶段振动幅值就较大；b b、刚性转子两端相位差、刚性转子两端相位差180180。4 4、转子临时弯曲的原因及振动特性、转子临时弯曲的原因及振动特性 (1)(1)原因原因 a a、设计制造：结构不合理，制造误差大，材质不均匀；、设计制造：结构不合理，制造误差大，材质不均匀；b b、安装、维修：转子有较大的预负荷；、安装、维修：转子有较大的预负荷；c c、运行操作：升速过快，加载太大；、运行操作：升速过快，加载太大；d d、机器裂化：转子稳定性差、机

19、器裂化：转子稳定性差 。第3章振动诊断2(2)(2)振动特性：振动特性：a a、特征频率：、特征频率：1 1倍频，伴有倍频，伴有2 2倍频。倍频。b b、振动稳定性：振动随转速变化明显，振动方向为径向、轴向，、振动稳定性：振动随转速变化明显，振动方向为径向、轴向，相位特征稳定（正常运行时稳定，升机过程中有变化）。相位特征稳定（正常运行时稳定，升机过程中有变化）。c c、轴心轨迹：椭圆、轴心轨迹：椭圆(3)(3)其它识别方法：其它识别方法：升速过程振幅大，往往不能正常启动。升速过程振幅大，往往不能正常启动。第3章振动诊断2(三三)转子不对中故障分及诊断转子不对中故障分及诊断 1 1、转子不对中形

20、式、转子不对中形式 (1)(1)平行不对中：轴线平行位移平行不对中：轴线平行位移 (2)(2)角度不对中：轴线角度位移角度不对中：轴线角度位移 (3)(3)综合不对中：轴线综合位移综合不对中：轴线综合位移 正确对中正确对中 e=0,e=0,=0=0平行不对中平行不对中 e e 0,0,=0=0角度不对中角度不对中 e=0,e=0,0 0综合不对中综合不对中 e e 0,0,0 0第3章振动诊断22 2、产生转子不对中的原因、产生转子不对中的原因 (1)(1)初始安装误差；初始安装误差；(2)(2)负载、自重作用使转子弯曲；负载、自重作用使转子弯曲；(3)(3)支承架不均匀膨胀引起热态工作下转子

21、对中不良支承架不均匀膨胀引起热态工作下转子对中不良(热不对中热不对中)；(4)(4)地基不均匀下沉。地基不均匀下沉。3 3、转子不对中故障的特征、转子不对中故障的特征 (1)(1)转子不对中改变了轴承中的油膜压力，使联轴节两侧支承负荷转子不对中改变了轴承中的油膜压力，使联轴节两侧支承负荷 变化较大，负荷小的轴承可能引起油膜失稳。变化较大，负荷小的轴承可能引起油膜失稳。不对中现象的最大振动在紧靠联轴节两端的轴承上。不对中现象的最大振动在紧靠联轴节两端的轴承上。(2)(2)平行不对中主要引起径向振动平行不对中主要引起径向振动 如果：轴承座如果：轴承座x x、y y方向刚度相同，则振幅大的方向为不对

22、中方向；方向刚度相同，则振幅大的方向为不对中方向；轴承座轴承座x x、y y方向刚度不同，应经计算求得。方向刚度不同，应经计算求得。角度不对中主要引起轴向振动，刚性转子角度不对中主要引起轴向振动，刚性转子A A轴轴AA径。径。第3章振动诊断2(3)(3)不对中引起的振幅值与转子的负荷有关，随负荷增大而增大。不对中引起的振幅值与转子的负荷有关，随负荷增大而增大。(4)(4)不对中使联轴器两侧的转子振动产生相位差。不对中使联轴器两侧的转子振动产生相位差。对于刚性联轴节：对于刚性联轴节：平行不对中：平行不对中：联轴节两侧的径向振动相位差约联轴节两侧的径向振动相位差约180180；角度不对中：角度不对

23、中：联轴节两侧的轴向振动相位差约联轴节两侧的轴向振动相位差约180180；联轴节两侧；联轴节两侧的径向振动同相；的径向振动同相；(5)(5)从振动的频率成分来看，不同形式的不对从振动的频率成分来看，不同形式的不对中频率成分不同。中频率成分不同。对刚性联轴节：对刚性联轴节：平行不对中：易激起平行不对中：易激起2fn2fn，也存在，也存在fnfn及高频；及高频；角度不对中：易激起同频振动，也存在高频；角度不对中：易激起同频振动，也存在高频；(6)(6)轴心轨迹：香蕉形、轴心轨迹：香蕉形、8 8字形字形(7)(7)振幅随转速变化不明显，随油温、负荷变化明显。振幅随转速变化不明显，随油温、负荷变化明显

24、。第3章振动诊断2转子不对中故障的频谱转子不对中故障的频谱 n出现出现 2X 2X 频率成分。频率成分。n轴心轨迹成香蕉形或轴心轨迹成香蕉形或8 8字形。字形。n轴向振动一般较大。轴向振动一般较大。n本例中，出现叶片通过频本例中，出现叶片通过频率。率。电机电机水泵水泵POPOPIPIMOMOMIMI1X 1X 频率频率2X 2X 频率频率叶片通叶片通过频率过频率第3章振动诊断2转子不对中故障时域波形图转子不对中故障时域波形图 转子不对中故障频谱图转子不对中故障频谱图 转子不对中故障全息谱转子不对中故障全息谱 转子不对中故障提纯轴心轨迹转子不对中故障提纯轴心轨迹 第3章振动诊断2不对中故障的全息

25、谱图不对中故障的全息谱图 不对中故障的提纯轴心轨迹不对中故障的提纯轴心轨迹（双八字形）（双八字形）第3章振动诊断2不对中故障的全息谱图不对中故障的全息谱图 不对中故障的提纯轴心轨不对中故障的提纯轴心轨迹（八字形）迹（八字形）第3章振动诊断2转子平行不对中故障的三维全息谱图转子平行不对中故障的三维全息谱图 转子角度不对中故障的三维全息谱图转子角度不对中故障的三维全息谱图 第3章振动诊断2(四四)转子横向裂纹故障及诊断转子横向裂纹故障及诊断1 1、转子横向裂纹的形态、转子横向裂纹的形态 由于转轴所受的应力状态不同，其横向裂纹的形态也不同，裂纹由于转轴所受的应力状态不同，其横向裂纹的形态也不同，裂纹

26、有三种形态：有三种形态：a.a.闭裂纹；闭裂纹；b.b.开裂纹：开裂纹：c.c.开闭裂纹。开闭裂纹。常开状态下的转子裂纹常开状态下的转子裂纹 常闭状态下的转子裂纹常闭状态下的转子裂纹 第3章振动诊断22 2、轴出现裂纹故障后的特点、轴出现裂纹故障后的特点(1)(1)轴出现裂纹时，轴的刚度就不是各向同性，振动带有非线性性质。轴出现裂纹时，轴的刚度就不是各向同性，振动带有非线性性质。振动频率为转频的高倍频振动频率为转频的高倍频2f2f0 0、3 f3 f0 0，相位发生变化。，相位发生变化。裂纹扩展，刚度下降，裂纹扩展，刚度下降，1 f1 f0 0、2 f2 f0 0、3 f3 f0 0上升，相位

27、变化。上升，相位变化。相应的高倍频与相应的高倍频与2 f2 f0 0、3 f3 f0 0、5 f5 f0 0与与n nc c重合，转子发生次谐重合，转子发生次谐波共振，响应有峰值。波共振，响应有峰值。(2)(2)开停车过程响应随转速的变化规律开停车过程响应随转速的变化规律出现出现2 f2 f0 0、3 f3 f0 0高倍频，高倍频，当工作转速通过当工作转速通过 时（时（n nc c为临界为临界转速），转速），(3)(3)裂纹深度对响应的影响裂纹深度对响应的影响裂纹的扩展随着裂纹深度的增大而加速裂纹的扩展随着裂纹深度的增大而加速1 f1 f0 0、2 f2 f0 0的振幅上升，相位出现异常波动。

28、的振幅上升，相位出现异常波动。第3章振动诊断22 2、轴出现裂纹故障后的特点、轴出现裂纹故障后的特点频率特征：频率特征：半临界点的半临界点的2 f2 f0 0，伴有，伴有2 f2 f0 0、3 f3 f0 0等高次谐波；等高次谐波；振动稳定性：振动稳定性：不稳定，随载荷不规则变化；不稳定，随载荷不规则变化；振动方向：振动方向：径向，轴向；径向，轴向；相相 位：位：变化；变化；轴心轨迹：轴心轨迹：轴心轨迹基本为圆状；轴心轨迹基本为圆状；进动方向：进动方向：正进动。正进动。第3章振动诊断2转子裂纹故障时域波形图转子裂纹故障时域波形图 转子裂纹故障频谱图转子裂纹故障频谱图 转子裂纹故障全息谱转子裂纹

29、故障全息谱 转子裂纹故障提纯轴心轨迹转子裂纹故障提纯轴心轨迹 第3章振动诊断2第3章振动诊断2第3章振动诊断2(五五)机械松动机械松动 机械松动现象是因紧固不牢引发的机械松动现象是因紧固不牢引发的,振动具有非线性特征；振动具有非线性特征；项目项目性质性质振动方向振动方向虽无特别容易出现的方向，但垂直方向的振动出现可能虽无特别容易出现的方向，但垂直方向的振动出现可能性较大性较大频率特征频率特征基频及倍频，伴有基频及倍频，伴有2 2f f0 0、3 3f f0 0、等倍频，也会出现等倍频，也会出现1/21/2 f f0 0，1/31/3 f f0 0等等振动稳定性振动稳定性不稳定，振动对转速变化敏

30、感。不稳定，振动对转速变化敏感。相位特性相位特性与旋转标志同步与旋转标志同步轴心轨迹轴心轨迹椭圆或紊乱。椭圆或紊乱。振幅振幅如使转速增减，振幅会突然变或减小（跳跃现象）如使转速增减，振幅会突然变或减小（跳跃现象）第3章振动诊断2转子系统松动故障的频谱转子系统松动故障的频谱n波形出现许多毛刺。波形出现许多毛刺。n谱图中噪声水平高。谱图中噪声水平高。n出现精确的倍频出现精确的倍频2X2X，3X3X等等成分。成分。n松动结合面两边，振幅有明松动结合面两边，振幅有明显差别。显差别。电机电机水泵水泵POPOPIPI转速的精确转速的精确倍频成分倍频成分本例中最高本例中最高出现出现16X16X成分成分噪声水

31、平高噪声水平高第3章振动诊断2松动故障引起的间入谐量松动故障引起的间入谐量未松动时的频谱未松动时的频谱松动时的频谱松动时的频谱出现出现0.5X0.5X，1.5X1.5X，2.5X2.5X，3.5X.3.5X.等频等频率成分率成分第3章振动诊断2第3章振动诊断2(六六)动静碰摩动静碰摩1 1、局部摩擦：、局部摩擦：频率包含不平衡引起的频率包含不平衡引起的f f0 0、2 2 f f0 0、3 3 f f0 0、及低频谐波及低频谐波f f0 0/i i。摩擦重时，摩擦重时，i i=2=2；摩擦轻时，摩擦轻时，i i=3=3、4 4、频率特征：频率特征：i fi f0 0、f f0 0/i i振振

32、动：不稳定，径向动：不稳定，径向相相 位：反向移动位：反向移动轴心轨迹：有突变点轴心轨迹：有突变点 第3章振动诊断2转子动静碰磨的时域波形转子动静碰磨的时域波形 转子动静碰磨的频谱转子动静碰磨的频谱 转子动静碰磨的高频全息谱转子动静碰磨的高频全息谱 转子动静碰磨的提纯轴心轨迹转子动静碰磨的提纯轴心轨迹 第3章振动诊断2转子动静碰磨的提纯轴心轨迹转子动静碰磨的提纯轴心轨迹 转子动静碰磨的高频全息谱转子动静碰磨的高频全息谱 第3章振动诊断2(七七)自激振动自激振动 润滑油起泡、喘振和蠕动以及气穴等都会引起自激振动。自激振润滑油起泡、喘振和蠕动以及气穴等都会引起自激振动。自激振动的最基本特点在于振动

33、频率为相关振动的固有频率。动的最基本特点在于振动频率为相关振动的固有频率。项目项目性质性质项目项目性质性质振动方向振动方向无特殊方向无特殊方向相位相位有变化（非同步）有变化（非同步）频率特征频率特征与转速无关的固有频率与转速无关的固有频率振幅振幅转速变化对振幅的影响较小转速变化对振幅的影响较小第3章振动诊断2油膜涡动和油膜振荡的诊断油膜涡动和油膜振荡的诊断第3章振动诊断2油膜涡动和油膜振荡的诊断油膜涡动和油膜振荡的诊断第3章振动诊断2喘振喘振第3章振动诊断2第3章振动诊断2第3章振动诊断2正常正常1000r/min1000r/min下声发射信号的时域波形和频谱下声发射信号的时域波形和频谱碰摩碰

34、摩1000r/min1000r/min下声发射信号的时域波形和频谱下声发射信号的时域波形和频谱第3章振动诊断2一、绪论一、绪论齿轮箱是各类机械的变速传动部件，齿轮臬的运行是否正常，齿轮箱是各类机械的变速传动部件，齿轮臬的运行是否正常，涉及整台机器或机组的工作状态涉及整台机器或机组的工作状态.在齿轮箱中，各类部件的失效在齿轮箱中，各类部件的失效比率如表所示。比率如表所示。3-4-2 齿轮的故障诊断齿轮的故障诊断失效零件失效零件失效百分比失效百分比失效零件失效零件失效百分比失效百分比失效零件失效零件失效百分比失效百分比齿轮齿轮60%60%轴轴10%10%紧固件紧固件3%3%轴承轴承19%19%箱体

35、箱体7%7%油封油封1%1%二、齿轮的振动机理二、齿轮的振动机理1.齿轮的啮合振动齿轮的啮合振动n单双齿啮合区的交替变化单双齿啮合区的交替变化n轮齿啮合刚度的周期性化轮齿啮合刚度的周期性化n啮入啮出冲击啮入啮出冲击第3章振动诊断2 以一对齿轮作为研究对象，该齿轮副可以看作一个振动系统。以一对齿轮作为研究对象，该齿轮副可以看作一个振动系统。则则其振动方其振动方程为程为：式中：式中：x x沿作用线上齿轮的相对位移沿作用线上齿轮的相对位移 C C齿轮啮合阻尼齿轮啮合阻尼 k k(t t)齿轮啮合刚度齿轮啮合刚度 M M1 1、M M2 2作用在主、从动齿轮上的扭矩作用在主、从动齿轮上的扭矩 r r2

36、 2齿轮的节圆半径齿轮的节圆半径 i i齿轮副的传动比齿轮副的传动比 E E(t t)由齿轮的轮齿变形和误差、故障造成的两个齿在作由齿轮的轮齿变形和误差、故障造成的两个齿在作用用 线方向上的相对位移线方向上的相对位移 z z1 1、z z2 2齿轮的齿数齿轮的齿数 n n1 1、n n2 2转速转速 啮合频率为：啮合频率为：第3章振动诊断22.齿轮的制造和装配误差引起振动齿轮的制造和装配误差引起振动l齿轮在制造过程中齿轮在制造过程中，由于机，由于机 床、刀具、夹具、齿坯等是各类面床、刀具、夹具、齿坯等是各类面 的误差，以及操作不当、工艺不良等原因，均会使齿轮产生各种加的误差，以及操作不当、工艺

37、不良等原因，均会使齿轮产生各种加工误差，如工误差，如齿距累积误差、基节偏差、齿形误差、齿向误差齿距累积误差、基节偏差、齿形误差、齿向误差等。等。l齿轮在装配过程中齿轮在装配过程中，由于箱体、轴等零件的加工误差、装配不当等，由于箱体、轴等零件的加工误差、装配不当等因素也会使齿轮传动精度恶化。因素也会使齿轮传动精度恶化。上述原因引起齿轮在传动过程中产生旋转频率的振动和啮合振上述原因引起齿轮在传动过程中产生旋转频率的振动和啮合振动动3.齿轮在使用过程中出现的损伤引起振动齿轮在使用过程中出现的损伤引起振动磨损磨损表面疲劳表面疲劳塑性变形塑性变形断裂断裂气蚀气蚀电蚀电蚀3.冲击载荷引起的自由衰减振动冲击

38、载荷引起的自由衰减振动第3章振动诊断2二、齿轮故障的振动诊断二、齿轮故障的振动诊断.齿轮损齿轮损伤伤振动特性：啮合时产生冲击振动，并激发齿轮按其固有频率振动，固振动特性：啮合时产生冲击振动，并激发齿轮按其固有频率振动，固有频率的振幅与其它振动成分相比是非常大的，随着磨损的发展，齿有频率的振幅与其它振动成分相比是非常大的，随着磨损的发展，齿的刚性表现出非线性特点，频谱是存在的刚性表现出非线性特点，频谱是存在i fr、fr/i，的分频成分。的分频成分。.齿轮偏齿轮偏心心振动特性：齿轮存在偏心时，齿轮每转中的压力时大里小地变化，致振动特性：齿轮存在偏心时，齿轮每转中的压力时大里小地变化，致使啮合振动

39、的振幅受旋转频率的调制，其频谱包含使啮合振动的振幅受旋转频率的调制，其频谱包含fr、fm及边频带及边频带fm fr。.齿轮回转质量不平衡齿轮回转质量不平衡振动特性：主要频率成分和与正常情况基本相同，即频谱包含振动特性：主要频率成分和与正常情况基本相同，即频谱包含fr、fm，但旋转频率振动的振幅较正常情况大。但旋转频率振动的振幅较正常情况大。4.齿轮局部缺陷齿轮局部缺陷振动特性：齿轮啮合过程中，将激发异常大的冲击振动，在振动波形上振动特性：齿轮啮合过程中，将激发异常大的冲击振动，在振动波形上出现较大的周期性脉冲幅值，即频谱包含出现较大的周期性脉冲幅值，即频谱包含fr、及其高次谐波、及其高次谐波n

40、 fr。第3章振动诊断2振动特性：齿轮在每转中的速度将时快时慢的变化，致使啮合振动的频振动特性：齿轮在每转中的速度将时快时慢的变化，致使啮合振动的频率受旋转频率的调制，即频谱包含率受旋转频率的调制，即频谱包含fr、fm，及边频带，及边频带fmn fr。.齿距误差齿距误差振动特性：因啮合频率大于固有频率，所以，齿轮只发生啮合频率成分振动特性：因啮合频率大于固有频率，所以，齿轮只发生啮合频率成分的振动，而不发生固有频率的振动。的振动，而不发生固有频率的振动。.高速旋转齿轮的振动高速旋转齿轮的振动注意：注意：n实际谱线通常很难以单一频率出现，而表现为一个连续的频段。实际谱线通常很难以单一频率出现，而

41、表现为一个连续的频段。n故障现象很少以单一形式出现，而往往是多种故障的综合。故障现象很少以单一形式出现，而往往是多种故障的综合。第3章振动诊断2第3章振动诊断2齿轮正常齿轮正常1000r/min1000r/min轻载下的时域波形和功率谱轻载下的时域波形和功率谱齿轮裂纹齿轮裂纹1000r/min1000r/min轻载下的时域波形和功率谱轻载下的时域波形和功率谱 齿轮磨损齿轮磨损1000r/min1000r/min轻载下的时域波形和功率谱轻载下的时域波形和功率谱 齿轮偏心齿轮偏心1000r/min1000r/min轻载下的时域波形和功率谱轻载下的时域波形和功率谱 第3章振动诊断2齿轮故障的频谱齿轮

42、故障的频谱n齿轮啮合频率齿轮啮合频率GMFGMF等于齿等于齿数乘以齿轮转速频率。数乘以齿轮转速频率。n齿轮啮合频率两边有边频，齿轮啮合频率两边有边频，间距为间距为1X1X。n随着齿轮故障发展，边频随着齿轮故障发展，边频越来越丰富，幅值增加。越来越丰富，幅值增加。n可用倒频谱作进一步分析。可用倒频谱作进一步分析。OUOUBSBSISISOLOL齿轮箱齿轮箱上辊上辊下辊下辊输入轴输入轴啮合频率啮合频率GMFGMF上边上边频频下边下边频频2X2X第3章振动诊断2齿轮故障诊断齿轮故障诊断1、正常、正常 2、磨损、磨损 3、负载、负载 4、齿轮偏心和齿隙游移、齿轮偏心和齿隙游移第3章振动诊断2故障诊断故

43、障诊断5、齿轮不对中、齿轮不对中 6、齿断、齿裂、齿断、齿裂 7、齿轮组合状态问题、齿轮组合状态问题第3章振动诊断2齿轮故障诊断齿轮故障诊断8、齿的摆动故障、齿的摆动故障第3章振动诊断2(一）疲劳剥落一）疲劳剥落 1 1、原因：在滚动轴承中，滚道和滚动体表面既承受载荷又相对滚动，由于交变、原因：在滚动轴承中，滚道和滚动体表面既承受载荷又相对滚动，由于交变载荷的作用，首先在表面下一定深处载荷的作用，首先在表面下一定深处(最大剪应力最大剪应力)形成裂纹，继而扩展到接形成裂纹，继而扩展到接触表面，使表面发生剥落坑，最后发展到大片剥落，到疲劳剥落。触表面，使表面发生剥落坑，最后发展到大片剥落，到疲劳剥

44、落。2 2、后果：疲劳会造成运载时的冲击载荷、振动和噪声。在正常工作条件下，疲、后果：疲劳会造成运载时的冲击载荷、振动和噪声。在正常工作条件下，疲劳剥落是滚动轴承失效的主要原因。所以，一般所说的轴承寿命就是指轴承劳剥落是滚动轴承失效的主要原因。所以，一般所说的轴承寿命就是指轴承的疲劳寿命。轴承的寿命试验就是疲劳试验。的疲劳寿命。轴承的寿命试验就是疲劳试验。（二）磨损（二）磨损 1 1、原因：、原因：(1)(1)滚道和滚动体的相对运动及异物侵入了引起表面磨损滚道和滚动体的相对运动及异物侵入了引起表面磨损 (2)(2)润滑不良会使磨损加剧润滑不良会使磨损加剧 2 2、后果：、后果：(1)(1)轴承

45、游隙增大轴承游隙增大 (2)(2)表面粗糙度增加表面粗糙度增加 (3)(3)运转精度降低运转精度降低 (4)(4)振动、噪声增大振动、噪声增大3-4-2 轴承的故障诊断轴承的故障诊断一、滚动轴承的故障类型一、滚动轴承的故障类型第3章振动诊断2（三）塑性变形（压痕）（三）塑性变形（压痕）1 1、原因：、原因：(1)(1)工作载荷过重时，轴承受到过大的冲击载荷或静载荷工作载荷过重时，轴承受到过大的冲击载荷或静载荷 (2)(2)因热变形引起额外载荷因热变形引起额外载荷 (3)(3)硬度很高的异物侵入硬度很高的异物侵入 都会形成表面压痕或划痕都会形成表面压痕或划痕 2 2、后果：、后果：(1)(1)引

46、起运转时产生剧烈振动和噪声引起运转时产生剧烈振动和噪声 (2)(2)压痕引起的冲击载荷进一步引起附近表面的剥落压痕引起的冲击载荷进一步引起附近表面的剥落（四）腐蚀（四）腐蚀 1 1、原因：、原因：(1)(1)润滑油、水份、湿气的化学腐蚀润滑油、水份、湿气的化学腐蚀 (2)(2)电腐蚀、轴承表面有电通过时，使表面产生点蚀电腐蚀、轴承表面有电通过时，使表面产生点蚀 (3)(3)微振腐蚀、套圈与孔或内圈与轴有微小的相对运动时产生锈蚀微振腐蚀、套圈与孔或内圈与轴有微小的相对运动时产生锈蚀 2 2、后果：表面出现麻点、凹坑、锈斑等、后果：表面出现麻点、凹坑、锈斑等（五）断裂（五）断裂 原因：原因：(1)

47、(1)载荷过大引起轴承零件破裂载荷过大引起轴承零件破裂 (2)(2)磨削、热处理，装配引起的残余应力磨削、热处理，装配引起的残余应力 (3)(3)工作时热压力过大工作时热压力过大 (4)(4)装配不当装配不当（六）胶合（六）胶合胶合即：一个表面上的金属粘附到另一个表面上的现象胶合即：一个表面上的金属粘附到另一个表面上的现象原因：润滑不良、高速重载下摩擦发热在短时间内达到很高的温度、导致表原因：润滑不良、高速重载下摩擦发热在短时间内达到很高的温度、导致表面烧伤及胶合面烧伤及胶合第3章振动诊断2（七）保持架损坏（七）保持架损坏原因：装配不当引起保持架发生变形，增加保持架上滚动体之间的摩擦原因：装配

48、不当引起保持架发生变形，增加保持架上滚动体之间的摩擦或滚动体卡死，或保持架与内外圈发生摩擦或滚动体卡死，或保持架与内外圈发生摩擦二、滚动轴承振动信号的特征二、滚动轴承振动信号的特征 缺陷部位缺陷部位一般公式一般公式外圈静止、内圈运动外圈静止、内圈运动内圈静止、外圈运动内圈静止、外圈运动滚动体缺陷滚动体缺陷外圈（内滚外圈（内滚道）缺道）缺陷陷内圈（外滚内圈（外滚道）缺道）缺陷陷（一）低频段的旋转频率（一）低频段的旋转频率第3章振动诊断2nD 节圆直径nd 滚珠直径n 接触角nz 滚珠数nR 轴的转速频率dD外环故障频率内环故障频率滚珠故障频率保持架碰外环保持架碰内环第3章振动诊断2（二）低频段的

49、固有振动频率（二）低频段的固有振动频率 当轴承结构不合适或有缺陷时，外部振源激发各元件以其固有频率振动固有频率与材料、外形、质量有关，与振动及轴的回转频率无关。1 1、内外圈固有频率、内外圈固有频率 式中：式中：弹性模量，钢材为弹性模量，钢材为210210 变形波数，变形波数，2 2，3 3，套圈横截面的惯性矩，套圈横截面的惯性矩，套圈横截面面积，套圈横截面面积，b b轴承宽，轴承宽，h h套圈厚套圈厚 套圈横截中性轴直径，套圈横截中性轴直径，mmmm 第3章振动诊断2例：6205轴承内圈弯曲的固有频率为 k 2 3 4 5f(kHz)=3.94 11.14 31.36 34.542 2、钢球

50、的固有频率：、钢球的固有频率：RR钢球半径钢球半径（三）滚动轴承有异常时的振动特性（三）滚动轴承有异常时的振动特性(1)(1)轴承元件受力变形引起的振动：轴承元件受力变形引起的振动：主要频率成分为：主要频率成分为：(2)(2)旋转轴弯曲时引起的振动：旋转轴弯曲时引起的振动：主要频率成分为：主要频率成分为：(3)(3)滚动体直径不一致引起的振动轴承元件受力变形引起的振动：滚动体直径不一致引起的振动轴承元件受力变形引起的振动：主要频率成分为：主要频率成分为：1.由滚动轴承构造引起的振动由滚动轴承构造引起的振动 2.由滚动轴承的非线性引起的振动由滚动轴承的非线性引起的振动 主要频率成分为：主要频率成