机械故障的振动分析及诊断课件.ppt

1、典型机械故障的典型机械故障的振动分析及诊断振动分析及诊断 典型机械故障的振动分析及诊断 m xc xk xft()惯性力 阻尼力 弹性力 干扰力振动的基本概念 惯性力 阻尼力 弹性力 表征振动的三个要素：表征振动的三个要素：振动幅值、频率（周期）、相位振动幅值、频率（周期）、相位 表征振动的三个要素：W/WoW/Wo有阻尼的强迫振动及其特性W/Wo W/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(F F T)原理用振动分析方法监测设备状态振动分析的过程：问诊 监测 诊断 措施振动分析的过程：问诊 监测 诊断 措施不同设备故障的振动特点 力不平衡 力偶不平衡 动不平衡 悬臂

2、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 齿轮不对中常 见 的 设 备 故 障不 平 衡 力不平衡 角不对中 结 同频占主导，相位稳定。如果只有不平衡，同频占主导，相位稳定。如果只有不平衡，1X1X幅值大于等于通频幅值的幅值大于等于通频幅值的8080，且按转速，且按转速平方增大。平方增大。通常水平方向的幅值大于垂直方向的幅值，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。但通常不应超过两倍。同一设备的两个轴承处相位接近。同一设备的两个轴承处相位接近。水平方向和垂直方向的相位相差接近水平方向和垂直方向

3、的相位相差接近9090度。度。典型的频谱 相位关系力力 不不 平平 衡衡质 量 不 平 衡A 同频占主导，相位稳定。如果只有不平衡 典型的频谱 相位关系力力 偶偶 不不 平平 衡衡质 量 不 平 衡B 典型的频谱 相位关系力 偶 不 动不平衡是前两种不平衡的合成结果。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。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两支承处同方向振动相位差接近 典型的频谱 相位关系动动 不不 平平 衡衡质 量 不 平 衡C 动不平衡是前两种不平衡的合成结果。悬臂转子不平衡在轴向和径向都会引起较大悬臂转子不平衡在轴向和径向都会引起较大1X1X振动。

4、振动。轴向相位稳定，而径向相位会有变化。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轴向振动，轴向振动悬臂式转子可产生较大的轴向振动，轴向振动有时甚至超过径向振动。有时甚至超过径向振动。两支承处轴向振动相位接近。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 系悬悬 臂臂 转转 子子 不不 平平 衡衡质 量 不 平 衡悬臂转子不平衡在轴向和径向都会引起较 当旋转的当旋转的皮带轮、齿轮、电机转子皮带轮、齿轮、电机转子等有几何偏心等有几何偏心时，会在两个转子中心连线方向上产生较大的时，会在两个转子中心连线方向上产生

5、较大的1X1X振动；偏心振动；偏心泵泵除产生除产生1X1X振动外，还由于流体不平振动外，还由于流体不平衡会造成叶轮通过频率及倍频的振动。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垂直与水平方向振动相位相差为0 0或或180180。采用平衡的办法只能消除单方向的振动。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 偏 心 转 子当旋转的皮带轮、齿轮、电机转子等有几何偏心 振动特征类似动不平衡，振动以振动特征类似动不平衡，振动以1X1X为主，如果弯曲为主，如果弯曲靠近联轴节，也可产生靠近联轴节，也可产生2X2X振动。类似不对中、通常振动。类似不对中、通常振幅稳定

6、，如果振幅稳定，如果2X2X与供电频率或其谐频接近，则可与供电频率或其谐频接近，则可能产生波动。能产生波动。轴向振动可能较大，两支承处相位相差轴向振动可能较大，两支承处相位相差180180度。度。振动随转速增加迅速增加，过了临界转速也一样。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 轴 弯 曲振动特征类似动不平衡，振动以1 X 为主不 对 中有资料表明现有企业在役设备3 0 5 0 存在不 角不对中产生较大的轴向振动，频谱成分为角不对中产生较大的轴向振动，频谱成分为1X1X和和2X2X；还常见还常见1X1X、2X2X或或3X3X都占优势的情况。都占优势的情况。如果如果2X

7、2X或或3X3X超过超过1X1X的的3030到到5050，则可认为是，则可认为是存在角不对中。存在角不对中。联轴节两侧轴向振动相位相差联轴节两侧轴向振动相位相差180180度。度。典型的频谱 相位关系角角 不不 对对 中中 不对中A角不对中产生较大的轴向振动，频谱成分为1 典型的频谱 相 位 关 系平平 行行不不 对对 中中不对中 B 典型的频谱 相 位 关 系平 行不 轴承不对中或卡死将产生轴承不对中或卡死将产生1X,2X1X,2X轴向振动，如轴向振动，如果测试一侧轴承座的四等分点的振动相位，对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应两点的相位相差180180度。度。通过找

8、对中无法消除振动，只有卸下轴承重新通过找对中无法消除振动，只有卸下轴承重新安装。安装。典型的频谱 相位关系轴轴 承承 不不 对对 中中不对中 C 轴承不对中或卡死将产生1 X,2 X 轴向振动 如果联轴节的短节过长或过短，通常会产生明显的如果联轴节的短节过长或过短，通常会产生明显的3X3X振动。振动。齿型联轴节卡死会引起轴向和径向振动，通常轴向大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，频谱以于径向，频谱以1X1X为主，兼有其它谐频，也有出现为主，兼有其它谐频，也有出现4X4X为主的实例。为主的实例。振动随负荷而变，振动随负荷而变，1X1X明显。明显。松动的联轴节将引起啮合频率及叶

9、片通过频率的振动松动的联轴节将引起啮合频率及叶片通过频率的振动，其周围分布，其周围分布1X1X旁瓣。旁瓣。联联 轴轴 节节 故故 障障 不对中 D 如果联轴节的短节过长或过短，通常会产生明显对 中 不 良 设 备 的 轴 心 轨 迹松动本身不是纯粹松动本身不是纯粹 的故障，不会直接的故障，不会直接 产生振动，但它可产生振动，但它可 放大故障的作用。放大故障的作用。A 结 构 框 架 或 底 座 松 动B 轴 承 座 松 动C 轴 承 等部 件 配 合松 动机 械 松 动松动本身不是纯粹 的故障，不会直接 产生振动，包括如下几方面的故障 支脚、底板、水泥底座松支脚、底板、水泥底座松动动/强度不够

10、；强度不够；框架或底板变形；紧固螺框架或底板变形；紧固螺丝松动。丝松动。A.结 构 框 架/底 座 松 动振动特征:包括 包括如下几方面的故障 结构或轴承座开裂结构或轴承座开裂 支承件长度不同引起的晃动支承件长度不同引起的晃动 部件间隙出现少量偏差时部件间隙出现少量偏差时(尚无碰撞尚无碰撞)紧固螺丝松动。紧固螺丝松动。B.由于结构/轴承座晃动或开裂引起的松动振动特征:包括如下几方面的故障轴承在轴承座内松动轴承在轴承座内松动轴承内圈间隙大轴承内圈间隙大轴承保持架在轴承盖内松动轴承保持架在轴承盖内松动轴承松动或与轴有相对转动轴承松动或与轴有相对转动C.轴承在轴承座内松动或部件配合松动振动特征:包括

11、如下轴径和滑动轴承钨金干摩轴径和滑动轴承钨金干摩电动机转子与定子接触电动机转子与定子接触叶轮与扩压器口接触叶轮与扩压器口接触汽轮机叶片与静叶汽轮机叶片与静叶严严 重重 摩摩 擦擦轻轻 微微 摩摩 擦擦轴与汽封摩擦轴与汽封摩擦联轴器罩摩轴联轴器罩摩轴皮带摩擦皮带罩皮带摩擦皮带罩叶片摩擦外罩叶片摩擦外罩 典型的摩擦波形转 子 摩 擦转子在转动过程中与定子的摩擦会造成严重的设备故 润 滑 油 不 足 引 起 的 频 谱 有资料显示仅有有资料显示仅有10102020的轴承达到或接近设计的轴承达到或接近设计寿命寿命.其余部分因为如下其余部分因为如下各种原因达不到设计寿命各种原因达不到设计寿命:润滑不当,

12、使用错误的润滑剂；润滑剂或轴承内混入赃物或杂质；运输或存放不当；选型不当、安装错误等.振动监测的最终目的是通振动监测的最终目的是通过跟踪轴承状态了解何时过跟踪轴承状态了解何时需要更换轴承需要更换轴承.位移：不易用于轴承的位移：不易用于轴承的监测。监测。加速度：可早期发现轴加速度：可早期发现轴承的故障征兆，应与速承的故障征兆，应与速度联用。度联用。使用包络技术或使用包络技术或gSEgSE监 测 参 数 的 选 择滚 动 轴 承有资料显示仅有1 0 2 0 的轴承达到或接近设滚 动 轴 承 故 障 谱 特 征(1)第一阶段：滚 动 轴 承 故 障 谱 特 征(1)滚 动 轴 承 故 障 谱 特 征

13、(2)第三阶段：滚 动 轴 承 故 障 谱 特 征(2)滚 动 轴 承 故 障 频 谱滚 动 轴 承 故 障 频 谱滚 动 轴 承 故 障 前 后gSE 谱滚 动 轴 承 故 障 前 后g S E 谱摩擦/间隙过大的频谱油膜振荡 松动松动，1/2X,1/3X1/2X,1/3X等成等成分，随负荷变化较大分，随负荷变化较大 乌金脱落乌金脱落，1/2X1/2X及谐频及谐频，幅值小于松动谱，幅值小于松动谱 瓦块损坏瓦块损坏，1/3X1/3X涡动，涡动，调油温有效调油温有效滑 动 轴 承滑动轴承摩擦后期通常出现一系列倍频成分（多达1滑 动 轴 承 损 坏 及 松 动 频 谱滑 动 轴 承 损 坏 及 松

14、 动 频 谱 正常正常的频谱出现所有转轴的频谱出现所有转轴的的1X1X和啮合频率和啮合频率(GMF)(GMF)。齿轮啮合频率的两侧有转齿轮啮合频率的两侧有转速边带，其峰值较小。速边带，其峰值较小。齿磨损：齿轮固有频率出齿磨损：齿轮固有频率出现，且有磨损齿轮所在轴现，且有磨损齿轮所在轴的转速边带的转速边带 磨损明显时，啮合频率附磨损明显时，啮合频率附近也会出现较高峰值的边近也会出现较高峰值的边带。带。正常齿轮的频谱齿轮磨损时的频谱齿 轮 故 障 (1)正常的频谱出现所有转轴的1 X 和啮合频 齿轮偏心：啮合频率附齿轮偏心：啮合频率附近有较高幅值的边带往近有较高幅值的边带往往说明齿轮偏心、游隙往说明齿轮偏心、游隙或轴不平行。或轴不平行。啮合频率峰值随负载的啮合频率峰值随负载的增大而增大。增大而增大。齿轮不对中：几乎总是齿轮不对中：几乎总是激起啮合频率二次或更激起啮合频率二次或更高谐次的振动，且高谐次的振动，且2X2X或或3X3X啮合频率处峰值较大啮合频率处峰值较大；它们都有转速的边带；它们都有转速的边带频率。频率。齿轮偏心的频谱齿轮不对中时的频谱齿 轮 故 障 (2)齿轮偏心：啮合频率附近有较高幅值的边