1、2023-1-8频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障频谱分析滚动轴承齿轮频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障和电气故障频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障滚动轴承早期故障症状图图 1 由于缺陷引起的冲击频由于缺陷引起的冲击频率等于滚动体数率等于滚动体数x RPM。图图 2:产生两个频率。产生两个频率。与与FFT 图有关的装配轴承共振图有关的装配轴承共振频率和与包络图有关的冲击频率和与包络图有关的冲击频率。频率。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障轴承缺陷中转动件早期故障的症状:1、即使在轴承缺陷的早期,也可能产生与与摩擦或冲力有关的高频振动。2、轴承的缺陷产生的冲击信号最早出现在包络图频谱中(Fig 3)。3、包络信
2、号包括gSE(IRD),HFD(SKF),ESP(DI),Peakvue(CSI),振动脉冲等。4、采集的信号将包括有一定间隔的冲击脉冲，这相当于故障频率。5、在故障早期,时域图比速度或加速度频谱更适合作为分析工具。6、图 3和图4说明了 两种“典型的”图(Fig.3是包络谱,Fig.4是速度谱)，说明轴承故障在早期的特征。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障 图3表示的是冲击频率的包络图。最大峰值是:1x 故障频率。图 4 速度 FFT谱 说明轴承的“状态”(即它的损伤程度)。故障频率在早期的谐波振幅很小(甚至不容易注意到)。在早期的速度或加速度FFT中，没有典型的 1x故障频率的峰值。为了分析,
3、跟踪轴承故障频率(正如包络图中观察到的一样)并使用谐波来排列出最高的频率峰值。图图 4 典型的速度典型的速度FFT说明轴承早期故障。说明轴承早期故障。在早期振幅可能非常小。在早期振幅可能非常小。应应该注意的是加速度频率将比速度频率更清楚到展现高频峰值。该注意的是加速度频率将比速度频率更清楚到展现高频峰值。图图 3典型的包络图说明轴承故障频率的影响典型的包络图说明轴承故障频率的影响频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障图图 5 比较峰值比较峰值(125dB)，噪声干扰级噪声干扰级(102dB)。差别差别12dB以上以上,应该应该观察轴承来确定轴承的损坏速度。观察轴承来确定轴承的损坏速度。注意左上角的注意
4、左上角的 Scale(dB)。测量冲击力强度(轴承损坏速度)可以通过重新缩放包络图比例来获得dB(对数测量)并和背景噪声干扰级比较轴承缺陷峰值频率(图 5)。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障图图1、典型的包络图说明在轴承缺陷频率处有冲击。、典型的包络图说明在轴承缺陷频率处有冲击。振幅可能振幅可能减小减小，同时轴承状态变得更糟糕。，同时轴承状态变得更糟糕。图图 2 典型的速度典型的速度FFT说明早期的轴承缺陷。说明早期的轴承缺陷。早期振幅可能非常小。早期振幅可能非常小。应该注意的是加速度频谱比应该注意的是加速度频谱比速度频谱的高频峰值更清楚。速度频谱的高频峰值更清楚。滚动轴承 延迟失效症状频谱分析
5、滚动轴承齿轮和电气故障进一步监测轴承故障:在轴承故障的后期,明显的脉冲(冲击力)通常强度降低了，这是由于轴承部件磨损了。图 2 表示，速度频谱说明了轴承故障的进展特征。速度频谱上最后看见了1x的故障频率。背景噪声峰值继续增加，信号形状继续变形，这是由于轴承磨损，并且部件也趋于失效。速度 FFT继续说明轴承的“状态”。轴承有多糟糕?现在更差了。前面的图3和图4说明在一个月后两个读数相等。注意图3包络图中的改善。这是因为冲击力强度减小了。也要注意如图4速度FFT所示的，轴承的恶化。与轴承频率有关的振幅明显增大(故障频率谐波)暗示轴承状态非常恶劣。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障 前两页展示的是轴承故
6、障如何在速度频谱和gSE频谱上的典型处理过程。但是轴承故障的形成还有很多途径。监测轴承故障有很多种有效的方法。包括使用加速度频谱，时域图和超声波噪声监测等(例如振动脉冲)。分析者必须能“感觉到”轴承正在出故障，并找到适当的监测方法适应这种需要。振动速度频谱包括:1)在速度和加速度FFT中，存在故障高频区。较宽的频率带能造成特殊频率辨认困难。故障高频区的频率范围取决于装配轴承的共振频率。2)轴承故障频率谐波明显(3x-10 x 故障频率)。形成的谐波哪部分最多，表明最大振幅取决于轴承的共振频率范围。3)低频谐波的形成(1x,2x)很少有甚至没有高频征兆。这可能容易与运行速度谐波混淆，但这非常异常
7、-比前两种可能要少见。滚动轴承 典型症状频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障。在前两页的例子中，每一个都有所展现。有故障高频区,特殊的故障频率谐波，还有一些发生在1x 故障频率(非常容易与 3x rpm混淆,尤其是缺乏高频征兆的时候发生 这是可能的，尽管很少见)。当然相应的在加速度频谱上更趋于高频症状，这是因为在加速度频谱对低频振动不敏感。这很有利，除非你有3中讨论的不寻常的症状，这种情况下你几乎没有轴承故障的任何迹象。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障滚动轴承 分析技术解释包络谱图 正如 包络 章节所讨论的,包络谱图任一峰值的实际振幅都不如频谱相对于背景噪声的振幅那么重要,这意味了什么?你的分析器检测
8、到的噪声级将对你看见的峰值振幅有很大的影响。不象速度,gSE(使用已知的单位)将被其它条件影响，例如轴承载荷和润滑程度等。润滑不良，甚至是缺乏润滑都将引起整个频率范围本底或背景噪声 频谱。运行的轴承正常的gSE 振幅范围在 0.05 gSE 到2 gSE之间。振幅等级没有普通的规则 它们将随机器和环境改变。还需要其它的分析方法。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障 使用包络频谱分析轴承状态有两个主要方法。它们是:1)在使用gSE频谱建立了冲击频率后,检查速度频谱中任一高频峰值(即使是振幅很小)。如果没有，继续。如果有一些高频故障，把跟踪器放在冲击频率上(即使是没有峰值)将谐波连接起来或建立某种联系，
9、你就可以开始评价它的严重性。加速度频谱在实现这个目的比速度频谱更好。2)回到 gSE 频谱，将振幅单位定为dB。然后把这个故障频率峰值振幅和附近的背景噪声比较(周围的)。如果差值为 12-18 dB,说明发生了相当明显的冲击。如果差值为18+dB,说明有大量的冲击发生。冲击等级越高,轴承破坏就越快。注意 有两个主要原因:如果你使用“过载”或“幅度”(趋势)值 而不分析包络频谱，你必须意识到会有很多不同因素能引起冲击，而这些检测到的信号很多并不是来自轴承故障。这些信号极其敏感，并能监测下表面或很早期的故障。那些不了解这项技术的人们在这个阶段要求修理，可能会影响到工程项目的可靠性。假设润滑很充分,
10、在这个时候更换轴承是不必要的。如果你对频谱还有问题,请重新阅读 包络频谱 章节。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障滚动轴承滚动轴承滚动轴承频谱图具有下列特点滚动轴承频谱图具有下列特点 明显的具有不同峰值的谐波成分明显的具有不同峰值的谐波成分 能量上会出现宽带波峰能量上会出现宽带波峰 时域波形可以看出明显的冲击波形时域波形可以看出明显的冲击波形 早期的故障表现为低幅值的振动早期的故障表现为低幅值的振动诊断诊断 径向振动（如果轴向有负载需要查看轴向振动）径向振动（如果轴向有负载需要查看轴向振动）可能会出现轴承故障频率的谐波，边带。可能会出现轴承故障频率的谐波，边带。测量测量 频谱图和时域波形图（加速度
11、）。频谱图和时域波形图（加速度）。设置设置Fmin25XRPM 对小轴（小于对小轴（小于4-6 英寸）设置英寸）设置Fmax 为为50XRPM；对大于对大于4-6英寸的轴设置英寸的轴设置Fmax为为70XRPM 采集高频加速度波形图（采集高频加速度波形图（70XRPM）检查轴承故障频率谐波检查轴承故障频率谐波 若怀疑内圈故障，检查若怀疑内圈故障，检查1XRPM的边带的边带 若怀疑滚动体故障，检查若怀疑滚动体故障，检查1XFTF边带边带 检查时域波形的冲击，峰峰值大于检查时域波形的冲击，峰峰值大于4g.频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障 液压或气动 合为同一类别是因为它们在性质上相似并都有流体在运动
12、。如风机或低压送风机,促使高可压缩流体运动(低压气体),压缩机或高压送风机,促使低可压缩气体运动(高压气体),泵可以使不可压缩流体运动(实际流体)。流体的可压缩性越小,与流体振动有关的部件出现故障的可能越大。我们将讨论的问题包括叶片的通过频率、气穴、倒流、内部间隙和紊流/喘振。最常见的频率，叶片通过频率 它是叶片个数的x RPM 这里将简单讨论。低压(离心)风机或送风机 通常不容易发生这类问题。BPF（叶片通过频率）很少见的故障，除非频率激发了下游管道系统的共振频率。通常是归类为噪声问题,很少是结构问题。它几乎不能引起机械故障，如加速轴承或部件磨损。紊流 能引起低频宽带振动(低于或略高于 1x
13、 rpm)。高压吹风机和压缩机-由于间隙更小，压力更高，容易出现。泵-问题最严重，因为是不可压缩流体。间隙小，压力高都造成了潜在的问题。不只机械间隙能引起大的振动问题(磨损环,叶轮/支架/扩散口间隙)而且不同压力和流速下开启泵能引起过度和破坏性的振动。液压和气动故障频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障流体故障:与流动和倒流有关的故障图图 1 具有高叶片通过频率时的典型频谱具有高叶片通过频率时的典型频谱(“VPF”=叶片数叶片数x RPM)。症状通常出现在径向，但轴向上也可能有。症状通常出现在径向，但轴向上也可能有。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障与流动和倒流有关的故障的征兆(包括部件问题):（1）高振
14、幅 VPF或BPF,经常伴随了 VPF或BPF谐波。（2）在 1x RPM处的VPF和 2x VPF附近可能存在边频，如果存在,说明转子有问题-如偏心，这将引起VPF 在1x rpm调制。重要的是一定数量的 VPF/BPF 是正常的。（3）在与流体强相关的故障情况下,流体不稳定并产生振动从而激发泵叶轮共振，正如在共振频率（临界速度）下滑动轴承转子（透平）油膜振荡一样。推荐措施:第一步首先应该彻底检查泵，着重注意间隙和机械部件的完整性。第二步应该评估系统本身 例如弯头太紧无法拆卸,由于流体返回流出泵能引起类似的振动现象。第三步应该评估运行参数-流速和压力，它们也能影响振动，实际流量和压力都应和泵
15、的性能曲线和设计工作点相对比。流量或压力不足导致气穴(不同的症状 见下页),流量或压力过大能导致倒流，症状类似于这里所看到的。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障流体故障:气穴现象图图 1 气穴的典型频谱气穴的典型频谱(随意的随意的,非常宽的频带，外形类似于干草堆非常宽的频带，外形类似于干草堆)。特征通常出现在径向上但轴向也可能有。特征通常出现在径向上但轴向也可能有。气穴气穴 当泵的流量不足或压力当泵的流量不足或压力不足时会发生。不足时会发生。这使得流体在进入时会断流，从而产生真空带而造成破这使得流体在进入时会断流，从而产生真空带而造成破裂。裂。它的发生是随机的，不可测的，并且对叶轮和泵内部件有极大
16、的破它的发生是随机的，不可测的，并且对叶轮和泵内部件有极大的破坏力。坏力。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障气穴症状:（1）高频,随机振动。（2）声音象抽吸砂砾。（3）尽管振幅不一定足够大以致严重影响轴承寿命，气穴仍引起叶轮和其它内部部件过度磨损。（4）当载荷变化时，可能发生喘振。建议的措施:第一，评价运行参数 流速和压力 可能影响振动。实际流量和压力都应和泵的性能曲线和设计工作点相对应。流量或压力不足导致气穴。第二，检查过度磨损的内部部件，尤其注意叶轮片。注意:与传感器连接的探头的共振频率能被微小的气穴放大，并造成错误读数。例如IRD使用了多年的9吋探头,共振频率为 40-50kcpm。当泵发生
17、微小气穴时采集的读数可能引起高振幅，范围在40-50kcpm 内，从而导致诊断错误。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障空气动力故障:紊流图图 1 典型紊流的典型紊流的FFT。对于压缩机和高压送风机，当发生冲击或负载变化时会对机器造成影响。对于压缩机和高压送风机，当发生冲击或负载变化时会对机器造成影响。经常的，经常的，用蓄气筒或减压器来消除反馈。用蓄气筒或减压器来消除反馈。紊流症状:（1）高频,随机振动类似气穴。（2）叶片或叶轮(螺旋桨)在通过频率(指 VPF以下)振幅大。（3）VPF谐波振幅大。注意:重要的是压缩机和送风机的 VPF是正常的机械振动。过度依赖初始读数而不知道正常的运行情况是十分危险
18、的。振幅也和负载有关，应该不断地在同等的负载条件下采集读数。如果压缩机负载或卸载读数相同，就可采纳。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障交流感应电机故障 如何监测电频率与电有关的振动-交流电机产生机械振动。因为交流电为正弦波,电机的每个电极每个循环都两次给电压 一次峰值为“+”，另一次为“-”。这意味着最常见的振动频率不是1倍频 而是 2x。这一部分章节只论述和电力问题有关的诊断。更深入探讨这些振动的来源和原因将在 中找到。但是,如果想准确地诊断和校正这类故障,唯一真实可信的方法是在线电流分析。如果引起的振动症状使你相信是这些故障中的一个或多个，不要把电机送到维修店去修理。找一个从事电机在线电流分析
19、的专业人士。测试可能比电机维修店测试更为可靠，因为它是在载荷和热状态条件下做的测试，而且没有拆装机组的费用因而更便宜。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障有两个必要的频谱来监测与电气有关的故障。如下例子每个说明其中一个故障。高频(200 x RPM)。高分辨率(通常是12kcpm Fmax w/1600 线)。我们需要定义几个术语和频率:FLine=电网频率 通常是 60 Hz(3600 cpm)或 50 Hz(3000 cpm)。2 x FLine=扭转脉冲频率。这是高分辨率频谱常见的频率。P=电机的极数。电机的极数用来控制电机的速度，电机极数越多，电机运转的速度就越慢，电机的极数总是偶数(2,4
20、,6,etc。)。FSynch=同步电机速度=2 x FLine/P。这可能容易混淆因为它指的是与电机同步，而不是与转数同步。它是旋转磁场产生的速度，也是转子试图达到的速度(从来也不能到达此速度)。FSlip=差频=FSynch 转子 RPM(实际速度)FPole=电极通过频率=P x FSlip WSPF=绕组槽数 x RPM RBPF=转子条数 x RPM 寻找与电气有关的振动最重要的是振幅的寻找与电气有关的振动最重要的是振幅的增大增大-不只是存在峰值或峰值的形式。无论何时发现振动-建议,下一步应加强监视，看振幅的趋势是否增大。还要多进行一个测试(脉冲测试,电流测试等)但先不要采取行动直到
21、你对调整机组的状态有更好的方法。振动不是监测大多数电器故障最好的方法，这个事实应该承认。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障交流感应电机问题:定子偏心,定子异常&绕组短路图图 1 频谱说明气隙频谱说明气隙振动振动、绕组短路、定子异常、绕组短路、定子异常气隙振动,绕组短路,定子异常的症状:在2 x Fline振幅大。建议采取措施:（1）检查软脚并修理。（2）检查对中并修理。（3）进行绕组测试来判断绕组的绝缘性能。（4）继续使用或购买新电机。注意（1）:重要的是认识到是通常发生2 x Fline振动。这些故障对轴承的影响不比同样振幅不平衡情况的大，或者更小。不要过度紧张。注意（2）:不要将转速谐波和电极
22、通过频率边频带混淆。从定义讲,转速谐波总是区别于电极通过频率2 x FLine。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障电机结构绕组结构定子-由绕组和电机金属外壳构成(即 铁或 芯)。我们看到的症状与绕组和转子之间气隙有关。间隙总是不理想的。因为使转子转动的磁场强度与气隙成比例(气隙越小,磁力越强),间隙内在2 x FLine处产生振动。气隙变化越大,振幅就越大。但是气隙也能被机械问题影响，例如软脚(引起应力或使轴承座变形),定子松动/不牢(使得它很大程度都被磁力影响)和绕组短路(它引起局部加热和热变形)。前面的问题很容易检测并解决的就是软脚。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障交流感应电机故障:转子偏心图图
23、 转子偏心典型频谱。转子偏心典型频谱。类似于定子偏心。类似于定子偏心。有时有时 可以看到边频可以看到边频;其它的边频都出现在其它的边频都出现在 2 x FLine。转子偏心症状:2 x 电网频率振幅大。在2x电网频率处可能出现边频，有时 1x rpm处也出现边频。建议的措施:（1）检查软脚或修理。（2）检查对中和修理。（3）在线电流分析和评价机器状态并确定严重性。（4）继续使用或购买新电机。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障交流感应电机故障:相间问题图图 1-相间短路或馈电电缆引起故障的频谱。相间短路或馈电电缆引起故障的频谱。图图 2 相间短路或馈电电缆引起故障的频谱相间短路或馈电电缆引起故障的频
24、谱引起相间短路的主要问题是阻断了电机电流的自由流动。这容易造成伤人、热损伤和电机灾难性失效。单相症状:2 x FLine振幅大(这可能是唯一的症状)。2 x Fline有边频，距离为1/3 FLine。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障电机结构电机结构绕组结构绕组结构建议措施:（1）在幅值上有突然急剧的增大时，应该检查测是否发生了短路。（2）（检查电动机分线盒内的线路连接。（3）在电机控制中心使用(绕组的)(高频)脉冲测试。这样可以查找到如导线、接点、绕组等任何发生故障的地方故障一旦找到，应该立即断开电机的接线，并分别测试导线和线圈，找出故障根源。（4）如果线圈没有故障，就要对电机进行在线电流分析
25、。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障交流感应电机故障:转子断条/转子裂纹图1 转子断条/转子裂纹的FFT图转子故障：应用振动分析的方法可以有效地对电力故障进行监测和诊断。转子断条、转子裂纹、连接点故障，如线与转子接点，以及线与线接点故障，它们都有唯一的故障特征，并且很容易识别。应用在线电流分析可以准确地确定状态和维持的时间。可以根据振动数据对故障进行初步的诊断，在故障早期阶段，不推荐把电机送到电机厂，在没有对电机进行不可靠性和潜在的破坏性实验前，他们是否有精密的仪器诊断故障值得怀疑。在铸造转子过程中，这些故障表现为铸件中的空穴。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障 图图3 3、绕组结构、绕组结构图图2
26、2、电机结构、电机结构转子断条/转子裂纹症状:1、在转频附近有Fpole边频带。2、故障严重时发出“嗡嗡叫”的响声和手接触“麻手”的感觉。3、显著的特征是边频带的数量和大小随转子的恶化增加和扩大。4、在1倍频的幅值并不是很重要它随着温度升高而波动，并导致转子的弯曲。1倍频只是产生的结果，并非起因。建议采取措施:（1）用在线电流分析来确定故障严重程度。（2）限制开启，因为这最容易对电机产生破坏。注释：对任一幅值的边频带的发展都要注意。这可能需要使用对数坐标。重申，不要把接近2 x Fline的转速谐波和电极 通过频率边频带混淆 他们在定义上不同，谐波在数量上与边频带不同，不要误认为是边频带。频谱
27、分析滚动轴承齿轮和电气故障交流感应电机故障:转子松动 图图1 在高频区（在高频区（3090 xRPM）产生）产生2x电网频率间距的边频频谱图电网频率间距的边频频谱图转子铜条松动-在转子铸造中极为少见。当松动的转子通过绕组槽（绕组槽）时，磁力使它瞬时上升然后又下降。频率是绕组槽数x RPM(绕组槽通过频率或 WSPF)。绕组槽的数目大约在25到100之间。不利的是其具体数目我们并不知道，而且很难知道。但有利的是我们知道振动一定伴随着一个精确的2 x Fiine边频带。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障转子松动症状:(1)在非常高的频率上有很高的幅值(WSPF,但不知道它是什么)并伴有2 x FLin
28、e 边频带。这种症状很常见，而且在低幅值时，如低于0.1 ips 或 2.5 mm/sec，经常表现为机器的不理想性。现实中，这种特征表现为潜在的绕组故障的可能性要大于转子松动故障(看下一页)。(2)在2x Fline，2 x WSPF甚至3 WSPF w 振动有边频带。这些特征都是不寻常的，可能预示着更严重的潜在故障。这些症状说明了下一个故障-绕组松动（首先要对两种故障明晰，然后再采取措施）。建议采取措施：(1)在线电流分析确定严重程度，如果转子完好，那可能就是潜在的绕组故障（下一页）。(2)要对绕组和转子进行全面的电力PDM测试。图图3、绕组结构、绕组结构图图2、电机结构、电机结构频谱分析
29、滚动轴承齿轮和电气故障电动机交流电感应故障:绕组与槽松动,绕组与铁芯松动,端匝连接松动图图 1 速度速度 FFT说明在高频范围内说明在高频范围内(30-90 xRPM)2x网频的峰值形式网频的峰值形式(边频带边频带)。这将伴随有图这将伴随有图2所示的症状所示的症状:图图 2 包络图说明包络图说明2x Fline峰值和谐波。峰值和谐波。这说明在冲击发生在这说明在冲击发生在 2x网频。网频。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障绕组与槽松动-振动分析可以发现这种故障，但不能判断它已失效，因为绕组故障一般发生在松动恶化之前。故障会导致绕组中绝缘层的磨损，最终导致短路（严重的故障）只有绕组检测仪（脉冲测试）才
30、能发现故障发展的趋势并评判问题的严重程度。故障通常能找到，但不应过于敏感。这种故障的特征，在速度/加速度频谱上，与转子松动的特征非常相似。而且在包络中（例如：gSE 频谱），在 2 x FLine 和谐波中会发现有很高的幅值。转子每经过一次松动绕组，幅值就会上升然后下降。振动频率是转子条数x RPM(转子条通过频率=RBPF)。与WSPF相似，它周围也有2 x Fiine边频带。与绕组槽一样，我们不知道转子铜条的数目，但它并不重要-被2 x Fiine分割的波峰的形式才是我们所需要的。绕组松动的症状:在很高的频率有高的幅值（RBPF，但我们不知道它是什么），并在2 x FLine伴有边频带。这
31、很平常并不能说明什么。实例中，它趋向于潜在的绕组故障的可能性要大于转子松动（看下一页）。在包络谱上，幅值的峰值是在 2 x FLine 和谐波上。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障 图3-电机结构 推荐措施:绕组的高频脉冲检测仪检测绝缘，检测线间，匝间和相间短路，以及和基础墙面之间的绝缘。图4-绕组结构频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障交流变频驱动变频驱动-VFDs-变频驱动的是（AC)交流电机，操作者可以控制它的转速，相比之下，直流（DC）驱动的花费就少很多，而且维修和发现并修理故障的难度要小很多。交流电机，如一台交流感应电机，它可以产生所有其它类电机产生的频率，这是有利的，不利是变频驱动是振动分析
32、中最难的。例如，测到的交流感应电机和直流电机的振动频率不变-只有一两改变并且是很容易识别的。对于变频驱动，速度是通过改变电源频率加以控制的。换句话说，一台通常工作在3550 rpm的电机可以通过降低网频，从60Hz降到30Hz，降到1775 rpm。多半情况下我们不知道供给电机的准确频率,这也是问题的所在。由于频率的不确定，会出现下面一些问题：2 x Fline 不知道。这使得确定气隙和软地脚问题更加困难。差频不知道。这使得确定转子故障更加困难。发生在2 x FLine 的边频带不知道。这不仅使转子松动故障或绕组故障更加难判断，而且更增加了混淆电故障和轴承故障的可能性。对变频驱动的故障，尤其是
33、轴承缺陷要特别细心。在采集的数据上，速度值要与采集时间尽量精确对应，分析人员要对机器正常工作状态下的特征有较全面的掌握，这对于分析解决故障非常重要。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障直流驱动图图1-1-直流驱动的正常频谱直流驱动的正常频谱直流驱动 驱动自己工作产生一定的电流频率。直流是电流沿一个方向流动（与交变电流对应，交变电流每秒钟变换方向60次）。但是，直流驱动是从交流电源获得能量。由于交流电是一个正弦曲线，驱动要切断正弦波的底部（“负”的部分），这样就可获得不变的“正”电压。这种过程是通过使用一个（SCR-硅控整流器）可控硅来实现的。然而，使用一个单个的可控硅，由于“负”峰已被切断，会导致在
34、“正”峰后有一段时间没有电流。这是我们不能接受的，因为这样就需要补充脉冲电流。解决的办法就是使用3个可控硅，并且进入每个可控硅的交流电信号顺次有120的相位滞后。下面的模拟会显示如何产生一个更稳定持久的电能。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障这种驱动形式称为“半波整流”。从动画中可以看到Fline提供驱动。如果驱动工作正常，我们将看到3x Fline频率。在DC电机中，3x Fline是正常的振动频率。这一频率称为可控硅启动频率，或FSCR。FSCR允许的幅值在0。1 ips(2。5 mm/sec)以下。在2x FSCR 处也可能有一个小的峰值。还有另一种驱动形式，称为“全波整流”，它使用了6个A
35、C 信号。工作过程如下：FSCR在全波整流驱动上是6x Fline。可以看出，全波整流驱动比半波整流驱动更能提供好的控制和更持久稳定的电压。频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障直流驱动问题图图 2 半波整流速度频谱半波整流速度频谱-驱动故障驱动故障图图 1 全波整流速度频谱全波整流速度频谱-驱动故障驱动故障频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障故障故障直流驱动故障症状:在FLine 和/或 FSCR处，有过多的（或增长的）幅值。这些都表明有电流谐振故障，基础问题，绕组故障等等。其它Fline谐波峰值-2x,3x,4x,5x。除半波整流外（其中3x Fline是其可控硅的启动频率），这些峰值都不应该出现。例如
36、，分析下面的全波整流信号，设想有一个坏的可控硅，你将看到一个在5 x Fiine处的峰值（而不是6x），而且在1 x Fiine处峰值也有所增加。一个坏的击发卡（firing card）,它可以控制一个可控硅（半波）或两个可控硅（整波），可使能量损失1/3。这样就会产生1/3 x FSCR 和 2/3 x FSCR处的峰值。准确的频率取决于驱动形式，是全波整流还是半波整流，以及电网供电情况。图3 直流电机频谱-转速波动频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障FSCR 附近的边频带。这些边频带很典型地说明电机速度在波动或振荡。这可能是由comparitor 卡故障导致的。可能需要高分辨率谱（至少1600线
37、，可能3200甚至6400线-取决于电机速度）来观察这些边频带。用一个散光灯可以很容易地观测到振荡。只要产生了不正常的症状，就要对驱动本身做彻底的检查。那些明确的症状可以为我们提供检查的线索。直流驱动的典型故障在振动频谱上表现为在Fline和FSCR之间的多倍Fline幅值峰。在全波整流中，它包括2 x FLine,3 x FLine,4 x FLine and 5 x Fiine。在半波整流中，只有2 x FLine。在每一种情况下，通常在1 x FLine 和FSCR处都有高的幅值。对于振动测试分析人员来说，要么自身对机器有很全面的掌握，要么电机工程师一起工作。（SCRs 的型号、启动的型
38、号、控制板以及如何调试系统等等。）图图4-4-半波整流半波整流图图5-5-全波整流全波整流频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障齿轮齿轮和齿轮传动 由于其它机械的影响，在正常情况下齿轮也会产生振动。产生的最常见的频率是齿数x RPM。称为“齿轮啮合频率”（GMF=齿轮啮合频率)。由于齿轮是在轴转速下转动的，通常会在1x rpm 下有振动调制。为了更好地理解“调幅”（振幅调制）的概念，让我们来检验一些产生的信号以及FFT如何把信号转换为频谱的。下面的信号是一个单纯的正弦运动-这种信号你只能在课堂的黑板上见到-现实中非常非常少见。实际中只有两种故障能产生这种信号-不平衡和共振。这种信号的FFT如图所示-在
39、频谱图的605 cpm 有一单峰。每个周期为100 msec（0.1秒），相当于每秒10个周期（10Hz）或600 cpm。图图1 1 时间为时间为360 msec(0.360 360 msec(0.360 秒秒)频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障如下信号也能代表正弦运动，但频率很高-22x 这个频率以上 或 13,200 cpm。此时样本保持相等-360 msec。这可能是由于22齿轮安装在转速为 600 rpm的转轴上(正如图1 和图 2的转频 多么一致!)。当然,下面的信号在1x rpm根本没有影响(继续往下看)。图图 3-360 msec(0.360 s)的时域图的时域图图图 4 图图3中
40、信号的的中信号的的FFT频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障齿轮如果将两个信号合并会发生什么呢？我们得到了一个高频乘以一个低频（我们称将高频加载在低频上）。换句话说，高频振动骑在低频上，就好象过山车一样。这里没有幅值的“调制”。换句话说，在任何一处从波峰到波谷的幅值都是一样的。对于低频同样适用-幅值保持不变。FFT会产生两个峰-一个是高频峰，另一个是低频峰。下面看一下带有“调幅”的情况。有两个配对齿轮，一个是偏心的。当偏心轮与配对齿轮转动到达最低点时，在GMF 处的振动会很大。在图3中，发生在大约100 msec,200 msec 和300 msec处。在转动相对的点上，齿从另一最大啮合量逐渐减少，
41、并且在GMF处的幅值为最小（在本例中，我们忽略了如齿轮载荷、齿隙等问题）在图3中，它发生在大约 50 msec,150 msec and 250 msec处。在齿轮mesh频率处发生了幅值调制。而且，轴每转动一周-1x rpm，幅值也随之从最小值增到最大值再回到最小值。在1x rpm 中，FFT从这个信号中产生一个在GMF处具有边频带的峰。这种调制是边频带产生的原因-它们是由于FFT过程所产生的。频谱的形式如下：（在齿轮链上）对一个齿轮传动进行一些调幅是平常的，不应产生过激反应。边频带的数量和尺度应细心地监测。最重要的是监测齿轮或齿轮组的固有频率幅值的发展变化。由于后冲所产生的磨损或磨碰等问题
42、都会激发齿轮的固有频率。问题是我们不知道哪个是固有频率。一定要注意和研究频谱的外观频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障齿轮故障 正常的齿轮频谱常见的齿轮驱动症状:在1,2 和/或 3x GMF有振幅峰值。有故障的齿轮在1x rpm 处有峰值，1,2 和/或 3x GMF 的振幅小，很少有边频。图图1-“1-“正常正常”频谱频谱频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障齿轮故障:齿轮偏心/齿轮轴弯曲齿轮偏心或轴弯曲会导致GMF幅值在偏心齿轮的1x rpm调制。如果故障很严重的话，也会导致齿轮轴转速的调制。如果输出齿轮偏心，那么齿轮的1x rpm峰值会较高，而且边频带在此会断开。偏心齿轮或曲轴齿轮症状：在1,2 和
43、/或 3x GMF有较高的幅值。故障齿轮的1x rpm处有1,2 和/或 3x GMF附近的高幅值边频带。在故障齿轮的1x rpm处有较高的幅值，如果故障严重，会伴有那个频率的工作转速谐波。推荐措施:检查齿轮磨损情况以及齿轮啮合深度是否合适。检查齿轮的齿隙是否超标（类似的症状-看下一页）。图1、偏心齿轮或曲轴齿轮的典型频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障齿轮故障:齿隙超标齿隙超标-会导致GMF和谐波的高幅值。而且撞击会击发齿轮（组）的固有频率。这会导致无法解释的频率的出现-它们可能是齿轮（组）的共振频率。齿轮组的载荷越小，齿隙超标越严重。齿隙超标症状：在1,2 和/或 3x GMF有较高的幅值。一个
44、齿轮组或两个啮合的齿轮组，在1x rpm的1,2 和/或 3x GMF附近有高幅值边频带。在齿轮（组）的共振频率有幅值峰。在共振频率附近1x rpm的边频带。推荐措施:检查齿轮组齿隙是否超标。检查齿轮磨损情况以及齿轮啮合深度是否合适。(类似的症状-看上一页)。图图1-1-齿隙超标的典型齿隙超标的典型频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障齿轮故障:齿轮磨损（齿磨损）齿轮磨损-会导致在GMF和谐波处的高幅值。而且摩擦/磨损会激发齿轮（组）的固有频率。这样会产生我们无法解释的频率-它们可能是齿轮（组）的共振频率。最主要的的理由就是在于不仅在GMF和谐波处出现了幅值（这些都与载荷和对中问题有关），而且出现了齿
45、轮的共振频率-边频带，以及1,2 和/或 3x GMF周围的边频带的大小和数量。齿轮磨损症状：在1,2 和/或 3x GMF处有较高的幅值。在磨损齿轮的1x rpm 时，1,2 和/或 3x GMF 周围有高幅值边频带。在齿轮（组）的共振频率处有幅值峰。在磨损齿轮的1x rpm时，共振频率周围有边频带。推荐措施:检查齿轮磨损情况以及齿轮啮合深度是否合适。检查齿轮的后冲是否超标（类似的症状-看下一页）。图图1 1、齿轮齿磨损的典型、齿轮齿磨损的典型频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障齿轮故障:齿轮载荷齿轮载荷-对GMF和谐波的影响要大于对工作转速边频带（它的幅值低而且数量少）的影响。GMF和谐波单独的
46、增加和减少（边频带没有显著变化）不足以说明发生故障。即使载荷相当稳定，承载齿轮也是在不断的变化的，所以采集的数据也是在好、坏齿轮之间不断的变化的。载荷通常也是变化的，而且对频谱幅值的影响巨大，但并不表示有任何故障。齿轮载荷症状：在1,2 和/或 3x GMF 处有较高的幅值。推荐措施:除非边频带活动增加或出现了可能的齿轮共振频率，否则不用检测。图图1 1、齿轮载荷故障的典型、齿轮载荷故障的典型FFTFFT频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障齿轮故障:齿轮不对中齿轮不对中-会使齿轮自转更加困难，因为它们必须克服齿轮齿不对中带来的阻力。不对中会导致转动的瞬间减速。FFT的显示是齿轮组2x 转速和2x G
47、MF有幅值峰。每一种症状-尤其是2x GMF都可能表示一个齿轮不对中故障（它可能是由于联轴节对中不良引起，也可能是由于外部因素引起，如软脚）。齿轮不对中症状：在2x GMF 处有最高幅值。在其它GMF谐波处-1x,3x,等等，有幅值峰。在1x 或甚至 2x rpm时，特别是在 2x GMF 附近有高幅值边频带。有轴工作转速谐波-2x 和 甚至 3x rpm。推荐措施:检查是否有由于齿轮不对中而使齿轮磨损不均衡。检查是否有外部原因-轴不对中，软地脚等等。图图1 1、齿轮不对中的典型、齿轮不对中的典型FFTFFT频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障齿轮故障:从动齿频率从动齿频率(FHT)-它是由两个齿轮
48、上的两个齿啮合产生的-他们在特定的频率下损伤接触。换句话说，在这些齿轮的正常转动一周的过程中，这两个齿都会同时进入啮合区并相互接触一次。可以想象这个频率相对较低-要比任何一个齿轮的的rpm 低。它是由每个齿轮的齿的数目决定的。下面用一个例子说明：一个 2000 rpm，24齿的齿轮带动一个84齿的齿轮，则输出转速2000 x 24/84=571.4 rpm。要计算从动齿频率，首先要确定每个齿轮的公因数（CF)。简单的列出每一齿数所有可能的乘积并比较：24 齿齿轮 1 x 24 2 x 12 3 x 8 4 x 684 齿齿轮1 x 84 2 x 42 3 x 28 4 x 21 6 x 14
49、7 x 12从动齿症状的典型从动齿症状的典型FFTFFT频谱分析滚动轴承齿轮和电气故障什么是公因数？在每一栏中出现的数：1,2,3,4,6 和 12。我们要找的是最大公因数，在此例中是12。要是在小齿轮中有23个齿有会怎样呢？由于只有1x23 等于23，所以除非另一齿轮的齿数是23的整倍数（23，46，69，92等等），公因数只有1。下一步应用公式：从动齿频率=（齿轮啮合频率x 公因数）/（小齿轮齿数x 大齿轮齿数）在此例中，等于(48000 x 12)/(24 x 84)=285.7 cpm。即每分钟285.7 次，坏齿（每个齿轮上一个）一起啮合并产生非常高的振动脉冲。看起来很高，但通常公因
50、数不会高到12一般为1。注意：最高公因数越低，（FHT）从动齿频率越低。如果小齿轮有23齿，而不是例中的24齿，（CF）公因数将是1而从动齿频率将是24.84 cpm。注意：一定要坚决找到这些频率-不要孤立地看待FHT，要把它和相同的频谱联系起来来研究1,2&3x GMF。从动齿频率症状:在1 x FHT 和 可能 2 x FHT处有峰值。在（每个轴）1x rpm 附近有FHT边频带。在1x GMF 和 谐波附近有FHT边频带。从齿轮箱或驱动器会传出脉冲，怒吼声 注意:（频谱分辨率）频谱结果将确定上述那一种症状会在频谱中见到。在以上例子中，观察 1x GMF(48,000 cpm)附近FHT(
