机械故障诊断技术10设备状态调整.ppt

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1、第十章 设备状态调整设备故障诊断最终目的是使设备的各项性能指标保持完好，保障生产的连续性、高效性。因此工业现场的设备故障诊断人员往往还承担着指导维修，恢复设备的应有性能的任务。对于设备状态的调整，其指导原则，应达标准等，是本章的学习任务。本章分别讲述了滑动轴承、滚动轴承、齿轮、联轴节的安装、调整工艺和技术标准；转子的现场动平衡技术。101 滑动轴承的间隙与测量调整滑动轴承是仅发生滑动摩擦的轴承，它又有动压滑动轴承和静压滑动轴承之分。这两种滑动轴承的主要共同点是：轴颈与轴瓦工作表面都被润滑油膜隔开，形成液体润滑轴承，它具有吸振能力，运转平稳、无噪声，故能承受较大的冲击载荷；它们的主要不同点在于动

2、压滑动轴承的润滑油膜形成必须在轴颈转动中才能形成，而静压滑动轴承是靠外部供给压力油强迫两相对滑动面分开，以建立承压油膜，实现液体润滑的一种滑动轴承。下面只介绍动压滑动轴承。1半液体润滑滑动轴承这种轴承的轴颈与轴承的工作表面并没有被润滑油完全隔开，只是由于工作表面对润滑油的吸附作用而形成一层极薄的油膜。它使轴颈与轴瓦表面有一部分直接接触，另一部分则被油膜隔开而不能直接接触，称为不完全液体润滑轴承。常用于低速、轻载、间歇工作的场合。2液体润滑滑动轴承这种轴承在工作时，当轴颈转速达到一定程度，轴颈与轴承之间，被一层润滑油膜完全隔开，使两相对滑动表面不能直接接触。滑动摩擦变为润滑油层间的液体摩擦。这样

3、增加了轴承的承载能力，延长了轴承的使用寿命。图101 液体动压滑动轴承的工作原理a)静止时 b)一定转速下形成的单油楔轴承10.1.1 滑动轴承工作原理轴颈在轴承中形成完全液体润滑的工作原理是这样的：轴在静止时，由于轴本身重力F的作用而处于最低位置：此时润滑油被轴颈挤出，在轴颈和轴承的侧面间形成楔形的间隙(如图101a所示)。当轴颈转动时，液体在流动摩擦力的作用下，被带入轴和孔所形成的楔形间隙处。由于楔形间隙面积逐渐减小，油的分子受到挤压和本身的动能，使此处压力逐渐升高，对轴产生一定的压力P(图101b)，图中不同长度的箭头表示轴瓦上各相位承受压力p的大小，这些不同大小的p力构成一个假想的曲线

4、称作油楔，它可以描绘轴承内产生的液体动压力分布情况。在油楔压力作用下，会将轴抬起而形成厚度为H的油膜。实质上油膜厚度H在轴瓦上各相位是不同的：靠近轴颈上方为H最大，靠近下方为H最小，使轴颈中心与轴承中心偏离一个距离，称为偏心距。当轴达到一定转速时，轴颈与轴承表面完全被油膜隔开，这就形成了完全液体动力润滑的单油楔轴承。由于这类轴承在转动中才能形成油膜，所以称为液体动压滑动轴承。形成液体润滑必须具备的条件(1)轴颈与轴承配合应有一定的间隙0.003d)。(2)轴颈应保持一定的线速度，以建立足够的油楔压力。(3)轴颈、轴承应有精确的几何形状和较光滑的表面粗糙 度。(4)多支承的轴承，应保持较高的同轴

5、度要求。(5)应保持轴承内有充足的具有适当粘度的润滑油。10.1.2 滑动轴承衬的材料(1)灰铸铁在低速、轻载和无冲击载荷的情况下，可用HT200作轴承衬。(2)铜基轴承合金 主要成分是铜，常用的有铸造锡青铜ZCuSnlOZn2和铸造黄铜ZCuZn25A16Fe3Mn3。铸造锡青铜是一种很好的减摩材料，机械强度也较高，适用于中速、重载、高温及有冲击条件下工作的轴承。铸造黄铜有良好的抗胶合性，但强度较铸造锡青铜低。(3)含油轴承采用青铜、铸铁粉末，加以适量的石墨粉压制成型后，经高温烧结形成多孔性材料，在120时浸透润滑油，冷至常温，油就贮在轴承孔隙中。当轴颈在轴承中旋转时，产生抽吸作用和摩擦热，

6、油就膨胀而挤入摩擦表面进行润滑，轴停止运转后，油也因冷却而缩回轴承孔隙中去。(4)塑料轴承除了以布为基体的塑料轴承外，我国还制成了多种尼龙轴承衬，如尼龙6、尼龙1010等，已应用于机床、汽车等机械中。塑料轴承具有跑合性好、磨损后的屑粒较软不伤轴颈、抗腐蚀性好、可用水或其它液体润滑等优点，但导热性差，吸水后会膨胀。(5)巴氏合金它是锡、铅、铜、锑等的合金，它是常用的轴承合金之一。具有良好的减摩性和耐磨性，但熔点和强度较低，不能单独做轴瓦，通常将它浇铸在青铜、铸铁、钢材等基体上使用。常用于重载、高速和温度低于110 的重要轴承，如汽轮机、大型电机、内燃机和高速机床等主轴的轴承。10.1.3 滑动轴

7、承的装配一轴瓦的清洗与检查首先核对轴承的型号，然后用煤油或清洗剂清洗干净。轴瓦质量的检查可用小铜锤沿轴瓦表面轻轻地敲打，根据响声判断轴瓦有无裂纹、砂眼及孔洞等缺陷，如有缺陷应采取补救措施。二轴承座的固定轴承座通常用螺栓固定在机体上。安装轴承座时，应先把轴瓦装在轴承座上，再按轴瓦的中心进行调整。同一传动轴上的所有轴承的中心应在同一轴线上。同轴度包括垂直与水平两个方向。装配时可用拉线的方法进行找正，如图102所示。之后用涂色法检查轴颈与轴瓦表面的接触情况，应使所有轴瓦的两端都与轴颈相接触，即找正，符合初装要求后，将轴承座牢固地固定在机体或基础上。图102 拉线法检测轴承座的同轴度1 钢线 2 内径

8、千分尺图103 轴瓦直径过大1 轴瓦 2 轴承座图104 轴瓦直径过小1 轴瓦 2 轴承座三轴瓦与轴承座的装配为将轴上的载荷均匀地传给轴承座，轴瓦与轴承座有适当的配合，一般采用较小的过盈配合，过盈量为。要求轴瓦背与轴承座内孔应有良好的接触，配合紧密。下轴瓦与轴承座的接触面积不得小于60，上轴瓦与轴承盖的接触面积不得小于50。这就要进行刮研，刮研的顺序是先下瓦后上瓦。刮研轴瓦背时，以轴承座内孔为基准进行修配，直至达到规定要求为止。另外，要刮研轴瓦及轴承座的剖分面。轴瓦剖分面应高于轴承座剖分面，以便轴承座拧紧后，轴瓦与轴承座具有过盈配合性质。上下两轴瓦扣合，其接触面应严密，轴瓦的直径不得过大，否则

9、轴瓦与轴承座间就会出现“夹帮”现象如图103所示。轴瓦的直径也不得过小，否则在设备运转时，轴瓦在轴承座内会产生颤动如图104所示。四轴瓦与轴颈的刮研用涂色法检查轴颈与下轴瓦的接触，应注意将轴上的所有零件都装上。首先在轴颈上涂一层红铅油，然后使轴在轴瓦内正、反方向各转一周，在轴瓦面较高的地方则会呈现出色斑，用刮刀刮去色斑。刮研时，每刮一遍应改变一次刮研方向，继续刮研数次，使色斑分布均匀，直到符合要求为止。刮研分为二步，首先要达到接触面积均匀地分布在轴瓦的全长，然后再使接触点分布均匀。刮研轴瓦时，必须注意两个问题：轴瓦与轴颈间的接触角和接触点。轴瓦与轴颈之间的接触表面所对的圆心角称为接触角，此角度

10、过大，不利润滑油膜的形成，影响润滑效果，使轴瓦磨损加快；若此角度过小，会增加轴瓦的压力，也会加剧轴瓦的磨损。一般接触角取为6090。高速轴取小，低速轴取大；轻载取小，重载取大。轴瓦和轴颈之间的接触点与机器的特点有关：低速及间歇运行的机器 1点cm2 中等负荷及连续运转的机器 23点cm2 重负荷及高速运转的机器 34点cm210.1.4 间隙的检测与调整滑动轴承最理想的情况是在液体摩擦的条件下工作。因为此时轴承的工作表面间为润滑油层所隔开，使轴与轴承的工作表面几乎没有磨损，因此，理想的工作期限应该是十分长久的。但是，由于机器在工作过程中，经常需要停止和启动，使速度发生变化。此外机器在工作过程中

11、还会发生振动和载荷变动的情况，这些都将破坏液体摩擦条件而引起磨损。滑动轴承因磨损而不能正常工作，一般表现为两种基本形式：一种是轴与轴承配合间隙的增加，另一种是轴承的几何形状发生变化。这两种情况是同时发生的。一间隙的作用及确定轴颈与轴瓦的配合间隙有两种，一种是径向间隙，一种是轴向间隙。径向间隙包括顶间隙和侧间隙。如图105所示。顶间隙为na，侧间隙为b，轴向间隙为S。图105 滑动轴承的间隙顶、侧间隙的选择顶间隙的主要作用是保持液体摩擦，以利于形成油膜。侧间隙的主要作用是为了积聚和冷却润滑油。在侧间隙处开油沟或冷却带，又称“开瓦口”或“开帮”，可增加油的冷却效果，并保证连续地将润滑油吸到轴承的受

12、载部分，但油沟不可开通，否则运转时将会漏油。顶间隙可由计算决定，也可按经验决定。对于采用润滑油润滑的轴承，顶间隙为轴颈直径的DD；对于采用润滑脂润滑的轴承，顶间隙为轴颈直径的DD。如果负荷作用在上轴瓦时，上述顶间隙值应减小。侧间隙两侧应相等，单侧间隙应为顶间隙的b=12a23a。轴向间隙的作用是轴在温度变化时有自由伸长的余地。S=S1S2=LT0.2 mm二间隙的测量与调整1压铅测量法 压铅法测量较为精确，测量时先将轴承盖打开，用直径为顶间隙2倍、长度为1540mm的软铅丝或软铅条，分别放在轴颈上和轴瓦的剖分面上。如图107所示，因轴颈表面光滑，为了防止滑落，可用润滑脂粘住。然后放上轴承盖，对

13、称而均匀地拧紧连接螺栓，再用塞尺检查轴瓦剖分面间的间隙是否均匀相等。最后打开轴承盖，用千分尺测量被压扁的软铅丝的厚度。其顶间隙的平均值按下列公式计算：图107 压铅测量轴承顶间隙102 滚动轴承的间隙与测量调整滚动轴承由外圈、内圈、滚动体、保持架四部分组成。工作时滚动体在内、外圈的滚道上滚动，形成滚动摩擦。它具有阻力小、效率高、轴向尺寸小、装拆方便等优点，是机械设备中最常见；也是最重要的零件。1021 滚动轴承的分类还有其它分类，请见教材。滚动轴承的分类1按轴承所能承受的负荷方向或公称接触角分类2按轴承的滚动体种类分类(1)向 心 轴 承(主要承受径向负荷045)(2)推 力 轴 承(主要承受

14、轴向负荷4590)(3)组合轴承1）径向接触轴承（=0的向心轴承）2）角接触向心轴承（045）1）轴向接触轴承（=90的向心轴承）2）角接触推力轴承（45a3，原有径向位移量e=（a1a 3)2，两半联轴节的全部位移量为e+y。为了使两半联轴节同心，应在轴的支点l和支点2下面同时增加厚度为e+v的垫片。由此可见，为了使轴I、轴两半联轴节既平行又同心，则必须在轴支点1下面加厚度为ey的垫片，在支点2下面加厚度为xey的垫片，如图1032（c）所示。1043联轴节激光对中法（1）图1033所示为一对需要对中的设备示意图。在A轴和B轴上分别安装能同时发送和接收激光束的测量器，并通过信号线与仪器主机相

15、连。激光束分别从装在A、B轴上的两只测量器发出，并被对方所接收。当光束落在接收器的光电点阵CCD采集面上时，便形成一个很小的照射区域，仪器主机经过计算，确定出该照射区域的能量中心点。随着轴的转动，各自光束的能量中心点也分别在对方接收器的CCD采集面上移动。仪器根据位移量即可计算出被测设备的轴偏差和角偏差。图1033 激光对中示意图图1034 激光对中过程简化示意图1043联轴节激光对中法（2）激光对中仪是通过分别测量两个正交平面内实际偏差的分量，并分别纠正其分量偏差来调整对中设备的。现将激光对中仪的工作过程简化，如图1034所示，并研究其中一个平面内的偏差分量。图1033中，A和B分别为两个被

16、测轴的轴心线，S为测得的两只测量器之间的距离，为两轴连接端面处的轴偏差（通常位于两测量器间的中点），为两轴间的角偏差。两轴经过180的翻转，轴上的测量器便从两轴的上半部分别移至下半部，此时，激光束分别在对方接收器的CCD采集面上发生位移，设位移的径向分量分别为A和B。，可知角偏差与径向位移分量的关系为 tan=(A+B)2S 假设B轴作平移，使两轴在中点处重合，则A和B将分别变为A2和B+2cos。根据对称原理，可知轴偏差与径向位移分量的关系为A2=B+2cos从以上分析可知，激光对中仪的测量值仅与对方接收器CCD采集面上光束能量中心位移的径向分量有关。从上式可知，角偏差的任何微小变化均可从A

17、+B的变化中检测出来，而使用千分表是无法做到这一点的。上式还表明，当角偏差很小时，cos=1，=(A+B)4，测量的精确性相当高。激光对中法的优点（1）由于激光消除了钢尺下垂的缺点，所以精确度很高，可达1m；（2）测量结果无需手工绘图并计算校准误差，这一切工 作都可以自动完成，操作中能够显示每时每刻的测 量值，比如即时反映旋紧螺栓过程中的变化情况；（3）带永久储存功能，可事后将所有测量结果打印输出 或传送到计算机作进一步处理；（4）最大的优点是使对中过程简单化，只需5步工作，即 可完成对中；（5）直接给出地脚的移动尺寸，现场移动时对中数据实 时显示，移动的方向正确与否容易直观判断；（6）大多数

18、激光对中仪不仅可水平对中，还可进行垂直 对中。105 转子现场动平衡技术转子的不平衡是旋转机械主要的激振源，也是许多种自激振动的触发因素。不平衡会引起转子的挠曲和内应力，使机器产生振动和噪声，加速轴承、轴封等零件的磨耗，降低机器的工作效率，严重时甚至会引起各种事故。此外，振动还会通过轴承、机座等传到基础和建筑物，恶化附近的工作环境。为了改善其工作状况，转子（小至钟表摆轮、回转仪转子，大至汽轮发电机转子、巨轮的螺旋浆）在制造、安装调试或修理时，常要进行平衡。平衡是旋转机械在制造、调试及维修过程中的一个工艺过程，它是通过改变转子质量分布的办法，即在转子上适当的地方，加上（或减去）一些质量(称为校正

19、质量或配重)，从总体上尽可能地减小转子的不平衡。平衡的具体目标是减少转子挠曲、减少机器振动以及减少轴承动反力。这三个目标有时是一致的，有时是有矛盾的，但是它们必须统一于平衡的最终目标保证机器平稳地、安全可靠地运行。1051 静不平衡与动不平衡不平衡可分为静不平衡、偶不平衡和动不平衡。任何固体正常旋转时都是以其主惯性轴为旋转轴的，而且主惯性轴通过它的重心。转子处于平衡状态时，其旋转轴应该与其主惯性轴重合。任何不平衡因素都会改变转子的质量分布，并导致主惯性轴位置的变化。图1035静不平衡1静不平衡 不平衡位于转子的中部，在这种情况下，只要在不平衡量沿径向的反方向上加一个配重就可以消除不平衡，如图1

20、035所示，转子上部圆点代表不平衡量，下部的圆点代表加的配重。注意静不平衡的主惯性轴平行于旋转轴。图1036 偶不平衡2偶不平衡如图1036所示，m1=m2，转子的重心是在旋转轴上，但主惯性轴和旋转轴不重合，因而至少要放置两块配重才能达到平衡的目的，如图中与m1和m2所对应画圈的地方。3动不平衡动不平衡是以上两种不平衡的综合，m1m2，转子的重心不在旋转轴上，而且主惯性轴与旋转轴也不平行。对于这类平衡至少需要两个配重。1052 刚性转子与柔性转子、静平衡与动平衡如果转子的工作转速远低于其一阶临界转速（注：一阶临界转速指的是转动的频率=轴系的一阶自振频率，当转频达到这一条件，轴系发生共振），此时

21、不平衡离心力较小，而且转轴的刚度较大。因而不平衡力引起的转子挠曲变形很小（相对转子偏心量），可以忽略。这种转子称为刚性转子。反之，不平衡力引起的挠曲变形不能忽略（挠曲使得偏心量加大）的转子称为柔性转子。刚性转子：工作转速低于倍的一阶临界转速的转子。即e。柔性转子：工作转速高于倍的一阶临界转速的转子。即e。柔性转子与刚性转子的动力学特性有很大的不同，因而它们的平衡方法差异也很大。1转子做静平衡的条件在GB92391988平衡标准中，对刚性转子做静平衡的条件定义为：如果盘状转子的支撑间距足够大并且旋转时盘状部位的轴向跳动很小，从而可忽略偶不平衡(动平衡)，这时可用一个校正面校正不平衡即单面(静)平

22、衡。只做静平衡的转子条件如下：（Db转子直径D与两校正面之间的距离b之比）（1）对单级泵、两级泵的转子，凡工作转速小于1800rpm时，不论是Db6或Db6，只做静平衡即可。但是如果要求做动平衡时，必须要保证Db6，否则只能做静平衡。（2）对单级泵、两级泵的转子，凡工作转速高于1800rpm时，如果Db6，则只做静平衡即可。但平衡后的剩余不平衡量要不大于许用不平衡量的12。如果要求做动平衡，要看两个校正面的平衡是否能在平衡机上分离开，如果分离不开，则只能做静平衡。（3）对一些开式叶轮等转子，如果不能实现两端支撑，则只做静平衡即可。因为两端不能支撑，势必进行悬臂，这样在平衡机上做动平衡很危险，只

23、能在平衡架上进行单面(静)平衡。2转子做动平衡的条件在GB9239标准中规定：“凡刚性转子如果不能满足做静平衡的盘状转子的条件，则需要在两个平面来平衡，即动平衡。”只做静平衡的转子条件如下（平衡静度级为最高精度，一般情况下泵叶轮的动平衡静度选择级或）。（1）对单级泵、两级泵的转子，凡工作转速高于1800rpm时，只要Db6时，应做动平衡。（2）对多级泵和组合转子(3级或3级以上)，不论工作转速多少，应做组合转子的动平衡。1053 刚性转子的静平衡方法 对于刚性转子，不平衡离心力引起的转子挠曲可以忽略，因此可以用刚体力学的办法来处理其平衡问题。这时，平衡转速一般选得远低于第一临界转速，故又称为低

24、速平衡。图1037中静不平衡的转子，其平衡方法十分简单。圆盘面即为校正平面。把转子放在水平的两条平行导轨上或滚轮架上（图1037）任其自由滚动，质心c总是趋于支点的下方。经过几次加重(或减重)的屡试后，转子的不平衡量就能减小到许可的程度。此时转子在导轨上近似处于随遇平衡状态。平衡精度取决于转子与导轨或滚轮之间的滚动摩擦。转子不需运转，就能进行平衡，故称为静平衡。图1037 静平衡方法1054 刚性转子的动平衡方法刚性转子的现场动平衡方法主要有两种：1.三圆幅值法；2.影响系数法。三圆幅值法的优势在于不要求对相位角的精确测量，但只能作单面动平衡。影响系数法主要用于双面动平衡，也可用于单面动平衡，

25、这个方法严重依赖相位角的精确测量。在广泛使用数字式测量仪器的现在，精确测量已经不是障碍，但仍然在现场实际操作中应给予相当的重视。现场动平衡的测量仪表布置现场动平衡的测量仪表布置见图1038，其中零相位点的测量，可以用光电转速仪+反射片，也可用超高频接近开关（200Hz或以上）或磁电式转速计（涡流传感器）+代表0相位点的凸台或凹坑。振动测量仪 相位测量仪转子测振传感器测振传感器相位测量传感器图1038 现场动平衡的仪表布置所以在找动平衡前，还要做好下列准备：1作动平衡前，一定要做好联轴节的对中，将不对中的影 响减少到最小。因为联轴节不对中，会给找动平衡带来 极大的干扰，甚至造成找动平衡失败。2如

26、果采用影响系数法找动平衡，A/D采样频率120 转子转频（转/秒）。即每转采120点以上，这样控制相 位误差3。一三圆幅值法 步骤如下：（1）将待平衡的刚性转子配重槽圆周三等分，等分点用A、B和C表示，圆心用O表示，夹角都为120。（2）加试重，取试重p(g)。（3）将试重分别放在A、B和C三点上，三次开机运转测得振幅分别为：A点的振幅：A1(m)；B点的振幅：A2(m)；C点的振幅：A3(m)。ABC120图1039 原振矢基础圆（4）用相同的比例，作振动向量图。第一步：以初始机器运转时的振幅A0为半径画圆。第二步：在A0圆上等分三点，夹角为120，编号也用A、B和C来表示，如（图1039）

27、所示。第三步：以A为圆心，以A1为半径画圆。第四步：以B为圆心，以A2为半径画圆。第五步：以C为圆心，以A3为半径画圆。在图1040中，圆A1和圆A2交于a点，圆A1和圆A3交于b点，圆A2与圆A3交于c点。第六步：连接abc三点，并作abc的外接圆；圆心为O1，如图1041所示。第七步：连接圆心O O1。第八步：测量OB和O O1的夹角，用W来表示。ABCabc转动方向ABCabc转动方向OO1图1040 三圆相交图1041 作abc的外接圆（5）平衡质量的计算和平衡位置的确定。平衡质量：（g）平衡位置：在刚性转子上，从B点向A点移动角度W。二影响系数法A 双面平衡法（1）1)在转子两端选择

28、测点A、B，测得原始振动矢量A0A0，B0B0（A0，B0，A0，B0）2)取两个校正平面、，加重半径分别为R1、R23)先在平面加试重Q1（相对相位标记的方位角，顺转向为Q1），测得A、B点振动矢量A1A1、B1B1。矢量A1A0A1A0、B1B0B1B0为Q1的 效果矢量。作矢量图如图1042所示。方位角为零的单位试重的效果矢量称为影响系数1、1A1A0A0A1B1B0B0B1图1042平面配重的效果矢量图Q1A 双面平衡法（2）4)取下Q1，在平面加试重Q2（相对相位标记的方位角，顺转向 为Q2），测得A、B点振动矢量A2A2、B2B2。矢量A2A0A2A0、B2B0B2B0为Q2的效果

29、矢量。作矢量图如图1043所示。方位角为零的单位试重的效果矢量称为影响系数2、2A2A0A0A2B2B0B0B2Q2图1043 平面配重的效果矢量图A 双面平衡法（3）5)校正平面、上所需校正质量P1、P2由下式求得：6)其模P1、P2表示校正质量的大小；幅角表示校正质量 的方位角P1，P2；加重半径分别为R1、R27)如果平衡出现反常和困难，就有必要校验试重与测点 振动值之间的线性关系是否良好，相位关系有没有重 复性，平衡转速下转子是否有明显的挠曲变形等。必 要时要更改校正平面或测振点的位置，重新进行动平 衡。B 单面平衡法单面平衡法虽然不是严格的动平衡，但是对于单圆盘类刚性转子在某些简单条件下仍有满意的平衡效果。因此经常用于现场平衡工作中。1)在转子一端选择测点A，测得原始振动矢量A0A0（A0，A0）2)取一个校正平面，加重半径为R3)在平面加试重Q （相对相位标记的方位角，顺转向为Q），测得A点振 动矢量A1A1。矢量A1A0A1A0为 Q的效果矢量。作矢量图如 图1044所示。A1A0A0A1QQPQ图1044 配重Q的效果矢量图方位角为零的单位试重的效果矢量称为影响系数 设在平面欲加的平衡重为P，位于原始振动矢量A0A0的对面，即X P=A0X P=A0。则有：Px=A0 xPy=A0y解方程组，算得Px、Py，求得平衡重 及相对试重Q的偏移角=PQ。