状态监测与故障诊断.ppt

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1、 设备监控与故障诊断设备监控与故障诊断李宏坤李宏坤李宏坤李宏坤沈鼓研究院沈鼓研究院沈鼓研究院沈鼓研究院-大连分院大连分院大连分院大连分院第一章第一章第一章第一章 设备维护概述设备维护概述设备维护概述设备维护概述 一、设备的重要性一、设备的重要性二、设备为何发生故障二、设备为何发生故障三、设备维护的重要性三、设备维护的重要性四、常用的设备维护体制四、常用的设备维护体制五、状态监测技术五、状态监测技术六、状态监测的发展趋势六、状态监测的发展趋势1.1.现代工业的特点：大型化、现代工业的特点：大型化、连续化、高速化和自动化连续化、高速化和自动化2.2.现代工业对设备的依赖程度现代工业对设备的依赖程度

2、3.3.设备发生故障而停工造成的设备发生故障而停工造成的损失巨大，维修费用大幅上升；损失巨大，维修费用大幅上升；同时可能招致重大事故。同时可能招致重大事故。设备的重要性设备的重要性设备的重要性设备的重要性 据统计，工业现场的轴承据统计，工业现场的轴承 仅有仅有10%10%达到设计寿命达到设计寿命 (1)40%(1)40%由于润滑不良造成失效由于润滑不良造成失效(2)30%(2)30%由于不对中等装配原因引起故障由于不对中等装配原因引起故障(3)20%(3)20%是由于过载使用或制造上的原因导致故障是由于过载使用或制造上的原因导致故障设备为何发生故障设备为何发生故障设备为何发生故障设备为何发生故

3、障设备故障产生的原因设备故障产生的原因v设计、制造设计、制造v安装的原因安装的原因v维护方法的不当维护方法的不当v超负荷使用超负荷使用设备为何发生故障设备为何发生故障设备为何发生故障设备为何发生故障1.1.提高设备运行的可靠性提高设备运行的可靠性2.2.减少设备故障导致的维修费用减少设备故障导致的维修费用3.3.提高产品的质量提高产品的质量设备维护的重要性设备维护的重要性设备维护的重要性设备维护的重要性常用的设备维护体制常用的设备维护体制常用的设备维护体制常用的设备维护体制1.1.故障后维修故障后维修故障后维修是指允许设备运行到故障损坏为止，故障后维修是指允许设备运行到故障损坏为止，而不预先采

4、取措施。它也被称为事后维修。而不预先采取措施。它也被称为事后维修。其维修理念是其维修理念是:任其损坏。任其损坏。2.2.计划维修计划维修计划维修是指按企业的维修计划进行的维修计划维修是指按企业的维修计划进行的维修其维修理念是：其维修理念是：停工前进行检修计划维修的观点是，机器的寿停工前进行检修计划维修的观点是，机器的寿命是有限的，它发生故障的机率与其使用的时间成命是有限的，它发生故障的机率与其使用的时间成正比，如下图所示。正比，如下图所示。常用的设备维护体制常用的设备维护体制常用的设备维护体制常用的设备维护体制3.3.预测性维修预测性维修预测性维修也被称为预测性维修也被称为“基于状态的维修基于

5、状态的维修”它的维修理念是：如果没有出现故障，就不检修。它的维修理念是：如果没有出现故障，就不检修。常用的设备维护体制常用的设备维护体制常用的设备维护体制常用的设备维护体制4.4.主动维修主动维修主动维修也称为主动维修也称为“精确精确维护维护”、“基于可靠性基于可靠性的维护的维护”。其维修理念是：一旦其维修理念是：一旦维修，就进行精确维维修，就进行精确维修修 。常用的设备维护体制常用的设备维护体制常用的设备维护体制常用的设备维护体制1.1.状态监测介绍状态监测介绍(1)(1)简介简介正如其名，状态监测就是监测设备状态的技术，正如其名，状态监测就是监测设备状态的技术，我们通过它来了解设备的健康状

6、况，判断设备是我们通过它来了解设备的健康状况，判断设备是处于稳定状态或正在恶化。处于稳定状态或正在恶化。状态监测技术状态监测技术状态监测技术状态监测技术(2)2)为什么要进行状态监测为什么要进行状态监测你可能会问我们为什么如此关注旋转机械的健康你可能会问我们为什么如此关注旋转机械的健康状态？概括一句话：经济效益状态？概括一句话：经济效益。状态监测技术状态监测技术状态监测技术状态监测技术(3)3)如何进行状态监测如何进行状态监测 那么，在进行状态监测时我们能够做哪些工作那么，在进行状态监测时我们能够做哪些工作呢？有多种不同类型的检测技术和手段可以在状呢？有多种不同类型的检测技术和手段可以在状态监

7、测中应用。态监测中应用。关键在于了解设备失效的方式。如果你知道可关键在于了解设备失效的方式。如果你知道可能发生的故障类型和位置，以及机器的内部情能发生的故障类型和位置，以及机器的内部情况，你就能够找到正确的监测手段。况，你就能够找到正确的监测手段。状态监测技术状态监测技术状态监测技术状态监测技术 我我们们将将诊诊断断分分析析分分为为四四个个阶阶段段：检检测测是是否否有有故故障障，分分析故障的严重性，查找故障根源以及维修后检验。析故障的严重性，查找故障根源以及维修后检验。状态监测技术状态监测技术状态监测技术状态监测技术 诊断软件的首要任务是监测设备是否有故障。软件中包诊断软件的首要任务是监测设备

8、是否有故障。软件中包含的专家系统，能够将所测得的振动水平与一系列预设的报含的专家系统，能够将所测得的振动水平与一系列预设的报警值进行比较。用户则需警值进行比较。用户则需要仔细分析你所提供的要仔细分析你所提供的“异异常报告常报告”，从而确定哪台机，从而确定哪台机器可能有故障。器可能有故障。状态监测技术状态监测技术状态监测技术状态监测技术确定报警值和危险值的方法确定报警值和危险值的方法 绝对法绝对法 根据相应的国际标准、国家标准、行业标根据相应的国际标准、国家标准、行业标准等准等 如：如：ISOISO，GB GB，API API 等等。相对法相对法 以机器正常状态的振动值作为基数，自己以机器正常状

9、态的振动值作为基数，自己和自己比和自己比。类比法类比法 与同类机器的振动值作比较与同类机器的振动值作比较。转机振动标准举例转机振动标准举例(轴承振动轴承振动)ISO2372ISO2372，ISO3945ISO3945振动烈度：振动烈度：振动速度的有效值振动速度的有效值测量频率范围测量频率范围 10 1010001000HzHzI I 级：小型机械级：小型机械 例例1515kWkW以下电机以下电机IIII级：中型机械级：中型机械 例例15157575kWkW以下电机以下电机 和和300300kWkW以下机械以下机械IIIIII级：大型机械，刚性基础级：大型机械，刚性基础 600 60012000

10、12000r/minr/minIV IV 级：大型机械，柔性基础级：大型机械，柔性基础 600 6001200012000r/minr/min0.280.450.711.121.82.84.57.111.2182845A优优，B良，良，C可可，D不可不可(轴振动)转转机机振振动动标标准准举举例例VDI德国工程师协会德国工程师协会IEC国际电工协会国际电工协会API美国石油协会美国石油协会相对法确定振动限值相对法确定振动限值12345678滚动轴承滚动轴承齿齿 轮轮旋转机械旋转机械滑动轴承滑动轴承(23)(46)报警值危险值正常值正常值类比法确定振动限值类比法确定振动限值CBAD C C泵泵的振

11、动超过同类诸泵的的振动超过同类诸泵的振动一倍，振动一倍，C C泵应定为有故障泵应定为有故障滚滚动动轴轴承承机机械械的的报报警警参参考考值值0 5 10 15 20 25 30 35 40 R8 6 4 2 0mm/s pk滑滑动动轴轴承承机机械械的的报报警警参参考考值值0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 R8 6 4 2 0mm/s pk 最后，在维修完成以后，我们还需要采取一些措施来最后，在维修完成以后，我们还需要采取一些措施来检验故障是否排除，确定维修的效果以及设备的继续工作检验故障是否排除，确定维修的效果以及设备的继续工作能力。这就是我们前面所说的检验阶段。能力。这就是我们前面

12、所说的检验阶段。状态监测技术状态监测技术状态监测技术状态监测技术状态监测的发展趋势是：状态监测的发展趋势是：诊诊断断技技术术与与诊诊断断系系统统紧紧密密结结合合；机机器器状状态态监监测测和和工工业业过过程程监监测测将将融融为为一一体体；自自动动诊诊断断和和在在线线系系统统的的应应用用将将日日趋趋增增加加；最最新新的的ITIT技技术术、InternetInternet技技术术将将更更广广泛泛地地应应用用在在该该领域。领域。状态监测的发展趋势状态监测的发展趋势状态监测的发展趋势状态监测的发展趋势离线检测离线检测在线监测在线监测第二章第二章 振动原理振动原理一、振动原理概述一、振动原理概述 二、时域

13、波形二、时域波形 三、相位三、相位 四、振动的度量四、振动的度量 五、频谱五、频谱 六、特征频率六、特征频率 七、典型信号七、典型信号 八、总振值八、总振值 九、振动分析简介九、振动分析简介 振动概述振动概述如何进行测量如何进行测量测量什么测量什么测量信号的形状测量信号的形状如何去解释那些最终的数据图表如何去解释那些最终的数据图表 （如何进行（如何进行分析）分析）时域波形基本术语时域波形基本术语周期和频率周期和频率什么是时域波形什么是时域波形CPMCPM制频率和制频率和HzHz制频率制频率时域波形基本术语时域波形基本术语振幅振幅峰峰-峰值峰值峰值峰值均值均值均方根值（均方根值（RMSRMS）相

14、位简介相位简介相位就是事件的时间顺序：一个事件的出现与另一相位就是事件的时间顺序：一个事件的出现与另一事件相关。事件相关。同相位振动波形同相位振动波形相位相差相位相差180振动的度量振动的度量位移位移速度速度速度和位移的关系速度和位移的关系加速度加速度加速度、速度和位移的关系加速度、速度和位移的关系 三个重要参数及其相互关系三个重要参数及其相互关系频谱简介频谱简介风扇在转动时产生的单纯的正弦信号风扇在转动时产生的单纯的正弦信号打开模拟器上的卡片选项后，其波形会发生变化打开模拟器上的卡片选项后，其波形会发生变化扇叶撞击卡片振动波形扇叶撞击卡片振动波形叠加波形叠加波形 频谱简介频谱简介 频谱绘制过

15、程频谱绘制过程 波形分波形分解解 快速傅立叶（快速傅立叶（FFTFFT）频谱简介频谱简介(频率的阶频率的阶)频率的频率的相对值相对值来描述频率来描述频率 Hz Hz表示表示 阶（倍频）表示阶（倍频）表示计算阶只需要用实际频率除以转动速度即可计算阶只需要用实际频率除以转动速度即可 ！特征频率特征频率特征频率简介特征频率简介 特征频率的计算特征频率的计算 特征频率等于特征频率等于基准速度基准速度和阶的乘积和阶的乘积 特征频率特征频率典型设备特征频率：典型设备特征频率：滚动轴承滚动轴承 变速箱变速箱多级变速箱多级变速箱带传动带传动滚动轴承滚动轴承特征频率特征频率变速箱变速箱特征频率特征频率啮合频率啮

16、合频率计算齿轮啮合频率，计算齿轮啮合频率，齿轮啮齿轮啮合频率合频率等于等于齿数与轴速的乘齿数与轴速的乘积。积。在这个例子当中，输入在这个例子当中，输入端齿轮有端齿轮有1212个齿，输出端有个齿，输出端有2424个齿。其齿轮啮合频率为个齿。其齿轮啮合频率为输入速度的输入速度的1212倍，或输出速倍，或输出速度的度的2424倍倍。多级变速箱多级变速箱特征频率特征频率输出速度的计算需要考虑每一个齿输出速度的计算需要考虑每一个齿轮的作用，轮的作用，齿轮啮合频率等于齿数齿轮啮合频率等于齿数和齿轮转速的乘积和齿轮转速的乘积，对于多级变速，对于多级变速箱同时我们还必须考虑中间轴的作箱同时我们还必须考虑中间轴

17、的作用用。小结小结归纳一下特征频率的计算步骤：归纳一下特征频率的计算步骤：首先确定每个轴的相对转速；首先确定每个轴的相对转速；分析各个轴上的元件并计算它们的扰动频率分析各个轴上的元件并计算它们的扰动频率（如轴承频率、叶片通过频率和齿轮啮合频（如轴承频率、叶片通过频率和齿轮啮合频率等）。同时不要忘记考虑轴的转速。率等）。同时不要忘记考虑轴的转速。典型信号典型信号正弦波正弦波 方波和谐波方波和谐波 限幅波限幅波 瞬态瞬态 调制和边频带调制和边频带 拍击拍击混合信号和相位混合信号和相位 总振值（均方根值总振值（均方根值RMSRMS）“总振值总振值”就是信号的均方根值（就是信号的均方根值（RMSRMS

18、）。）。总振值通常用来测量频率在总振值通常用来测量频率在10-1000Hz10-1000Hz之间的之间的振动信号。振动信号。振动分析简介振动分析简介 通过对前面有过时域波形和频谱相关知识的学习，通过对前面有过时域波形和频谱相关知识的学习，结合机械振动学的知识我们可以对机械设备的简单结合机械振动学的知识我们可以对机械设备的简单故障进行分析了，当然这只是一个很初步的故障诊故障进行分析了，当然这只是一个很初步的故障诊断，这将为后续的设备故障诊断打下良好的基础。断，这将为后续的设备故障诊断打下良好的基础。信号处理基础第三章第三章 振动测量实践振动测量实践一、振动测量的基础知识一、振动测量的基础知识二、

19、传感器类型二、传感器类型三、传感器和单位的选择三、传感器和单位的选择四、传感器的安放四、传感器的安放五、安装传感器五、安装传感器六、采集测量数据六、采集测量数据七、相位测量七、相位测量 振动测量的基础知识振动测量的基础知识图中显示了振动测图中显示了振动测量的基本参数量的基本参数:加速加速度、速度和位移。度、速度和位移。三者的相位关系是：三者的相位关系是：位移与加速度有位移与加速度有180180度的相位差，与速度度的相位差，与速度有有9090度的相位差。度的相位差。振动测量的基本参数有：加速度、速度和位移振动测量的基本参数有：加速度、速度和位移 传感器类型传感器类型根据测量参数的不同，测量中用到

20、的传感器有以下根据测量参数的不同，测量中用到的传感器有以下几类：几类：位移传感器位移传感器速度传感器速度传感器加速度传感器加速度传感器传感器稳定时间传感器稳定时间 传感器的标定传感器的标定 鉴于某些加速度传感器的运行环境，推荐每年进行一次标定鉴于某些加速度传感器的运行环境，推荐每年进行一次标定传感器和单位的选择传感器和单位的选择频率响应的表示：用输入信号频率响应的表示：用输入信号与测量所得信号之间的关系曲与测量所得信号之间的关系曲线。线。理想情况下，传感器的输出信理想情况下，传感器的输出信号，其曲线应该是平直的（如号，其曲线应该是平直的（如左上图）左上图）实际上，通常存在着一个低频实际上，通常

21、存在着一个低频限制，在某个频率范围内响应限制，在某个频率范围内响应曲线为平滑曲线（或直线），而曲线为平滑曲线（或直线），而在高频区域，响应曲线还会出现在高频区域，响应曲线还会出现下滑（如左下图）下滑（如左下图）传感器的选择要考虑：传感器的选择要考虑：传感器的频率响应和传感器的使用范围传感器的频率响应和传感器的使用范围 传感器的安放传感器的安放安放传感器时必须确保没有将传感安放传感器时必须确保没有将传感器安装到自身会受到机器振动激励器安装到自身会受到机器振动激励的部件上。诸如风扇罩、联轴器防的部件上。诸如风扇罩、联轴器防护盖、电动机散热片等不宜放置传护盖、电动机散热片等不宜放置传感器的部件（如左

22、图）。感器的部件（如左图）。传感器的安放原则是传感器的安放原则是：1.1.选择的安装位置必须要能够保证使用数据采集仪时的工选择的安装位置必须要能够保证使用数据采集仪时的工作安全作安全 ；2.2.在振源（轴承）和传感器间必须有一个良好的机械传输在振源（轴承）和传感器间必须有一个良好的机械传输路径。机器上的许多部件都会产生振动，传感器安装时应路径。机器上的许多部件都会产生振动，传感器安装时应选择振源和传感器间的最短路径。选择振源和传感器间的最短路径。采集测量数据采集测量数据识别无效数据识别无效数据热瞬态热瞬态表面污垢将会导致高频信号损失表面污垢将会导致高频信号损失接触不良产生的谐波接触不良产生的谐

23、波传感器问题传感器问题 相位测量相位测量相位反映了两个正弦波间的相对时间差。就我们所讨相位反映了两个正弦波间的相对时间差。就我们所讨论的问题，正弦波通常表示的是转速频率。尽管实际论的问题，正弦波通常表示的是转速频率。尽管实际测量的是时间差，但一般用角度来表示（或弧度）。测量的是时间差，但一般用角度来表示（或弧度）。360360度为一圆周（轴旋转一圈）。度为一圆周（轴旋转一圈）。相位测量相位测量左上图表示：如果两个左上图表示：如果两个信号同相位，它们会同信号同相位，它们会同时到达峰值时到达峰值 。左下图表示：如果两个左下图表示：如果两个信号间的相位差为信号间的相位差为180180度，当其中一个达

24、到峰度，当其中一个达到峰值时，另一个正好达到值时，另一个正好达到极小值极小值。第四章第四章 振动分析振动分析本本章章将将重重点点放放在在对对振振动动数数据据的的分分析析上上，并并据据此此判判断断是是否否有有故故障障存存在在。我我们们将将这这部部分分分分成成以以下下四四个个阶阶段段：检检测测、分分析析/诊诊断断、故故障障的的根根源源分分析析和和确确认认阶阶段。段。一、一、四个阶段四个阶段检测阶段检测阶段故障根源分析故障根源分析分析阶段分析阶段确认阶段确认阶段二、频谱分析二、频谱分析得得到到了了频频谱谱图图，首首先先需需要要检检查查，接接着着查查找找相相关关的的模模式式：谐谐波波、边边频频带带、峰

25、峰丘丘等等，然然后后开开始始查查找找一一些特殊的故障：些特殊的故障：不平衡、不对中和轴承故障不平衡、不对中和轴承故障等等。等等。采集的数据中都可能存在一些错误的数据。其主采集的数据中都可能存在一些错误的数据。其主要原因可能是要原因可能是传感器传感器没有良好的固定，机器在测试过没有良好的固定，机器在测试过程中出现波动或工作状况不正确等等程中出现波动或工作状况不正确等等 ，所以做结论，所以做结论之前要仔细检查所列的检查表。之前要仔细检查所列的检查表。1 1、验证数据、验证数据 最常见的错误与传感器有关的，与传感器相关最常见的错误与传感器有关的，与传感器相关问题大都来自于问题大都来自于不正确的安装方

26、式不正确的安装方式。要做的第一件。要做的第一件事是检查事是检查频谱中是否有峰值频谱中是否有峰值出现，不仅是与电气有出现，不仅是与电气有关的峰值（在行频及其倍数处），还要确保存在与关的峰值（在行频及其倍数处），还要确保存在与机器状态相关的信息机器状态相关的信息 2 2、检查传感器故障、检查传感器故障 测试设备运行要稳定测试设备运行要稳定 分析测试点要正确分析测试点要正确 3 3、测试环境的修正、测试环境的修正 识别运动速度频率处的峰值，可以利用谐波识别运动速度频率处的峰值，可以利用谐波标志将标志将速度峰值及其倍频位置速度峰值及其倍频位置标出，最好的方法标出，最好的方法是将频谱进行是将频谱进行归一

27、化阶归一化阶处理。处理。4、识别运动速度频率处的峰值识别运动速度频率处的峰值 要快速查找那些跟重要模式和特征相关的数据。请查找要快速查找那些跟重要模式和特征相关的数据。请查找高高振幅峰值、振幅峰值、均匀间隔均匀间隔的系列峰值（谐波和边频带）、的系列峰值（谐波和边频带）、非整非整数倍转动频率数倍转动频率的峰值、较高的背景噪音的峰丘状图谱。的峰值、较高的背景噪音的峰丘状图谱。5 5、快速扫描数据、快速扫描数据 谐波是从一系列从基频开始的波峰。谐波是非常明显的，谐波是从一系列从基频开始的波峰。谐波是非常明显的，如果你使用如果你使用对数方式对数方式来显示，它们将更为明显。有时谐波的振来显示，它们将更为

28、明显。有时谐波的振幅会高于基频振幅，时谐波与运行速度无关。它们还可能与轴幅会高于基频振幅，时谐波与运行速度无关。它们还可能与轴承频率、皮带速度或其它频率有关。承频率、皮带速度或其它频率有关。谐波的振幅会高于基频振幅谐波的振幅会高于基频振幅谐波使用对数方式来显示谐波使用对数方式来显示6 6、分析谐波、分析谐波齿轮箱时域波形图齿轮箱时域波形图齿轮箱边频带频谱图齿轮箱边频带频谱图7 7、分析边频带、分析边频带 边频带是由于两个信号调幅产生的。在研究滚动轴承、边频带是由于两个信号调幅产生的。在研究滚动轴承、齿轮箱、电气和其它某些故障时，边频带是普遍存在的齿轮箱、电气和其它某些故障时，边频带是普遍存在的

29、 频带的范围频带的范围 背景噪音表示背景振动背景噪音表示背景振动 或者表示测量系统的测或者表示测量系统的测量下限，而量下限，而背景噪声背景噪声现象也导致频谱中出现现象也导致频谱中出现峰丘峰丘。峰丘图峰丘图5X5X和和6X6X频率处的噪声时域图频率处的噪声时域图9 9、背景噪声和峰丘、背景噪声和峰丘1010、振幅的重要性、振幅的重要性 图中的两个频谱都显示出一个很图中的两个频谱都显示出一个很强的强的1X1X波峰波峰（第二（第二个个1X1X波峰是由一个通过齿轮驱动的风扇产生的）。但波峰是由一个通过齿轮驱动的风扇产生的）。但是，它们各自的振幅单位是不同的。是，它们各自的振幅单位是不同的。振幅的变化振

30、幅的变化 大量频谱进行分析的方法是瀑布图，这种图可以用来显示振大量频谱进行分析的方法是瀑布图，这种图可以用来显示振动的波峰和模式是怎样随时间变化的。动的波峰和模式是怎样随时间变化的。11、瀑布图简介瀑布图简介 通常使用对数坐标来突出显示数据中对应的谐波、边频通常使用对数坐标来突出显示数据中对应的谐波、边频带和其它振动模式。这是因为使用对数显示时即使有大振幅带和其它振动模式。这是因为使用对数显示时即使有大振幅也可以清楚的观测到很小的振幅。也可以清楚的观测到很小的振幅。瀑布图瀑布图对数模式的频谱图对数模式的频谱图12、对数坐标显示对数坐标显示三、时域波形分析三、时域波形分析1 1、传感器类型选择的

31、重要性、传感器类型选择的重要性 一一般般选选择择非非接接触触式式涡涡流流“位位移移”传传感感器器、速速度度传传感感器器或或加加速速度度传传感感器器来来对对振振动动进进行行测测量量。它它们们具具有有各各自自不不同同的的特特性性，特特别别是是频频率率响响应应特特性性。这这些些差差异异会会在在时时域域波波形形图图中显示出来。中显示出来。频率范围和时域波形的范围呈反比。下面是它们的实际关系：频率范围和时域波形的范围呈反比。下面是它们的实际关系：时间间隔样本的数量时间间隔样本的数量 /（频带宽度（频带宽度*2.562.56）频带宽度样本的数量频带宽度样本的数量 /（时间间隔（时间间隔*2.562.56）

32、2、测测量参数量参数设设置置 3 3、进进行分析行分析 对时域波形进行分析主要有三个原因：对时域波形进行分析主要有三个原因：第一、你能在时域波形图中看到一些频谱中无法看到的现象。第一、你能在时域波形图中看到一些频谱中无法看到的现象。第二、许多故障状态需要根据时域波形图来识别。第二、许多故障状态需要根据时域波形图来识别。第三、我们可以利用时域波形来进行一些有用的计算。第三、我们可以利用时域波形来进行一些有用的计算。4 4、分析分析方法方法 通过一个简单的例子介绍分析方法通过一个简单的例子介绍分析方法信号周期图信号周期图信号频谱图信号频谱图特征频率特征频率 故障根源分析故障根源分析一、根源分析一、

33、根源分析根源分析，即查找问题的根本原因。根源分析，即查找问题的根本原因。振动分析的一个好振动分析的一个好处是能够检测处是能够检测故障故障、诊断出故障原因并诊断出故障原因并判断问题的严重程判断问题的严重程度，最后给出维修度，最后给出维修措施。措施。二、检查历史数据二、检查历史数据 查查看看状状态态监监测测数数据据，可可以以发发现现轴轴承承最最早早出出现现不不平平衡衡或或不不对对中中的的信信号号，还还可可以以从从中中看看到到共共振的显示振的显示。这是一个在测试两天后就失效的电机轴承的早这是一个在测试两天后就失效的电机轴承的早期测试数据图，它显示期测试数据图，它显示1X1X轴向数据轴向数据有不对中或

34、槽轮有不对中或槽轮偏离。偏离。故障类型故障类型不平衡不平衡不对中不对中松动松动其它故障类型其它故障类型静态不平衡静态不平衡 静态不平衡频谱图特征特征:径向径向1X1X波峰波峰（垂直或水平方向（垂直或水平方向上）。上）。偶不平衡偶不平衡 偶不平衡频谱图特征：特征：径向径向1X1X波峰波峰（垂直或水平方向（垂直或水平方向上）。上）。动态不平衡动态不平衡动态不平衡动态不平衡 ：转子上可能同时存在着静态不平衡和偶不平衡，这种情转子上可能同时存在着静态不平衡和偶不平衡，这种情况称之为况称之为动态动态不平衡。不平衡。静态不平衡和偶不平衡的区分：静态不平衡和偶不平衡的区分：对于静态不平衡，在机器两端是对于静

35、态不平衡，在机器两端是同相同相的。对于偶不平衡，的。对于偶不平衡，机器两端的机器两端的相位相差相位相差180180度度。然而，在大多数情况下，。然而，在大多数情况下，都都是动态不平衡是动态不平衡（静态不平衡和偶不平衡的组合）。（静态不平衡和偶不平衡的组合）。垂直安装的机器垂直安装的机器 垂直安装机器的不平衡频谱图特征：特征：径向径向1X1X波峰（水平方波峰（水平方向上）。向上）。悬吊式机器悬吊式机器 悬吊或悬臂式设备的不平衡频谱图 特征：轴向和径向上特征：轴向和径向上高强度高强度1X1X波峰波峰(垂直或垂直或水平方向上水平方向上)。平行不对中平行不对中 轴向上平行不对中频谱图特征：特征：径向径

36、向2X2X波峰，径向波峰，径向1X1X低幅波峰低幅波峰（垂直或水平方向（垂直或水平方向上）。上）。径向上平行不对中频谱图 轴线角度不对中轴线角度不对中 径向上轴线角度不对中的频谱图 特征：轴向特征：轴向1X1X波峰，轴波峰，轴向向2X2X低幅低幅波峰，径向波峰，径向1X1X低幅波峰低幅波峰。轴向上轴线角度不对中的频谱图不对中和不平衡的区分不对中和不平衡的区分区区分分不不对对中中和和不不平平衡衡的的一一个个方方法法是是提提高高机机器器的的转转速速。如如果果是是不不平平衡衡，振振幅幅的的增增加加会会与与速速度度的的平平方方成成正正比比；反反之之，不不对对中中引引起起的的振振动动却却不不会会随随速速

37、度度发发生生变变化化。当当然然，并并不不是是所所有有机机器器都都能能够够进进行行这这样样的的测测试试。另另外外还还有有一一种种可可以以进进行行的的测测试试就就是是单单独独测测量量不不带带连连接接器器的的电电机机。如如果果存存在在较较高高的的11振振幅幅，则则说说明明电电机机出出现现不不平平衡衡。如如果果11振振动动消消失失了了，则则不不是是所所驱驱动动部部件件的的不不平平衡衡问问题题就就是是不不对对中中问问题题。每每个个这这样样的的小小测测试试都都能能为我们提供很多有用的信息。为我们提供很多有用的信息。松动松动 松动松动也会产生非常明显的也会产生非常明显的11基频波峰。在实际中存在有两基频波峰

38、。在实际中存在有两种类型的松动：旋转松动和非旋转松动。种类型的松动：旋转松动和非旋转松动。旋转部件旋转部件的松动是的松动是由于旋转件和类似轴承的固定件间的间隙太大所造成的，而由于旋转件和类似轴承的固定件间的间隙太大所造成的，而非旋转性的松动非旋转性的松动一般是出现在两个固定的部件之间，例如基一般是出现在两个固定的部件之间，例如基脚与地基、机器和轴承箱间的松动等。脚与地基、机器和轴承箱间的松动等。旋转松动旋转松动 旋转松动频谱图特特征征：径径向向1X1X谐谐波波（严严重重时时出出现现0.5X0.5X谐波）。谐波）。结构松动结构松动 结构松动频谱图特特征征：水水平平方方向向上上1X1X波峰。波峰。

39、轴承座松动轴承座松动 轴承座松动频谱图特特征征：径径向向1X1X、2X2X和和3X3X波峰。波峰。共振共振 共振时的频谱图 特特征征：频频谱谱中中通通常常只只在在一一个个方方向向有有“峰丘峰丘”出现。出现。轴弯曲轴弯曲 轴弯曲时的频谱图特特 征征：轴轴向向1X1X波峰波峰。偏翘轴承偏翘轴承 偏翘轴承的频谱图特特征征：轴轴向向1X1X、2X2X和和3X3X波峰。波峰。转子摩擦转子摩擦 转子摩擦时的频谱图特征：特征：径向径向1X1X谐波谐波（严重时（严重时有有0.5X0.5X谐波）。谐波）。D 节圆直径d 滚珠直径 接触角z 滚珠数R 轴的转速频率滚动轴承故障的特征频率滚动轴承故障的特征频率 dD

40、外环故障频率外环故障频率内环故障频率内环故障频率滚珠滚珠故障频率故障频率保持架碰外环保持架碰外环保持架碰内环保持架碰内环测试位置的选择测试位置的选择滚动轴承故障的频谱滚动轴承故障的频谱 轴承每一种零件有其特殊的故障频率。随着故障发展，它的幅值增加，并有谐波谐波两边产生边频还可用非频率域的诊断方法，如共振解调电机电机离心泵离心泵PIPO1 1X X2X2X频频率率故障基本故障基本频率频率6.716.71X X基本频率基本频率的的四个谐波四个谐波带带滚动轴承滚动轴承的机械的频谱特点的机械的频谱特点 不平衡不平衡不对不对中中松动松动滚动轴承故障频滚动轴承故障频率率3.53.02.52.01.51.0

41、0.50Velocity in mm/s pk滚动轴承的主要失效形式滚动轴承的主要失效形式1）疲劳点蚀 2）塑性变形转速很低或作间歇摆动转速很低或作间歇摆动3）磨损润滑不良、润滑不良、密封不严、密封不严、多尘条件多尘条件 带带滑动轴承滑动轴承的机械的频谱特点的机械的频谱特点不对中不对中松动引起的谐波松动引起的谐波不平衡不平衡油膜涡动、碰摩油膜涡动、碰摩0 2 4 6 8 10 12 14 16Frequency in orderDisplacement in m pk to pk12.510.07.55.02.50变速箱分析变速箱分析齿轮啮合齿轮啮合齿磨损齿磨损齿负载齿负载齿轮啮合侧隙齿轮啮合

42、侧隙齿轮不对中齿轮不对中齿轮破裂或折断齿轮破裂或折断追逐齿频率追逐齿频率齿轮啮合齿轮啮合齿轮啮合时的频谱图特特征征：通通常常会会在在轴轴的的转转速速频频率率和和齿齿轮轮啮啮合合频频率率处处出出现现波波峰峰，但但是是幅幅值值不不高高。可可能能会会出出现现2X2X波波峰峰，并并且且在在齿齿轮轮啮啮合合频频率率附附近近有有轴轴转转速速频频率率的的边边频频带带。对对于于直直齿齿轮轮主主要要的的振振动动是是在在径径向向，斜斜齿齿轮轮主主要要的振动是在轴向。的振动是在轴向。齿磨损齿磨损 齿磨损时的频谱图 特特征征：齿齿轮轮啮啮合合频频率率附附近近的的1X边频带边频带当当齿齿轮轮的的齿齿开开始始发发生生磨磨

43、损损的的时时候候，会会发发生生两两件件事事情情，第第一一件件是是齿齿轮轮啮啮合合频频率率处处边边频频带带的的幅幅值值升升高高，而而边边频频带带的的振振幅幅决决定定于于齿齿轮轮的的转转速速。第第二二件件事事情情是是将将出出现现齿齿轮轮固固有有频频率率的的振振动动，固固有有频频率率振振动动也也会会有有边边频频带带产产生生，并并且且它它有很宽的基频。有很宽的基频。齿负载齿负载 齿负载时的频谱图 特特征征：齿齿轮轮啮啮合合频频率率处处高高强强度波峰度波峰齿齿轮轮啮啮合合频频率率处处振振幅幅的的大大小小决决定定于于带带动动这这个个齿齿轮轮的的轴轴的的对对中中程程度度和和齿齿轮轮上上的的载载荷荷。齿齿轮轮

44、啮啮合合频频率率处处的的有有波波峰峰并并不一定意味着存在故障。不一定意味着存在故障。齿齿轮轮啮啮合合频频率率=齿齿数数x x轴轴的的转转速速；输输出出转转速速=输输入入转转速速x x主主动轮齿数动轮齿数/被动轮齿数被动轮齿数齿轮啮合侧隙齿轮啮合侧隙 齿轮啮合侧隙时的频谱图 特特征征：啮啮合合频频率率附附近近的的1X1X边边频带频带齿齿轮轮啮啮合合侧侧隙隙会会在在啮啮合合频频率率附附近近产产生生轴轴转转速速频频率率边边频频带带，当当存存在在这这个个问问题题的的时时候候，齿齿轮轮啮啮合合侧侧隙隙波波峰峰和和齿齿轮轮的的固固有有频频率率波波峰峰将将随随着着载载荷荷的的增增加而减弱。加而减弱。齿轮不对

45、中齿轮不对中 齿轮不对中时的频谱图 特特征征：齿齿轮轮啮啮合合频频率率谐谐波波附附近的近的1X1X边频带边频带不不对对中中齿齿轮轮会会在在啮啮合合频频率率处处产产生生带带有有边边频频带带的的啮啮合合频频率率振振动动，但但是是有有啮啮合合频频率率的的谐谐波波是是很很常常见见的的，在在二二倍倍和和三三倍倍啮啮合合频频率率处处谐谐波波的的蜂蜂值值还还比比较较高高。因因此此，设设置置较较高高的的频频率率范范围围(Fmax)(Fmax)，使使所所有有要要测测量量的的频频率率都都能能看看到到，是是很很重要的。重要的。齿轮破裂或折断齿轮破裂或折断 齿轮破裂或折断时的频谱图特特征征：径径向向高高强强度度的的1

46、X1X波波峰峰；齿齿轮轮固固有有频频率率；啮啮合合频率处的频率处的1X1X边频带边频带最最好好的的方方法法是是观观察察破破裂裂或或折折断断的的轮轮齿齿的的时时域域波波形形，如如果果齿齿轮轮有有1212个个齿齿，那那其其中中一一个个齿齿的的波波形形就就会会和和其其他他不不同同。脉脉冲冲的的时时间间间间隔隔等等于于齿齿轮轮的的旋旋转转周周期期（齿齿上上一一固固定定点点重重复复啮啮合合的的时时间差）。间差）。追逐齿频率追逐齿频率 追逐齿频率的频谱图 特征：追逐齿频和特征：追逐齿频和2XHT 2XHT 追追逐逐齿齿频频率率 是是一一个个齿齿轮轮的的一一个个齿齿与与另另外外一一个个齿齿轮轮的的某某一一特

47、特定定齿齿相相啮啮合合的的频频率率。如如果果齿齿轮轮传传动动比比是是整整数数（例例如如1 1，2 2，3 3）追追逐逐齿齿频频率率就就等等于于大大齿齿轮轮的的转转速速，每每旋旋转转一一周相同的齿轮会啮合一次。周相同的齿轮会啮合一次。齿轮故障的频谱齿轮故障的频谱齿轮啮合频率GMF等于齿数乘以齿轮转速频率。齿轮啮合频率两边有边频间距为1X。随着齿轮故障发展，边频越来越丰富，幅值增加。OUBSISOL齿轮箱齿轮箱上辊上辊下辊下辊输输入入轴轴啮合频率啮合频率GMFGMF上边上边频频下边频下边频2X联轴器联轴器如如果果联联轴轴器器没没有有正正确确安安装装或或使使用用，如如不不平平行行的的法法兰兰面面，将

48、将出出现现与与轴轴线线角角度度不不对对中中相相似似的的振振动动模模式式。联联轴轴器器不不平平衡衡也也是是一一个个很很常常见见的的问问题题，它它会会在在频频谱谱的的径径向向上上出出现现高高幅幅的的11和和22振振动动分分量量。联联轴轴器器的的磨磨损损会会产产生生不不对对中中和和松松动动的的所有症状。所有症状。联轴器不平衡时的频谱图联轴器不平衡时的频谱图联轴器磨损时的频谱图联轴器磨损时的频谱图第五章第五章 现场应用现场应用通通过过对对前前面面章章节节的的学学习习我我们们了了解解了了振振动动的的基基本本原原理理以以及及信信号号分分析析的的相相关关知知识识，本本章章的的第第一一节节将将详详细细介介绍绍

49、实实际际故故障障诊诊断断过过程程中中所所要要面面对对和和考考虑虑的的实实际际问问题题，如如机机器器设设备备的的数数量量和和基基本本参参数数、如如何何测测量量以以及及测测量量后后报报警警值值如如何何设设定定等等问问题题。第第二二节节将将介介绍绍日日常常监监测测诊诊断断的阶段划分及如何提升状态监测在企业中的地位的阶段划分及如何提升状态监测在企业中的地位 。到车间进行调查到车间进行调查首先要考察企业现有设首先要考察企业现有设备的状况。必须从经济备的状况。必须从经济的角度出发来考虑相关的角度出发来考虑相关的问题（如设备的可靠的问题（如设备的可靠性、重要性和耐用度等）性、重要性和耐用度等）同时兼顾现场的

50、实际情同时兼顾现场的实际情况（可接近性和位置场况（可接近性和位置场地等）。地等）。经济因素经济因素所作的一切都必须考虑经济上的可行性。如果没有所作的一切都必须考虑经济上的可行性。如果没有在经济上对实施状态监测所需的时间和开销进行评在经济上对实施状态监测所需的时间和开销进行评估，就暂时不要实施该监测计划。估，就暂时不要实施该监测计划。必须对机器的历史记录进行研究。看它是否可靠？必须对机器的历史记录进行研究。看它是否可靠？由于故障造成的影响是什么？停工期，继发损坏和由于故障造成的影响是什么？停工期，继发损坏和部件部件/工人需求。造成了多长时间的生产停工，花费工人需求。造成了多长时间的生产停工，花费