振动分析基础和典型机械故障诊断.pptx

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1、典型机械故障的振动分析(fnx)及诊断 第一页，共38页。振动(zhndng)的基本概念 惯性力 阻尼力 弹性力 干扰力第二页，共38页。表征(bio zhn)振动的三个要素：振动幅值、频率（周期）、相位 第三页，共38页。有阻尼的强迫振动(zhndng)及其特性W/WoW/Wo第四页，共38页。现场(xinchng)设备实际的振动波形 第五页，共38页。振动信号的采集(cij)与处理快速(kui s)富里叶分析(FFT)原理第六页，共38页。用振动分析方法监测设备状态分析方法幅值分析：振动总值（振动水平、列度）、变化趋势、机械动态特性频谱分析：引起设备振动原因的具体分析相位分析：设备振动原因

2、的进一步确认、共振(gngzhn)（相频特性）、动平衡分析波形分析：振动总值（峰值、峰峰值）、周期、拍节峰值能量谱分析：轴承、齿轮第七页，共38页。振动分析的过程：问诊 监测 诊断 措施问诊：了解设备背景，列出可能引起振动的原因 设备结构（传动链参数，如齿轮齿数、轴承型号、皮带轮直径 等）、设备的动态特性等信息;设备运行工况，过程参数：温度、压力、转速、负荷设备维修档案监测:确定振动监测和分析方案 测试的工况（转速、负荷）；测点位置；测试参数（振动位移、速度、加速度）；绝对(judu)振动、相对振动测试振动的方向（H/V/A）数据类型（幅值、频谱、波形、相位）信号检测类型：峰值、峰峰值、有效值

3、第八页，共38页。振动分析的过程：问诊 监测 诊断 措施诊断：引起振动的原因和部位 振动幅值趋势(qsh)分析 振动波形识别频谱分析、峰值能量谱分析 频响特性与相干分析瞬时频率变化与相位分析措施：给出结论 继续运行；还能运行多久?维修、检查；部位?第九页，共38页。不同设备故障的振动(zhndng)特点第十页，共38页。常 见 的 设 备 故 障不 平 衡偏 心 转 子轴 弯 曲不 对 中松 动转子(zhun z)与定子摩擦滑 动 轴 承滚 动 轴 承齿 轮 故 障 力不平衡 力偶不平衡 动不平衡 悬臂(xunb)转子不平衡 角不对中 平行不对中 轴承(zhuchng)不对中 联轴节故障 结构

4、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 齿轮不对中第十一页，共38页。质 量 不 平 衡A 同频占主导，相位稳定。如果只有不平衡，1X幅值大于等于通频幅值的80，且按转速平方增大。通常水平(shupng)方向的幅值大于垂直方向的幅值，但通常不应超过两倍。同一设备的两个轴承处相位接近。水平(shupng)方向和垂直方向的相位相差接近90度。典型(dinxng)的频谱 相位(xingwi)关系力 不 平 衡第十二页，共38页。质 量 不 平 衡B 典型(dinxng)的频谱 相位(xingwi)关系力 偶 不 平 衡 同频占主导，相位稳定。振幅按转速平方增大。需进行双平面动

5、平衡(pnghng)。偶不平衡(pnghng)在机器两端支承处均产生振动，有时一侧比另一侧大 较大的偶不平衡(pnghng)有时可产生较大的轴向振动。两支承径向同方向振动相位相差180。第十三页，共38页。质 量 不 平 衡C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(xingwi)稳定。两支承处同方向振动相位(xingwi)差接近 典型(dinxng)的频谱 相位(xingwi)关系动 不 平 衡第十四页，共38页。质 量 不 平 衡悬臂转子不平衡(pnghng)在轴向和径向都会引起较大1X振动。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，轴向振动有时甚至超

6、过径向振动。两支承处轴向振动相位接近。往往是力不平衡(pnghng)和力偶不平衡(pnghng)同时出现 典型(dinxng)的频谱 相 位 关 系悬 臂 转 子 不 平 衡第十五页，共38页。偏 心 转 子当旋转的皮带轮、齿轮、电机转子等有几何偏心时，会在两个转子中心连线方向上产生较大的1X振动；偏心泵除产生1X振动外，还由于流体不平衡会造成叶轮通过频率(pnl)及倍频的振动。垂直与水平方向振动相位相差为0或180。采用平衡的办法只能消除单方向的振动。典型(dinxng)的频谱 相 位 关 系第十六页，共38页。轴 弯 曲 振动特征类似动不平衡，振动以1X为主，如果(rgu)弯曲靠近联轴节，

7、也可产生2X振动。类似不对中、通常振幅稳定，如果(rgu)2X与供电频率或其谐频接近，则可能产生波动。轴向振动可能较大，两支承处相位相差180度。振动随转速增加迅速增加，过了临界转速也一样。典型(dinxng)的频谱 相位(xingwi)关系第十七页，共38页。不 对 中 有资料表明现有企业在役设备3050存在不同程度的不对中，严重的不对中会造成设备部件的过早损坏，同时会造成能源的浪费。不对中既可产生径向振动，又会产生轴向振动；既会造成临近联轴节处支承的振动，也会造成远离联轴节的自由端的振动。不对中易 产 生 2X振 动，严 重 的 不 对 中 有 时(yush)会产生类似松动的高次谐波振动。

8、相位是判断不对中的最好判据。第十八页，共38页。不对中A 角不对中产生较大的轴向振动，频谱成分为1X和2X；还常见1X、2X或3X都占优势的情况。如果2X或3X超过(chogu)1X的30到50，则可认为是存在角不对中。联轴节两侧轴向振动相位相差180度。典型(dinxng)的频谱 相位(xingwi)关系角 不 对 中第十九页，共38页。不对中 B 典型(dinxng)的频谱 相 位 关 系平 行不 对 中 平行不对中的振动特性类似角不对中，但径向振动较大。频谱中2X较大，常常超过1X，这与联轴节结构类型有关(yugun)。角不对中和平行不对中严重时，会产生较多谐波的高谐次（4X8X）振动。

9、联轴节两侧相位相差也是180度。第二十页，共38页。不对中 C 轴承不对中或卡死将产生1X,2X轴向振动(zhndng)，如果测试一侧轴承座的四等分点的振动(zhndng)相位，对应两点的相位相差180度。通过找对中无法消除振动(zhndng)，只有卸下轴承重新安装。典型(dinxng)的频谱 相位(xingwi)关系轴 承 不 对 中第二十一页，共38页。不对中 D如果联轴节的短节过长或过短，通常会产生明显(mngxin)的3X振动。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1X为主，兼有其它谐频，也有出现4X为主的实例。振动随负荷而变，1X明显(mngxin)。松动的联轴

10、节将引起啮合频率及叶片通过频率的振动，其周围分布1X旁瓣。联 轴 节 故 障 第二十二页，共38页。对 中 不 良 设 备 的 轴 心 轨 迹第二十三页，共38页。机 械 松 动松动本身(bnshn)不是纯粹 的故障，不会直接 产生振动，但它可 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 动第二十四页，共38页。A.结 构 框 架/底 座 松 动 振动特征:类似不平衡或不对中，频谱主要以1X为主。振动具有局部性，只表现在松动(sngdng)的转子上。同轴承径向振动垂直，水平方向相位差0或180度。底板连接处相邻结合面的振动相位相差

11、180度。如果轴承紧固是在轴向，也会引起类似不对中的轴向振动。包括如下几方面的故障 支脚(zh jio)、底板、水泥底座松动/强度不够；框架或底板变形；紧固螺丝松动。第二十五页，共38页。B.由于结构/轴承座晃动(hungdng)或开裂引起的松动 振动特征:主要以2X为特征(主要是径向2X超过1X的50%)幅值有时不稳定 振动只有伴随其它故障如不平衡或不对中时才有表现，此时要消除平衡或对中将很困难。在间隙(jin x)达到出现碰撞前，振动主要是1X和2X；出现碰撞后，振动将出现大量谐频。包括如下几方面的故障 结构或轴承座开裂 支承件长度不同引起的晃动 部件间隙出现少量(sholing)偏差时(

12、尚无碰撞)紧固螺丝松动。第二十六页，共38页。C.轴承(zhuchng)在轴承(zhuchng)座内松动或部件配合松动 振动特征振动特征:常常常常出出现现大大量量的的高高次次谐谐频频，有有时时10X10X，甚甚至至20X20X，松松动动(sngdng)(sngdng)严严重重时时还还会会出出现现半半频频及及谐谐频频(0.5X,(0.5X,1.5X.)1.5X.)成分。成分。半频及谐频往往随不平衡或不对中等故障出现。半频及谐频往往随不平衡或不对中等故障出现。振动具有方向性和局部性。振动具有方向性和局部性。振动幅值变化较大，相位有时也不稳定。振动幅值变化较大，相位有时也不稳定。包括如下几方面的故障

13、轴承在轴承座内松动(sngdng)轴承内圈间隙大轴承保持架在轴承盖内松动(sngdng)轴承松动(sngdng)或与轴有相对转动第二十七页，共38页。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障 转子在转动过程中与定子的摩擦会造成严重的设备故障 在 在摩 摩擦 擦过 过程 程中 中,转 转子 子刚 刚度 度发 发生 生(fshng)(fshng)改 改变 变从 从而 而改 改变 变转 转子 子系 系统 统的 的固有频率 固有频率,可能造成系统共振。可能造成系统共振。往 往往 往会 会激 激起 起亚 亚谐 谐波 波振 振动 动(1/2X,(1/2X,1/3X.),1/3X.)

14、,严 严重 重时 时出 出现 现大 大量 量的 的谐 谐频 频(1/2X,1.5X,2.5X.)(1/2X,1.5X,2.5X.)，并伴随有噪音。，并伴随有噪音。轴径和滑动轴承钨金干摩 电动机转子与定子接触 叶轮(yln)与扩压器口接触 汽轮机叶片与静叶严 重 摩 擦轻 微 摩 擦 轴与汽封摩擦(mc)联轴器罩摩轴 皮带摩擦(mc)皮带罩 叶片摩擦(mc)外罩 典型的摩擦波形第二十八页，共38页。润 滑 油 不 足 引 起 的 频 谱第二十九页，共38页。滚 动 轴 承有资料显示仅有1020的轴承达到或接近设计寿命(shumng).其余部分因为如下各种原因达不到设计寿命(shumng):润滑不

15、当,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过跟踪轴承状态了解何时需要更换轴承.位移：不易用于轴承的监测。加速度：可早期发现轴承的故障征兆，应与速度联用。使用包络(bo lu)技术或gSE监 测 参 数 的 选 择第三十页，共38页。第一阶段：第一阶段：轴 轴承 承故 故障 障出 出现 现在 在超 超声 声段 段20 20 60KHz,60KHz,它 它们 们可 可用 用gSE gSE、高 高频 频(HFD)g(HFD)g来 来测 测量 量、评 评定 定。例 例如 如：某 某轴 轴承 承在 在第 第一 一阶 阶段 段的 的尖

16、尖峰 峰能 能量 量值 值为 为0.25gSE(0.25gSE(实 实测 测数 数值 值与 与测 测试 试位置和机械转速有关 位置和机械转速有关)。第二阶段：第二阶段：轻 轻微 微的 的轴 轴承 承故 故障 障开 开始 始“敲 敲击 击”出 出轴 轴承 承元 元件 件的 的固 固有 有频 频率 率段 段，一 一 般 般 在 在 500 500 2KHz 2KHz范 范 围 围(fnwi)(fnwi)内 内；本 本阶 阶段 段后 后期 期表 表现 现为 为，在 在固 固有 有频 频率 率附 附近 近出 出现 现边 边频 频（例 例：0.25gSE 0.25gSE 0.5gSE 0.5gSE）滚

17、动 轴 承 故 障 谱 特 征(1)第三十一页，共38页。第三阶段：第三阶段：轴轴承承出出现现磨磨损损故故障障频频率率和和谐谐波波出出现现；磨磨损损发发展展时时出出现现更更多多故故障障频频率率谐谐波波，并并且且边边带带数数目目增增多多，振振动动尖尖峰峰能能量量值值继继续增大。续增大。第四阶段：第四阶段：这这一一阶阶段段甚甚至至影影响响(yngxing)1X(yngxing)1X分分量量，并并引引起起其其它它倍倍频频分分量量2X2X、3X3X等等的的增增大大。轴轴承承故故障障频频率率和和固固有有频频率率开开始始“消消失失”被被随随机机振振动动或或噪噪音音代代替替，高高频频量量和和尖尖峰峰能量值很

18、大。能量值很大。滚 动 轴 承 故 障 谱 特 征(2)第三十二页，共38页。滚 动 轴 承 故 障 频 谱第三十三页，共38页。滚 动 轴 承 故 障 前 后gSE 谱第三十四页，共38页。滑 动 轴 承 滑 滑动 动轴 轴承 承摩 摩擦 擦后 后期 期通 通常 常出 出现 现一 一系 系列 列倍 倍频 频成分（多达 成分（多达10X 10X 20X 20X）。）。老 老的 的滑 滑动 动轴 轴承 承往 往往 往产 产生 生垂 垂直 直方 方向 向比 比水 水平 平方向振幅更大的振动。方向振幅更大的振动。间 间隙 隙过 过大 大的 的滑 滑动 动轴 轴承 承可 可能 能会 会导 导致 致不

19、不平 平衡 衡、不 不对 对中 中等 等(zhngdng)(zhngdng)引 引起 起的 的振 振动 动更 更大。大。摩擦(mc)/间隙过大的频谱油膜振荡(zhndng)松动，1/2X,1/3X等成分，随负荷变化较大 乌金脱落，1/2X及谐频，幅值小于松动谱 瓦块损坏，1/3X涡动，调油温有效第三十五页，共38页。滑 动 轴 承 损 坏 及 松 动 频 谱第三十六页，共38页。齿 轮 故 障(1)正常的频谱出现所有转轴的1X和 啮 合 频 率(pnl)(GMF)。齿轮啮合频率(pnl)的两侧有转速边带，其峰值较小。齿磨损：齿轮固有频率出现，且有磨损齿轮所在轴的转速边带 磨损明显时，啮合频率附近(fjn)也会出现较高峰值的边带。正常(zhngchng)齿轮的频谱齿轮磨损时的频谱第三十七页，共38页。齿 轮 故 障(2)齿轮偏心(pinxn)：啮合频率附近有较高幅值的边带往往说明齿轮偏心(pinxn)、游隙或轴不平行。啮合频率峰值随负载的增大而增大。齿轮不对中：几乎总是激起啮合频率二次或更高谐次的振动(zhndng)，且2X或3X啮合频率处峰值较大；它们都有转速的边带频率。齿轮(chln)偏心的频谱齿轮不对中时的频谱第三十八页，共38页。