设备诊断技术培训教程.pdf

设备诊断技术 培训教材 上海华阳检测仪器有限公司 技术推广部编着 2003年 6 月 目 录 第一章 设备状态监测和故障诊断技术综述 1、设备状态监测和故障诊断作用和意义…………………………（ 4 ） 2、设备状态监测和故障诊断的定义………………………………（5 ） 3、设备维修方式的演变及发展趋势………………………………（8 ） 4、描述机械设备状态的参数及其测量方法………………………（10） 思考题 (12) 第二章 设备振动诊断的理论基础 1、机械振动基本知识………………………………………………（12） 2、振动幅值表达方式………………………………………………（13） 3、简谐振动的三要素………………………………………………（16） 4、振动检测中位移、速度和加速度参数的选择…………………（17） 思考题 (20) 第三章 设备故障基本分析方法 1、信号的时域分析…………………………………………………(21) 2、信号的频域分析…………………………………………………（22） 3、趋势分析…………………………………………………………（24） 4、倒频谱分析………………………………………………………（27） 5、共振解调…………………………………………………………（29） 思考题 (32 第四章 常见设备故障种类与典型频谱 1、不平衡 …………………………………………………………（32） 2 不对中……………………………………………………………（35） 3、机械松动…………………………………………………………（38） 4、轴承故障…………………………………………………………（40） 5、齿轮…………………………………………………………… （52） 思考题 (57 第五章 设备状态点检网络化管理系统 1、设备状态点检网络化管理系统简介……………………………（58） 2、设备状态点检网络化管理系统前期准备工作…………………（64） 3．设备状态点检网络化管理系统中期系统安装…………………（71） 4．设备状态点检网络化管理系统后期调试运行…………………（72） 思考题 (83 附录 1 设备振动标准 1、设备振动测点的选择与标注……………………………………（83） 2、设备振动监测周期的确定………………………………………（85） 3、设备振动监测信息的采集………………………………………（86） 4、评价机器状态的方法……………………………………………（87） 5、设备状态监测和故障诊断成效评价……………………………（92） 6、机械设备常用振动标准………………………………………（94） 6、1 绝对评价标准的范围（适用中/ 高速滚动轴承）……………（94） 6、2 风机类振动标准………………………………………………（95） 6、3 压缩机振动标准………………………………………………（96） 6、4 电动机振动标准（15kw 以下、15kw 以上、90kw 以上的电动机）…………………………………………………………………（97） 附录 2： 振动检测仪器 (99) 第一章 设备状态监测和故障诊断技术综述 1、设备状态监测和故障诊断的作用和意义 设备状态监测和故障诊断技术产生、发展并广泛应用的驱动力来自三个方面的因素。

即：流程工业生产的现实需要、测试技术和仪器的发展完善和国家相关的政策 首先，设备状态监测和故障诊断技术的产生和发展是企业实际需要的结果，主要是设备的安全性、维修成本的压力20 世纪 60 年代以来，随着电子技术和计算机技术的快速发展，工业生产越来越现代化设备和生产朝着大型化、高速化、自动化、连续化、智能化、环保化等方向发展一方面设备更加精密复杂，许多故障很难靠人的感官发现，而且有些设备精密复杂，不允许随便解体检查；另一方面设备突发性事故造成的损失越来越大；三是设备的维修成本占总的生产成本越来越大所以追求设备的高可靠性和最合理的维修方式是企业设备工程管理的焦点 从技术背景方面看，20 世纪 60 年代是计算机技术、电子测量技术和信号处理技术飞速发展的年代，FFT算法语言的出现，把信号处理分析技术从硬件到软件，推向了全新的高度此外可靠性工程、零部件失效机理的研究等，都为设备状态监测和故障诊断技术的产生和发展创造了有利条件20 世纪 70年代以后，设备状态监测和故障诊断技术在发达国家得到了快速推广和发展，特别是美国、英国、日本、德国等国家 中国从 80 年代初期开始引进并应用设备诊断技术， 20 年来, 此项技术在中国各个行业得到了快速应用和发展， 也受到中国政府的重视。

李鹏总理在 1986年 7 月 2 日“第二次全国设备管理、维修工作座谈会”上指出， “应该从单纯的以时间周期为基础的检修制度，逐步发展到以设备的实际技术状态为基础的检修制度……这就要求我们采用一系列先进的仪器来诊断设备状况，通过检查诊断来确定检修的项目” 1987 年，国务院发布了《全民所有制工业交通企业设备管理条例》 ，规定“企业应当积极采用先进的设备管理方法和维修技术，采用以设备状态检测为基础的设备维修方法，不断提高设备管理和维修技术现代化水平” 国家经贸委在《 “九五”全国设备管理工作纲要》中明确指出，企业要“继续推进设备管理现代化，广泛采用先进的设备管理方法和维修技术建立价值形态与实物形态相结合的设备管理信息系统在采用设备状态监测、故障诊断等技术的基础上，使设备维修方式逐步转向以状态维修为主的维修方式” 显然，设备的状态监测与故障诊断是现代化管理的技术基础当前我国的设备维修体制，已开始从早期的事后维修和长期的按计划维修体制，过度到现代的、具有预知性的视情维修（或称状态维修）阶段 在企业推广设备状态监测和故障诊断技术，可以达到以下目的和作用： （1） 保障设备安全运行，防止突发事故； （2） 保证设备工作精度，提高产品质量； （3） 实施预防维修/ 按状态维修，节约维修费用； （4） 避免因设备事故造成的环境损坏和其他危害； （5） 给企业带来较大的间接经济效益。

企业开展设备状态监测和故障诊断的最终目的，是服从和服务于生产经营大局，提高对设备状态、劣化趋势的认知和控制能力，提高设备的作业率，延长设备的使用寿命，降低设备全寿命周期费用 2 设备状态监测和故障诊断的定义 设备状态监测和故障诊断是设备诊断中的两个过程，两者既有密切联系又有区别 2.1 设备状态监测的定义 不断获取设备在运行中或相对于静态条件下的状态信息，通过对这些信息的分析和处理，并结合设备的历史状况，来定量地掌握设备的技术状态, 预测设备寿命，为设备运行和按状态维修提供技术基础 设备状态信息的获得有很多种方法，其中振动监测和诊断技术是目前较普遍采用的方法之一机器内部发生异常时，一般都会伴随着出现异常振动、声音和设备性能的变化通过对机械振动信息的测量和分析，往往可以不停机或不解体设备就可以对设备劣化的部位和故障的性质做出判断由于振动测试的技术和仪器都比较成熟，在企业中得到了广泛的应用，产生了大量的经济效益和社会效益 2.2 设备故障 故障是个非常广义的概念简单地说，设备故障就是设备系统或其中的元件/ 部件丧失了规定的功能与故障意义相近的还有一个叫“失效”的概念失效通常指的是不可修复的对象；故障指的是可以修复的对象。

设备故障模式—从可靠性的观点看设备故障模式有六种，如图 1-1 所示模式 A是典型的浴盆曲线模式 B和模式 F 是“半”浴盆曲线，模式 B设备投入使用后故障率固定或是略增趋势而后进入磨耗期；模式 F 具有高的早期的故障率，而后降到一个固定水平或是略增趋势模式 C 设备显示出故障率随时间缓慢增长而没有具体的耗损期模式 D 表示开始时故障率低而后快速增长到一个固定水平模式 E 则表示故障率不随时间变化民用航空业的研究表明，仅 4% 的产品符合模式 A，2% 的符合 B，5% 的符合 C，7% 的符合 D，14%的符合 E， 并且不少于 68% 的符合模式 F(其它的工业部门不一定与飞机的故障分布相同，但随着设备的日趋复杂，越来越多的产品符合模式 E和 F) 图 1-1 设备故障模式 这些发现证明了下列的观点是错误的，即：设备的可靠性与其运行时间之间总是存在着某种联系，因此，翻修越频繁，设备越少出故障实践也证明了上述观点是不正确的除非与设备运行时间有关的故障模式占主导地位，否则，定期翻修或更换无助于改善复杂产品的可靠性由设备各种故障模式可知，设备能否可靠性地工作与设备工龄之间没有必然的联系。

设备在服役期中，较少的时间内处于故障高发期（早期故障和磨耗期故障） ，更多的时间是处于偶发故障期 在不同的故障期，设备管理和检测诊断工作的重点有所不同对早期故障，可以通过运转试验、变更设计、改善安装来减少、消除偶发故障率高是不正常现象——应深入研究各种症状、追究剖析设备故障原因，制定相应对策和措施在设备磨耗期，应避免意外突发故障要加强全员设备管理（TPM ） ，广泛应用各种设备监测和诊断技术手段，了解掌握设备运行趋势，进行劣化倾向管理3 设备故障诊断定义 指设备在运行中或者在基本不解体设备的情况下，对设备故障的性质、原因、部位、程度等进行识别诊断，并提供维修维护措施 设备故障诊断分为简易诊断和精密诊断两个层次 简易诊断：即设备的“健康检查” 具体实施时，往往监测设备的某一个特征量，根据量值的范围判断设备是正常还是异常如果对设备进行定期或连续监测，便可以得到一些有规律的东西，并借此进行预测/ 预报简易诊断的作用是监测和保护，目的是对设备的状态作出迅速而有效的概括和评价 精密诊断：是在简易诊断基础上更深层次的诊断，通常需要更多的信息目的是判断故障的性质（渐进性/ 突发性……） 、原因（不平衡/ 不对中……） 、部位（电动机/ 风机……、轴承/ 齿轮……） 、程度（一般故障/ 严重故障……）等，并提供设备检修或治理决策。

设备简易诊断和精密诊断的区别和关系可以用图 1-2 表示 图 1-2 设备简易诊断和精密诊断 3、设 备 维 修方式 的 演 变及发展趋势 设备维修经 历 了 由事后维修、定期维修、预防维修到按状态维修的进化设备点检和状态监测的实施，对维修方式的进化起到了巨大的促进作用如今随着企业的信息化改造和信息技术的发展，设备点检监测和诊断工作已经/ 正在融入设备维修管理系统、设备管理信息系统、企业资产管理系统（EAM ）等，成为设备基础管理最重要的信息 定期维修仅适合与损耗性故障按经验确定的定期维修，往往造成维修不足或者是过剩维修定期大修至少有 3 种不良后果：1）定期维修增加设备的总体故障率有许多事例，本来很稳定的设备，经过维修反而出现许多故障因为对于稳定的系统而言，维修就是一种干扰特别是对于精密设备定期维修只能增加故障率2）定期大修浪费大量人力、物力根据统计，大修中有40—50% 的费用被浪费了因为有许多被维修设备完全处于良好状态3）定期大修使设备的寿命减少对于精密设备，零部件很多，各种零部件的连接特别牢固，每次拆、组、装都要损伤一些另部件，是零部件受到冲击，是设备整体寿命下降 近年来，基于设备状态监测和故障诊断技术发展起来的设备按状态维修是维修方式的革命。

这种维修的特点是：不规定设备的修理周期，而是实时掌握、不断积累设备的状态信息，预测设备的劣化趋势和剩余寿命，根据具体情况制定不同的维修措施这种维修方式的目标致力于：1）通过早期探测故障征兆，及时消除隐患，从而减少非计划检修；2）根据机器状态确定检修内容，提前作好准备，从而缩短停机检修时间；3）根据机器异常的原因和部位，指导检修，从而防止过剩维修；4）通过改善机器性能，提高可靠性，从而延长设备使用寿命；5）通过发现异常工艺参数，及时处理调整，从而优化运行操作等等 设备维修策略主要有：1）预防维修（也称为定期维修，Preventive maintenance/Time_based maintenance） 、按状态维修（也称为预测维修，Condition_based maintenance/Predictive maintenance）和主动维修（也称 为 改 善 性 维 修 ， 或 基 于 故 障 根 源 的 维 修 ， Proactive maintenance/Corrective maintenance/ Root Cause Analysis maintenance ） 以上三种维修策略为主，构成了可靠性维修（RCM 或称之为 RBM ）的基本框架见表 1-1。

有效的常规检查及对于零部件磨损的监控是十分必要的某些情况下，配置备用机组也是必须的对于流程生产关键生产设备来说，事后维修是绝对不可取的 表 1-1 设备可靠性维修基本框架 维修策略 工作原理 优点 缺点 预防维修 设备应具有较稳定的平均故障间隔期，根据设备制造厂建议或使用经验确定 减少设备故障和事故，具有较好人力资源和物质资源计划，维修预算易且准 过剩维修、 欠维修 状态维修 以设备状态监测、故障诊断技术为基础，发现随机性早期故障，预测故障发展 避免设备故障和事故，充分发挥设备效能，实施有针对性的维修，节省维修时间需要各种监测诊断仪器和经过特殊培训的专业和维修费用 技术人员 主动维修 针对重复性故障，以故障根源分析为基础，改进/ 改善设计， 改善生产/ 操作工艺等 根除设备故障或事故发生因素，提高设备运行的可靠性 对专业技术人员要求高，确认和排除均存在一定难度 4．描述机械设备状态的参数及其测量方法 描述机械设备状态的参数很多，对于状态检测和故障诊断来说，主要有功能参数、损伤参数、环境参数和开关量等，见表 1-2 表 1-2 描述机械设备状态的参数及其测量方法 状态参数分类 描述 测量方法 功能参数 生产能力、 能耗、 工艺参数（电、磁）…… 输出功率、效率、能耗…… 损伤参数 承载件裂纹及扩展参数、 接触运动副的磨损参数、 腐蚀环境的腐蚀参数…… 目测、光学、射线、超声、磁粉、渗透、电涡流、声发射…… 环境参数 振动参数 感官、机械式测量、非电量测量、光学振动测量…… 噪声参数 感官（耳朵） 、声强、声压、声功率…… 温度参数 热电偶、热电阻、红外、光纤检测…… 油污染参数 污染度、 磁性磨屑、 铁谱、 光谱…… 排气成分参数 CO浓度、HC浓度、Nox浓度…… 开关参数 开关量、 继电器动作信号等 记录 表 1-3 华阳检测仪器有限公司主要产品一揽表 型号 仪 器 名 称 工 作 原 理 用 途 HCC-25 电涡流测厚仪 电涡流法 非导磁材料上非导电覆盖层 HCC-24 涂层测厚仪 磁阻法 导磁材料上非导磁覆盖层 HCC-18 涂层测厚仪 磁阻法 导磁材料上非导磁覆盖层 HCC-18A 涂层测厚仪 磁阻法 导磁材料上非导磁覆盖层 HCC-17 超声波测厚仪 超声波反射法 实体材料测厚 HCC-16P 超声波测厚仪 超声波反射法 实体材料测厚 HCC-16 超声波测厚仪 超声波反射法 实体材料测厚 HY-441 数字转速表 非接触反射法 旋转体 HY-441L 数字转速表（激光） 非接触反射法 旋转体 HY-441B 频闪数字转速表 光频闪与转频同步 旋转体 HY-301S 数字测温仪 热电效应 物体表面接触测量 HY-302A 测温仪 热电效应 物体表面接触测量 HY-303 红外辐射测温仪 红外辐射 非接触物体表面温度测量 MC-100 电动机故障检测仪 直流阻抗测量法 电机、变压器、电容器 MC-200 电动机故障检测仪 交流电感测量法 电机、变压器、电容器 HA—1 轴承加热器 工频短路涡流法 轴承、轴套等过盈装配 HA—3 轴承加热器 工频短路涡流法 轴承、轴套等过盈装配 HBA-2 电脑轴承分析仪 冲击脉冲法 滚动轴承 HB-1 轴承故障检测仪 油膜电阻法 滚动轴承、滑动轴承 HDE-10 泄漏仪 超声波 压力、 非压力容器密封测量 HLS-10 机械故障听诊器 压电效应 监听设备的杂音 HY-800 抄表仪 观察量、工艺参数记录 HY-101 机械故障检测器 压电效应 振幅测量（速度有效值） HY-102 机械故障检测器 压电效应 振幅 （加速度峰值、 平均值） HY-103 振动测量仪 压电效应 振幅测量（速度、加速度、位移） HY-103B 便携式振动测量仪 压电效应 振幅测量（速度、加速度、位移） HY-103C 振动监测仪 压电效应 振幅测量（速度、加速度、位移）检测 HY-104 机械故障检测器 压电效应 振幅测量（位移的峰峰值） HY-105 振动分析仪 压电效应 振幅测量（速度、加速度、位移） 、频率分析 HY-301ST 温度探头 热电效应 设备表面点温测量 HY-106 巡检仪 压电效应 设备振幅测量与软件分析 HY-106 巡检仪（低频） 压电效应 振幅测量（速度、加速度、位移）频率分析、趋势分析 思考题 1、 设备诊断技术的全称是什么？其含义？ 2、 何为故障？何为失效？ 3、 设备维修管理包含哪些维修方式？ 4、 简述设备维修方式的演变及发展趋势。

5、 设备维修管理诊断技术的意义？ 6、 “浴盆曲线”对设备诊断有什么实际意义？ 第二章 设备振动诊断的理论基础 1 机械振动基本知识 11 振动的分类 振动就是物体围绕平衡位置做往复运动从振动力学的观点来看，振动有以下四类： 1） 自由振动 即系统只受初始激励产生的主振动，这是一种理想的振动，它忽略了系统阻尼的影响系统一次获得必须的能量输入，振动的特点由系统的固有特性决定 2）受迫振动 在持续不断的周期力激励下系统的振动，当设备存在不平衡、不对中、不同心、摩擦、过大间隙等故障时，常造成这种振动 3）自激振动 指系统在受到初始激励后，将持续作用的能源转换成周期作用的能源，从而维持或发展系统的振动例如钟摆、电铃铃锤振动、乐器、呼吸、心跳以及油膜涡动、喘振、机翼颤振密封产生的气动力引起的振动等等 4） 参变振动 由于系统的物理参数（刚度为主）发生变化引起的振动例如主刚度不相等的弹性轴转动时，转子挠度将周期变化还有齿轮齿接触刚度的变化、滚动轴承滚珠与滚道的接触刚度的变化引起的振动等 1、2 振动信号分类 周期信号---可用确定的时间函数来表达如：简谐振动的位移信号tAtxsin)(从此式可见，确定了任何瞬时 t 的振动位移值。

非周期信号—这里主要指瞬态信号，一般将持续时间短，有明显的开端和结束的信号称为瞬态信号如碰撞，爆炸等形成的激振力信号 随机信号—无法用确定的时间函数来表达，不能预测它未来任何瞬时值，只能用概率统计方法进行分析 1、3 振动信号的时域波形 实际上，常常是几个信号叠加在一起因此，我们需要熟悉了解它们的特点，把我们认为有用的信号提取出来 （相关分析，频谱分析……） 2 振动幅值表示方法 2、1 常用振动幅值表示方法 Xp— 是指信号可能出现的最大瞬态幅值在测试之前，一般都应对 Xp或Xp-p有足够的估计以便确定测试系统的动态范围使之不致产生削波现象，真实的反映被测信号的最大值 Xrms— 一般振动测试都是用有效值来描述其主要原因是在于有效值与振动的能量有直接关系 如位移的Xrms代表了振动系统的势能含量； 速度的Xrms代表了振动系统的动能含量；加速度的 Xrms代表了振动系统的功率谱密度的含量 2、2 时域无量纲诊断征兆参数 1）波形指标 (Shape factor)－波形与正弦波比较的偏移和歪斜 2）峰值指标 (Peak factor)— 波形是否有冲击 3）歪度指标 (Skewness) — 以平均值为中心，波形的对称性。

4）峭度指标 (Kurtosis)— 波形的尖峭程度、有无冲击 波峰因数其定义为：峰值与有效值之比它是一个无量纲参数，它用于诊xrms— 有效值 xp— 峰值 xav —平均绝对值 X— 平均值 3rms13111)(xNxxNiixrmsk4断滚动轴承的优点是它不受滚动轴承几何尺寸、转速和载荷的影响，也不受传感器灵敏度的影响该参数适合于滚动轴承和齿轮箱的早期诊断设备无故障时，该值为 3 左右；随故障的出现和发展，该值逐步增大，可达到 10～15；当故障发展到一定程度，它又逐步变小，并接近于 3 齿轮轴承故障的峭度检测也有类似的规律 波峰因数适合点蚀类故障的诊断 监测波峰因数随时间的变化趋势，一般经验认为，滚动轴承正常时，波峰因数大约为 3~5；轴承出现损伤并发展时，波峰因数明显增大，超过 3~5，并可能达到 10~15；故障严重时，波峰因数再次回到 3~5 峭度诊断 峭度定义为归一化的四阶中心矩它也是一个无量纲参数，它用于诊断滚动轴承的优点是它不受滚动轴承几何尺寸、转速和载荷的影响，也不受传感器灵敏度的影响 峭度也是适合点蚀类故障的诊断。

监测峭度随时间的变化趋势，一般经验认为，滚动轴承正常时，峭度大约为 3；轴承出现损伤并发展时，峭度明显增大，甚至可达到几十；故障严重时，峭度再次回落到 3 附近 3 简谐振动的三要素 使用振幅、频率、相位三个物理量可以唯一地描述振动，因此, 它们被称为简谐振动的三要素其中振幅可以用位移振幅、速度振幅和加速度振幅 3个物理量表示它们之间由简单的微积分运算相互联系起来 4 振动检测中位移、速度和加速度参数的选择 一般认为，对振动频率在 10Hz 以下，位移量较大的低频振动，选择位移为检测量另外对于某些高速旋转的机器的振动，旋转精度要求较高时，也用位移来衡量对于多数机器来说，都用速度来评价其振动强度经验表明在覆盖10Hz～1000Hz的频带上， 速度测量完整地表示了机器振动的严重程度而加速度测量的适用范围可以达到 10000Hz 以上，对于宽频带测量、高频振动和存在冲击振动的场合都测量加速度当齿轮、滚动轴承、轴瓦等出现剥落、磨损等缺陷时，往往首先在高频段出现故障信息，只有当故障比较明显时，才能在低频段反映出来，因此，通过检测加速度，可以有效发现设备早期缺陷检测实践中，往往对位移、速度和加速度进行联合测量。

图 2-1 位移、速度和加速度参数的选择 图 2-1 描述的是同一部机器的同一工况用三种传感器测量的幅频图，三者均可用于机器状况的监测但是速度计给出一个近似水平的谱，它所需的动态范围小，因此，针对这一实际测量，速度计被称为“最佳参数” 而对用位移计、加速度计测量，为了描述所有分量的变化，必须采用大得多的动态范围 4、1 位移、速度和加速度的工程单位 根据 ISO1000，位移、速度和加速度的工程单位见表 2-1 表 2-1 振幅的工程单位 振幅参数 工程单位 位移 m, mm, μm 速度 m/s,cm/s, mm/s(或 ms-1,mms-1) 加速度 m/s2（或 ms-2） 工程中，测量加速度时，常使用 g 做单位，1g=9.81 m/s2 4、2 振动量单位及单位变换 1) 绝对单位制——位移 m；速度 m/s ；加速度 m/s2，g=9.81m/s2 （工程上） 通常用来描述振动响应的三个参数是位移、速度、加速度一般情况下，低频时的振动强度由位移值度量，中频时的振动强度常由速度值度量；高频时则由加速度值度量 2)单位变换 虽说位移、速度、加速度这三者之间通过微积分电路进行切换以显示你所需要的参数。

但是在传感器选择时，应力图使最重要的参数能以最直接、最合理的方式测出 因此，我们应该根据对振动现象、振动性质的了解以及对干扰的估计，在位移、速度和加速度三个参数之间正确选定某一个传感器 通过地基传来的干扰常具有宽广的频带，但占主导地位的是低频干扰齿轮、轴承和测量装置的噪声则主要是高频干扰 测量电路中的积分网络可以显着地抑制高频干扰但却使低频干扰得到增强 而微分网络则反之 在发电、石化工业的机组振动监测中，主要用于不平衡和不对中的监测用位移参数进行测量，这时可略去大部分高频小振幅的频率分量相反来自轴承滚动部件的高频振动监测来说，加速度却是最合适的监测参数 3)相对单位（dB）与绝对单位制比较 相对单位制的特点：扩大了动态范围；简化计算 图 2-2 线性幅值谱与对数幅值谱比较 思考题 1、 振动幅值有哪几种表示方式？常用单位？ 2、 时域中无量纲诊断征兆参数有哪些？ 3、 峭度指标的含义？在故障诊断中有何应用？ 4、 描述振动的三要素？ 5、 在振动检测中，如何在位移、速度、加速度三个参数中选择其一？ 6、 设备振动测点的选择？如何标注？ 7 振动监测周期如何确定？ 第三章 设备故障基本分析方法 1 信号的时域分析方法 信号波形是某种物理量随时间变化的关系。

信号在时域内的变换或分析称为时域分析如信号波形的最大值、最小值、平均值、有效值等 为了正确判断设备的状况及诊断其故障，必须了解和设备状态有关的各 振动量表示有： (1) 、绝对单位制——能客观地评定振动大小(位移、速度、加速度) (2) 、相对单位制——用“级”表示 常用几何级，又称对数级，以分贝(dB) 表示 0lg20xxdB  分贝是一个级值相对于参考级值的比率，因此它是无量纲 单位变换： 位移速度加速度 比值与分贝的关系 比值 (x/x0) 2 2 3.16 10 31.6 100 316 1000 分贝 (dB) 3 6 10 20 30 40 50 60 种物理量随时间变化的规律常用的物理量有振动量( 位移、速度、加速度) 、温度、压力、转速等等因此，信号的时域分析是最基本的、最常用的分析方法，也是其它分析方法的基础 时域分析最重要的特点是信号的时间顺序，即数据产生的先后顺序、时域分析主要包括时基波形分析、自相关分析和互相关分析等 优点：包含的信息量大 缺点：不易看出所包含的信息与故障的关系 通常用于故障的初步 识别) 图 3-1 转子碰磨的时域，频域图形 2 信号的频域分析方法 频谱分析是设备故障诊断中用得最广泛的信号处理方法之一。

频谱分析的基础是频谱分析方法使用最普遍的变换是傅氏变换，它将复杂信号分解为有限或无限个频率的简谐分量动态信号的诸频率成分的幅值、相位、功率、能量与频率的关系表达出来就是频谱 频谱图形有离散谱与连续谱之分 频域分析还能研究系统的传递特性，系统输入与输出的关系等 图 3-2 信号的时域和频域图形 图 3-3 频谱分析技术 3 趋势分析 所谓趋势分析，即对机器的重要部位的振动量级（幅值或能量）进行定期的巡检或监测，然后对某一个或几个频率分量做出“级值-时间”趋势曲线进一步将该曲线沿着时间轴外推可的出什么时间机器的运行状态达到危险的极限或做出机器寿命的估算，因而可决定什么时间停机及什么时间检修 名称 波形 频谱 名称 波 形 频 谱  图 3-4 中所示，是某一频率分量的“级值-时间”趋势示意图该图比较直观地揭示了机器运行状态的变化情况如测量的时间间隔越短，则对趋势变化显示得越详细，越容易发现隐藏的问题 趋势分析的基础是对设备的振动监测，以及正确地设定振动的标准振动监测常用的有振动的电平值（峰值或有效值）监测；转速振平图监测（在升速或降速时振平值随转速变化的曲线） ；响应谱监测（响应的振幅谱或功率谱） 。

在各种趋势分析方法中，振动时域信号的峰峰值是最常用、最方便的指标，用比较简单的硬件可以实现对峰峰值的连续监测一旦超限，立即将超限前存储的数据调出来供分析之用，做到不丢失重要的信息这是生产上最受欢迎的做法 峰峰值可以用位移、速度或加速度传感器采集振动信号可以是基座的或者轴颈相对于轴承的前者所采集的是基座或轴承座处的绝对振动，后者是轴颈相对轴承的相对振动由于回转机械的振动状态十分复杂，从频谱上看，包含着多个不同频率、幅值和相位的分量；振动对不同的零部件造成的后果也各异：有的由于疲劳或动载荷超载使结构断裂，轴承、齿轮、连轴节一类零件会磨损、胶合或表面疲劳，动静部件之间的摩擦故障会造成机器的功能丧失和破坏；因此，单单用峰峰值来作为判据并不十分可靠由于结构设计的差异也很大，运行环境和各类回转机械的功能差异很大，要想确定一个绝对的限值，超出这一限值某种机器必然损坏，而低于这一限值必然能保证长期安全运行，是不可能的只能说，这样的限值可以增加长期安全运行的可能性，同时最大限度地减少非计划事故停车的次数 图 3-4 通频值趋势分析法 3、2 频谱趋势分析 图 3-5 频谱趋势分析 图 3-6 整个机械振动能量水平 图 3-7 从瀑布图中获得进一步信息 图 3-8 峰值和有效值趋势瀑布图 4 倒频谱分析 倒频谱分析也称二次频谱分析，是近代信号处理科学中的一项新技术，是检测复杂谱图中周期分量的有用工具。

在机械振动中故障监测和诊断以及排除回报（反射波）影响等方面均得到广泛的应用 倒频谱定义----- -对数功率谱的频谱 CP（q）=|FlogSx （f ）|2 式中： CP（q）------- 倒频谱； Sx（f ） ------ 信号的自谱； （信号的自功率谱密度函数） q ------- 倒频率；具有时间量纲，单位为 s 或 ms 在工程上，还常用 Ca（q）------- 幅值倒频谱 Ca(q)= |FlogSx(f)| Ca(q)=F-1{logX(t)}-------复倒频谱] 图 3-9 齿轮箱振动的频谱与倒频谱 图 3-9 为一齿轮箱振动的频谱与倒频谱频谱图中（高频段）的 A、B、C分别为齿轮啮合频率的基频与二、三次倍频，但调制在啮合频率及谐频处的边带不清晰；倒频谱图中 85Hz的信号明显，故判断故障源主要在转频为 85Hz的轴及该轴上的齿轮 5．共振解调 5．1 调制与解调 调制是工程测试信号在传输过程中常用的一种调理方法，主要是为了解决微弱缓变信号的放大问题 从放大处理来看，直流放大有零漂和极间耦合等问题为此，往往把缓变信号先变为频率适当的交流信号，然后利用交流放大器放大。

最后，在恢复为原来的直流缓变信号像这样一种变换过程，称为调制与解调 调制信号--------- 传感器输出的缓变电信号 载波-------- 载送缓变信号的正弦高频振荡 调制波------- 缓变的信号控制，改变高频振荡的某个参数（幅值、频率、相位） ，使它随着被测信号作有规律的变化（以利于实现信号的放大与传输） ，输出的波形称为调制波调制波分为：调幅波（AM ） 、调频波（FM ） 、调相波（PM ） 图3-10 信号的调制类型 5．2 共振解调 共振解调技术主要是根据设备产生故障时会产生周期性的脉冲激励，由于脉冲激励是宽带信号，与设备与传感器的固有频率产生共振，在频谱中表现为一谱峰群，对此谱峰群进行解调，不仅能有效的识别出设备的早期故障，且根据故障特征频率能精确地诊断出到底是哪个元件发生了故障图 3-11 HY-106巡检仪的共振解调图形 图 3-12 共振解调法原理的图解 当齿轮轮齿表面有了损伤时，在啮合过程中就要产生冲击振动冲击振动具有正常振动冲击所不含的高频分量本方法就是利用高频谐振器将其中等于谐振器谐振频率的高频成分放大（从图 3-12 可见） ，同时也就剔除了所有其他的频率成分。

每受到一次冲击，谐振器就发生一次共振，直到其能量衰减完为止将此高频衰减波用包络检波器进行解调，就得到一组只有故障冲击发生时才有的指数曲线脉冲然后对它进行简单的频谱分析，得到一组基频与其高阶谐频的谱线，其中基频谱线频率就是故障冲击的重复频率，根据解调波的频谱找出齿轮的故障 思考题： 1、 从信号的时域波形分析中，你能知道哪些有用信息？ 2、 为何说频谱分析是设备故障诊断中用得最广泛的信号处理方法呢？ 3、 什么是趋势分析？在设备诊断技术中有何实际意义？ 4、 通频值趋势分析与频谱趋势分析有什么区别？ 5、 工程中常用的倒频谱定义是什么？在设备诊断中倒频谱主要用于哪些故障的判断？ 6、 共振解调是什么？华阳公司的哪一型号的振动监测仪器有此功能？ 第四章 常见设备故障种类与典型频谱 本章对于各种常见故障，分别简述其故障原因，给出频谱和波形特征，并指出与其他故障的区分，最后提供一些典型的实例，以供参考 1 不平衡 不平衡有多种情况，有力不平衡、偶不平衡和动不平衡等力不平衡诊断 当转子质量中心偏离转动中心时出现不平衡造成不平衡的原因通常是：装配不适当、转子上有附加物生成、转子质量磨损、转子破裂或丢失部件。

1）振动波形接近正弦波； 2）轴心轨迹近似圆形； 3）振动以径向为主，一般水平方向幅值大于垂直方向的幅值； 4）振动大小与转速平方成正比； 5）振动频率以1X转频振动为主； 6）振动相位稳定，两个轴承处相位接近同一轴承水平方向和垂直方向的相位相差接近90 度 偶不平衡诊断 1）振动波形接近正弦波； 2）轴心轨迹近似圆形； 3）在两个轴承处均产生较大的振动，不平衡严重时，还会产生较大的轴向振动； 4）振动大小与转速平方成正比； 5）振动频率以1X转频振动为主，有时也有2X,3X等谱线； 6）振动相位稳定，两个轴承处相位相差180度 动不平衡诊断 1）振动波形接近正弦波； 2）轴心轨迹近似圆形； 3）振动以径向为主； 4 ）振动大小与转速平方成正比； 5）振动频率以 1X转频振动为主； 6）振动相位稳定，两个轴承处相位接近 悬臂转子的不平衡诊断 1）振动波形接近正弦波； 2）在轴向和径向均出现较大振动； 3）振动频率以1X转频振动为主； 4）轴向相位稳定，两支承处轴向振动相位接近，而径向相位会有变化 图 4-1 转子不平衡的典型频谱 从图 4-1 转子不平衡的典型频谱中可见： 1) 力不平衡相位稳定，在一阶临界转速下，失衡引起的振幅与速度的平方成正比。

较高是 1×RPM 下的频谱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 90 度 2) 力耦不平衡——在同一转动轴上有 180°相位差通常为 1×RPM频谱，随速度平方的增加而变化，可以引起轴向及径向的较大振动校正时需要在至少 2 个水平面上放置平衡物 3) 动不平衡——是前两种不平衡的合成结果仍以 1×RPM 频谱占主导，相位稳定两支承处同方向振动相位差接近 4）转子不平衡——在轴向和径向都会引起较大 1×RPM 振动轴向相位稳定，而径向相位会有变化往往是力不平衡和力耦不平衡同时出现 图 4-2 转子不平衡故障的诊断 2、不对中 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重的不对中有时会产生类似松动的高次谐波振动. 相位是判断不对中的重要判据之一不对中也有多种情况，有平行不对中、角度不对中和平行与角度不对中等 平行不对中诊断 1）平行不对中产生较大的轴向振动，但径向振动也较大； 2）振动频率以1X和2X转频振动为主， 2X 转频振动往往超过1X； 3）不对中严重时，也会产生高阶谐波振动； 4）联轴器两侧相位相差 0 度。

角度不对中诊断 1）角不对中产生较大的轴向振动； 2）振动频率以1X和2X转频振动为主；但往往存在3X以上转频振动； 3） 如果2X 或3X转频振动超过1X的30％到50％， 则可认为是存在角不对中； 4）联轴器两侧轴向振动相位相差 180 度 平行与角度不对中诊断 1）产生较大的轴向振动，但径向振动也较大； 2）振动频率以 1X和 2X转频振动为主；但往往存在高次谐波振动； 3）联轴器两侧轴向振动相位相差在 0 到 180 度之间 转轴弯曲 1）振动特征类似动不平衡和不对中； 2）振动以1X转频为主，也会产生2X 转频振动 3）振动随转速增加很快； 4）通常振幅稳定，轴向振动可能较大，两支承处相位相差 180 度 图 4-3 转子不对中的典型频谱 图 4-4 角度不对中的典型频谱 图 4-5 平行度不对中的典型频谱 图 4-6 转轴弯曲的典型频谱 图 4-7 转子不对中故障的诊断 3 机械松动 松动既可能导致机器的其它故障也可能因其它故障所引起， 机械部件的磨损变形、轴系的不对中、不平衡等与松动相互影响因松动引发的振动多为中低频振动，一般在 1000Hz以下，振动频率通常为转频或转频的分数谐波及高次谐波，但有时也可能在中高频段有特征表示。

常见部件松动时振动频率见表 4-1 表 4-1 机械松动及特征 松 动 类型 松动部位 振动频率 形态描述 非 旋 转件松动 轴承盖、支座 转频，高次谐波，分数谐波 振动具有方向性，振动幅值稳定 基础螺栓 转频，高次谐波 轴瓦合金松动、间隙大 转频，高次谐波，分数谐波 旋 转 件松动 联轴器磨损、松动 转频，高次谐波 振动具有方向性，测点位置不同， 振幅值不同 运行时稳定， 暂态过程振幅变化 滚动轴承配合松动 转频， 高次谐波 （有时也有分数谐波） ，轴承特征频率 转子部件配松动 转频，高次谐波； 转子或支承的固有频率 图 4-8（A）结构框架或底座松动 图 4-8 （B）轴承座松动 图 4-8（C） 轴承等部件配合松动 图 4-9 轴承部件松动时的频谱 C: 4、轴承故障 4．1 滚动轴承 滚动轴承的早期故障是滚子和滚道剥落、凹痕、破裂、腐蚀和杂物嵌入产生原因包括搬运粗心、安装不当、不对中、轴承倾斜、轴承选用不正确、润滑不足或密封失效、负载不合适以及制造缺陷 图 4-10 滚动轴承频谱 （1）径向振动在轴承故障特征频率（见下面说明部分）及其低倍频处有峰若有多个同类故障（内滚道、外滚道、滚子……） ，则在故障特征频率的低倍频处有较大的峰。

（2）内滚道故障特征频率处有边带，边带间隔为 1×RPM （3）滚动体故障特征频率处有边带，边带间隔为保持架故障特征频率 （4）在加速度频谱的中高频区域若有峰群突然生出（图 4-17） ，表明有疲劳故障 （5）径向振动时域波形有重复冲击迹象（有轴向负载时，轴向振动波形与径向相同） ，或者其波峰系数（见说明部分）大于 5，表明故障产生了高频冲击现象 图 4-11 滚动轴承故障频率阶次图 图 4-12 滚动轴承故障 I(a) （外环） 图 4-13 滚动轴承故障 I(b):外环和不平衡 图 4-14 滚动轴承故障 II: 内环 ( 带径向负载) 图 4-15 滚动轴承故障 III ：转动部件 （带有径向负载） 图 4-16 滚动轴承故障 IV: 保持架 图 4-17 轴承疲劳时的加速度频谱 a—正常轴承；b—外圈疲劳； c—钢球疲劳；d—内圈疲劳 故障分析 （1）频域 ①确认故障特征频率处有峰，表明存在该种故障，若还有明显的倍频成分，表明故障严重 ②确认内滚道特征频率处不但有峰，还有间隔为 1×RPM 的边频，表明有内滚道故障 ③确认滚子特征频率处不但有峰，还有边频，表明有滚子故障。

④确认高频区域有峰群出现，表明轴承有疲劳故障 ⑤若轴向有负载，则可注意轴向滚动与径向振动有类似特征 （2）时域 可能有重复冲击现象，但很小重复率等于故障特征频率 4．2 滑动轴承 滑动轴承可能有多种故障，其中包括间隙过大，油膜涡动和油膜振荡以及摩擦造成这些故障的原因是装配不当，润滑不良，负荷欠妥，长久磨损及轴承设计不当 4．2．1 间隙过大（无涡动） 轴与轴承间隙过大，这种情况类似于不对中和机械松动，应注意其区别其频谱和波形特征如下（图 4-18） 图 4-18 滑动轴承间隙过大振动频谱 （1）径向振动较大，特别是垂直方向： ①有稳定的 l ×、2×或 3×RPM 分量； ②可能有明显的高次谐波分量（4～10）×RPM （2）可能有较大的轴向振动，特别对于止推轴承： ①有稳定的 l ×、2×或 3×RPM 分量； ②可能有较高次谐波分量 （3）径向和轴向时域波形为稳定的周期波形占优势，每转一圈有 1、2或 3 个峰值没有较大的加速度的冲击现象若轴向振动与径向振动大小相近，表明问题严重 故障诊断： （1）确认频谱中有稳定的 1×、2×或 3×RPM分量并占优势垂直方向比水平方向振动更大。

相对较小的（4～10）倍频成分，但可能仍较显着 （2）检查轴向振动，可能与径向频谱类似若与径向振动大小相近，表明问题严重 （3）确认时域波形中稳定的周期波形占优势，每转一圈有 1、2 或 3 个峰值没有较大的加速度的冲击现象 说明： （l ）间隙过大与不对中的区分可根据以下两点： ①间隙过大时垂直方向振动比水平方向更大；而不对中时垂直与水平方向振动相同； ②间隙过大时（4～10）×RPM分量较显着，类似于机械松动的现象；而不对中时高次谐波小 （2）间隙过大与机械松动的区分可根据以下两点： ①间隙过大时其时域波形为稳定的周期波形占优势，且没有大的冲击现象；而机械松动时其时域波形较杂乱，有明显的非周期性信号使波形不稳定； ②间隙过大时轴向振动可能较大，特别是止推轴承；而机械松动时轴向振动较小或正常 一般应在排除了机械松动的可能性之后再确认间隙过大 4 2.2 油膜涡动和油膜振荡 在轴与轴承间隙太大或机组热态不对中等引起较大振动的情况下，若加之轴承设计不当、润滑不良或由于载荷、转速的突变破坏了正常润滑状态，可能产生油膜涡动在此情况下，如果转速高于轴系一阶临界转速的两倍，则涡动可能发展成更危险的油膜振荡。

其频谱、轴心轨迹和波形特征如下 （图4-19， ） （l ）较大的径向振动频谱中有明显而稳定的涡动频率分量——（42～48）% ×RPM 分量可能有高次谐波分量 （2）轴向振动在涡动频率处的分量较小 （3）若在一阶临界转速频率处出现显着峰值，则表明已出现油膜振荡 （4）轴心轨迹呈现双椭圆或紊乱不重合，模拟轴心轨迹呈现内“8”字形 （5）时域波形中稳定的周期信号占优势，每转一周少于一个峰值，没有较大的加速度冲击 图 4-19 滑动轴承油膜涡动或油膜振荡时的频谱、波形 a—频谱；b—波形 故障诊断： （1） 确认径向振动频谱中有显着而稳定的 （0.42 ～0.48 ） ×RPM 分量 （看起来象是 1/2 ×RPM 分量，须仔细分辨） 可能有较大的高次谐波分量 （2）确认轴向振动的涡动频率处分量较小 （3）观察轴心轨迹呈双椭圆或紊乱不重合，模拟轴心轨迹呈内“8”字形 （4）确认时域以稳定的周期波形为主，每转一周少于一个峰值没有较大的加速度冲击 说明： （1）为了区分涡动频率（42% ～48% ）×RPM分量与机械松动或轴承摩擦产生的 1/2 ×RPM 分量，须使用高分辨率频谱和峰值标记。

为此，应设置足够大的谱线数、使频率分辨率达到转速的（2～5）% 如机器转速为 7500r/min ，分析频率 2000Hz，要求分辨率达到 2%RPM=7500/60 ×2%=2.5Hz，则谱线数N=2000/2.5=800 （条） 若分析分析频率改为 1000Hz， 则谱线数 N=1000/2.5=400（条） （2）机器起动过程中，如果达到临界转速时油膜涡动开始出现，则当转速超过临界转速后涡动仍会存在，当转速超过临界转速的两倍时，油膜振荡有可能出现一旦出现油膜振荡，振幅急剧增大，即使再提高转速，振幅也不会减小 （3）涡动频率与轴和轴承间隙有关，间隙增大时涡动频率减小摩擦有可能激发涡动 （4）具有导向轴承的长垂直轴容易发生涡动，部分原因是由于轴上静载小由其他液体润滑轴承时也容易出现涡动，例如，具有水润滑导向轴承的垂直提升泵 4．2．3 摩擦 轴颈与轴承表面直接接触就发生磨擦，摩擦可以是间断的或连续的引起摩擦的原因是润滑不足，间隙不适当，载荷不正确或其他故障造成的较大振动摩擦往往造成轴的反向涡动其频谱和波形特征如下： （1）对于间断性摩擦： ①径向振动较大，有不稳定的 1/2 、1/3 或 1/4 ×RPM分量，类似于机械松动引起的 1/2 ×RPM 分量； ②时域波形中有不稳定的冲击信号占优势，轴每转一圈只有少于一个的峰值； ③轴向振动小。

（2）对于连续摩擦： ①径向振动大（止推轴承除外） ，高频部分能量较大； ②时域波形中有不稳定的“噪声”信号； ③轴向振动小（对于止推轴承，有摩擦时其轴向振动大于径向振动） 故障诊断： （l ）确认径向振动大（止推轴承除外） ： ①若频谱中有不稳定的 1/2 、1/3 或 1/4 ×RPM分量，则可能是间断性摩擦； ②若频谱中高频部分能量大，则可能是连续性摩擦 （2） 若时域波形有不稳定的冲击信号占优势， 轴每一转只有少于一个的峰值，则可能是间断性摩擦；若时域波形中有不稳定的“噪声”信号，则可能是连续性摩擦 （3）确认轴向振动小（止推轴承的轴向振动大于径向振动） 说明： （1）摩擦可激发结构共振，共振频率在高频范围由于连续摩擦造成的共振较大，所以其高频能量大 （2）为了确认连续摩擦时的高频振动能量大，也可在低频 10～1000Hz 和高频 100～10000Hz范围内分别测量其振动有效值并进行比较 5．齿轮 齿轮箱有一些特殊的故障，如节线偏斜、偏心、齿距误差、齿面磨损、点蚀和剥落、断齿等造成上述故障的原因有：制造缺陷、安装调整不当、过量磨损、润滑不足、污染、金属疲劳和超负荷运转等。

这些故障虽然能在频谱上反映出来，但由于齿轮箱频谱看起来比较复杂，辨认比较困难一个有效可行的方法是，针对每个齿轮箱，在状态良好、工作正常情况下采集得到其基准频谱，并在状态监测和故障诊断中通过对比基准频谱发现问题一般齿轮箱的基准频谱如图 4-20 所示 图 4-20 齿轮箱基准频谱 5．1 齿轮有故障时的频谱和波形特征（见图 4-21） （1）故障齿轮在啮合频率机器谐波频率上有较大的振动分量 图 4- 21 齿轮箱振动频谱和波形 a—频谱；b—波形 （2）在啮合频率及其谐波频率附近有表明调制作用的边频带 （3）对于螺线齿轮、斜齿轮和人字齿轮，轴向振动大，其频谱特征与径向振动相同 故障诊断： （l ）在相同工作条件下，将故障齿轮箱频谱与基准频谱对比，注意频谱中的啮合频率及其二倍和三倍频根据明显增大的啮合频率分量或其谐波分量确定有故障的齿轮对 （2）在对比基准频谱时，注意啮合频率及其二倍和三倍频有无边频带根源边频的频率间隔确定故障的根据（即产生调制的故障所在） ，边频幅值的大小表明故障严重程度 （3）为求出边频的频率间隔，应设置足够大的谱线数，以提高频率分辨率，也可采用细化和倒频谱技术 （4）利用连续监测判定齿面点蚀剥落程度（如图 4-22） 。

图 4-22 齿轮点蚀程度诊断 a—新齿轮；b—中等程度点蚀 c—严重点蚀；d—啮合频率 新齿轮全频范围内振动水平低，啮合频率分量及其二、三次谐波分量的幅值依次减小中等点蚀程度的频谱振动水平增大，啮合频率二次谐波幅值超过基波幅值，且二次谐波边频增多达到严重程度时，谱底噪声水平急剧上升，且啮合频率谐波延伸到七次以上 （5）齿轮缺陷产生的冲击可以激发一个或多个齿轮的自振，自振频率是各齿轮的固有频率（图 4-23） 在自振频率两 图 4-23 以自振频率分量诊断齿轮故障 a—频谱；b—细化谱 侧有故障齿轮转速调制产生的边频，在高分辨率细化谱上可以分析, 啮合频率边频一样进行诊断 说明： （1）齿轮啮合频率计算：设两轴转速分别为 f1、f2，两齿轮齿数分别为 Z1、Z2，则 啮合频率 fc= f1 Z1= f2 Z2 （2）由边频间距代表的调制频率可以是： ①各轴转速（输入轴、输出轴、中间轴） ②外部转速或负荷的波动频率 ③波动啮合频率[ 等于（啮合频率 fc）/ （f1与 f2的最小公倍数）] （3）若同时存在两种以上的故障，则各故障频率之和或之差也可成为调制频率，这称为“中间调制” 。

（4）常见的频率调制来自转速波动，常见的幅值调制来自齿轮偏心或不均匀磨损密集在啮合频率周围的边频来自节圆偏心，很宽的边频来自断齿 实例 JCF-500 齿轮箱的边频分析 某水电站用 JCF-500齿轮箱振动过大其技术参数为： 输入轴转速 f1=180r/min=3Hz ； 输出轴转速 f2=750r/min=12.5Hz ； 大齿轮齿数 Z1=99； 小齿轮齿数 Z2=24； 啮合频率 fc=f1Z1=300Hz （2）诊断 对振动最大的轴承作振动信号频谱分析并进行细化，其细化谱如图 4-24所示以非常接近啮合频率理论值的 299Hz 为中心，向两侧寻找边频带结果见表 4-1 表 4-1 编号 f （Hz） 编号 f （Hz） 1 274.8 10 302.8 2 278.0 11 305.8 3 281.1 12 307.5 4 204.2 13 312.3 5 287.3 14 315.5 6 290.5 15 318.1 7 295.5 16 320.8 8 296.7 17 324.7 9 299.8 18 328.7 图 4-24 齿轮箱细化谱 仔细分析可以看出，一族变频为 299 ±n×12.5Hz，比较突出；另一族为 299±n×3Hz，不太明显。

由于 12.5Hz 是输出轴转频，表明啮合振动受到小齿轮转频 f2的调制由此诊断为小齿轮有故障，故障性质有两种可能：小齿轮加工分度误差大，或者载荷波动引起 思考题： 1、 不平衡有哪几种形式？它的频谱图有何特点？ 2、 不对中频谱图与不平衡的频谱图有何区别？ 3、 机械松动的频谱图的特点？ 4、 如何应用共振解调功能，分析滚动轴承的故障？ 5、 如何应用共振解调功能，分析齿轮的故障？ 第五章 设备状态点检网络化管理系统 1、设备状态点检网络化管理系统概述 设备状态点检管理系统是面向企业全面进行点检设备状态检测和管理的操作平台它依托企业内部网络，采用服务器/ 客户端体系结构，以数据库为核心，将企业内部各部门点检设备状况信息动态上传至服务器，实现了数据的内部共享，并利用客户端程序进行数据读取和设备状态的分析，不仅有助于各工作站现场设备监测诊断人员的直接沟通，而且使中、高层技术和管理人员可及时了解设备状况，并可进一步优化宏观管理 系统结构: 系统结构流程  整个系统基于企业内部的 Intranet网络，采用 Client/Server体系结构；  HY －106 巡检仪把巡检数据回收至设在车间的点检工作站；  各点检工作站再通过数据上传程序将点检数据上传至分厂级数据库服务器；  以数据库为核心，企业内部各车间的点检设备状况信息动态上传至厂级服务器后，实现了数据的内部共享；  客户端点检数据分析软件（信号分析）可利用数据库服务器中实时的数据对设备的状态进行分析处理；  客户端点检数据浏览软件（状态浏览）为管理层人员提供测点分布图片以及设备报警状态；  工作站和操作平台上均提供了丰富的信号分析功能，可以保证及时有效的对设备状态进行分析诊断。

系统作用  动态上传点检工作站的分布设备数据至厂级数据库服务器，实现企业内部数据积累和共享；  客户端程序（信号分析软件）采用树状结构直观显示设备的状态信息；  信号分析软件提供波形、谱分析多种功能，可分析企业集团公司内部设备中任一测点的数据并显示趋势；  信号分析软件提供包含幅值、频段报警在内的多种报警方式；  信号分析软件自动生成测点的报警事件报告和数据分析报告；  报警设置具有用户根据系统实际情况进行修改、调整的功能 系统组成之一：点检数据库服务器 以数据库服务器为核心，在整个企业（单位）范围内，实现信息共享 数据库包含信息  设备的完整状态信息：设备运行有关的振动量、工艺量、观察量等信息；  配置信息：工厂、设备与测点之间的隶属关系以及相关信息；  报警设置信息：实现对设备状态的自动监测；  事件管理信息：记录设备状态报警事件的相关信息以及对应用系统的操作记录； 用户管理信息：分配用户管理和使用信息的权限 系统组成之二：点检工作站 点检工作站系统功能  数据采集：点检人员利用手持式数采器或手抄表，根据所下达的点检计划任务，完成对多种设备状态数据的采集或记录；  数据的维护和管理：对状态数据和相关辅助信息进 行统一的维护和管理，支持用户对数据的直接操作；  数据的分析：提供常用信号分析方法，进行基本的设备状态监测和诊断；  数据的上传：利用网络，及时将状态数据依照在工作站所属厂级服务器中的设置（例如：报警设置和特征变量计算）进行处理，传送到厂级服务器中。

系统组成之三：点检客户端 针对企业中专业技术人员和管理人员的不同需求，点检系统分别提供两类客户端软件：信号分析软件和状态浏览软件 客户端程序 1 — 信号分析 点检信号分析软件利用数据库服务器中的数据对设备的状态进行分析处理 信号分析软件主要功能  监测参量和报警设置 设置方式：自动设置、用户自定义； 监测参量：时域指标、频率分量、频段能量等； 报警方式：水平报警、窗内报警、窗外报警等  测点分析 测点状态、时域波形、时域特征指标、频谱分析、频域峰值统计  趋势分析 测点监测参量趋势、多参量趋势、谱阵图  对比分析 波形比较（基准数据/ 参考数据） 、频谱比较（基准数据/ 参考数据） 、多频谱比较  报告生成 自动生成完善的监测分析报告：Word文档、自动打印 客户端程序 2 — 状态浏览  设备状态浏览软件为管理层人员提供测点分布图片、设备报警状态以及各类统计信息 状态浏览软件主要功能  设备信息树形导航：显示企业部门、设备、测点的隶属关系；  设备信息图片导航：显示企业、部门、设备及测点的图片，直观反映企业行政层次结构、设备管理层次结构以及设备测点分布情况；  提供测点状态趋势分析功能； 提供报警状态统计和巡检周期统计。

2．设备状态点检网络化管理系统前期准备工作 点检系统在一个企业的顺利实施，必须做好系统安装前的准备工作，这样既可以节省时间，也可以提高效率 系统实施的前期准备工作包括一些几个方面： 一、 硬件方面： 1、 提供该系统实施所需要的计算机（设置服务器和工作站的计算机） 计算机的要求如下： 服务器的配置： CPU ：奔腾 P41.0G 以上 内存：256MB以上 显卡：标准 VGA ，24 位真彩色 硬盘：40G以上 其它：网卡，键盘，鼠标, 客户端的配置： CPU ：奔腾Ⅲ800 以上 内存：128MB以上 显卡：标准 VGA ，24 位真彩色 硬盘：10G以上 其它：网卡，键盘，鼠标, 工作站的配置： CPU ：奔腾Ⅲ800 以上 内存：128MB以上 显卡：标准 VGA ，24 位真彩色 硬盘：10G以上 其它：网卡，键盘，鼠标 操作系统的要求如下： 目前该系统支持：Windows98/NT/2000/ME/XP 等操作系统如果要保证服务器和工作站的计算机的正常、稳定运行，除了加强计算机的安全管理外，最好实行域管理，限制对计算机的操作权限，这样可以减少人为因素对计算机的破坏 实行域管理的要求如下： 服务器：要求安装 Windows 2000 Server操作系统。

工作站：要求安装 Windows 2000 Professional操作系统 客户端：可以安装 Windows9x/NT/2000/ME/XP 等操作系统 如果不实行域管理，服务器要求安装 Windows 2000 以上的操作系统，工作站可以安装 Windows 98，但是我们推荐安装 Windows2000的操作系统, 客户端的操作系统不做要求，最好是 Windows98以上的操作系统 2、提供企业内部的局域网，保障网络的畅通和稳定运行 3、购置数据采集的仪器： ① HY-106巡检仪，主要用于测量设备的振动量（如速度、加速度、位移等） ，HY-106T还可以通过温度探头接触式测量温度，温度范围在－15℃—150℃之间都能准确测量 ②HY-800抄表仪，主要用于测量设备的工艺量（如电压、电流、温度、压力等）和观察量（如漏油、异响、部件松动、润滑等） ③电子标签，主要用于固定在设备上或附近，便于在测量时通过读取电子标签，快速检索到该设备的相关测点信息，设备与电子标签应一一对应如果电子标签不能满足指定设备多种参量或多个参量的测量时，可考虑将设备按其分布位置分开表示： a. 正常表示 b. 设备和其控制室分开表示 二、 软件方面： 1、 人员安排： 点检系统的正常运行，必须要有相应的人员负责各个方面的具体工作，这样才能保障系统正常运行，起到监控设备的运行状态的作用。

人员要求如下： 管理组： 项目管理人员：管理点检系统的实施工作 企业管理人员：检查设备运行状态 维护组： 计算机管理人员：负责维护网络及计算机的正常运行 系统管理人员：负责点检系统的安装（即服务器、工作站和客户端软件的安装） 、维护、人员培训等 运行组： 计划管理人员：负责维护数据库，安排采集人员，制定、分配和检查巡检计划的执行情况以及巡检违规的统计和考核 分析诊断人员：负责查看数据，对数据作出分析，排除设备故障 数据采集人员：负责采集数据 2、系统的结构布置： a、 上端集中式管理（计算机及网络与点检系统的管理维护一体化） b、 上端分布式管理（计算机及网络与点检系统的管理维护分开） c、 下端分布式（即巡检计划的制定由各个车间来完成，巡检计划的制定、下达与回收一体化） ，假设采用上端集中式管理 d、 下端集中管理（即数据库维护，巡检计划的制定在配置工作站中集中进行，点检工作站只负责下达与回收巡检计划，并上传数据） ，假设采用上端集中管理注意：配置工作站和点检工作站应在同一网关下，才能实现下端集中管理的功能 大型企业推荐部署： 3、网络要求： 除了要求企业局域网的网络畅通和稳定运行外，还要求服务器和工作站的计算机要求分配固定的 IP 地址，以保障数据能够及时的传送。

4、工作站的设置： 工作站的数量和布置（推荐以车间为单位配置工作站，如果车间太大，可以增加工作站的数量） 5、巡检设备和测点的统计：★ 请按照我们所提供的样表详细填写设备和测点的相关信息一般以车间为单位，建立工作站，一个工作站提供一套点检系统设备报表 点检系统设备报表( 详见附表) 6、设备照片的配置：★ 主要用于图片导航，你可以在设备照片上看到该设备的测点分布及相应的数据 3．设备状态点检网络化管理系统安装 系统安装共分为三个部分： 一、 点检数据库服务器 点检数据库服务器是整个系统的核心，点检工作站采集的所有设备的数据在这里汇总，然后各个数据分析客户端通过企业局域网访问服务器从而实现数据共享和设备状态监控 软件安装包括： ⑴数据库服务器软件 SQL SERVER 2000 ； ⑵点检数据库管理器； ⑶加密锁驱动程序（Sentinel System Driver） ； ⑷加密锁服务启动程序（Sentinel SuperProServer） ； 二、 点检工作站 点检工作站是该系统的最基础的工作单元，它负责设备运行数据的采集，是所有其他活动的基础 软件安装包括： ⑴SQL SERVER 2000客户端； ⑵HY-106单通道巡检系统； ⑶数据上传程序； 三、 点检客户端 点检客户端是该系统的功能的最终体现， 它负责对采集上来的设备运行状态数据进行诊断分析和了解设备状况。

软件安装包括： ⑴SQL SERVER 2000客户端； ⑵信号分析； ⑶状态浏览； ⑷巡检计划管理器； 4．设备状态点检网络化管理系统后期调试运行 后期调试运行主要包括： 1、SQL Server数据库的建立和配置相关信息； 2、点检客户端的配置和连接； 3、点检工作站的 Acess 数据库的建立； 4、巡检计划的制定、巡检仪和手抄表的任务发送、回收和现场采集数据的指导； 5、数据上传程序的设置和网络连接调试； 6、安装记录的填写和归档； 7、系统软件的安装、配置、操作以及巡检仪和手抄表的使用等培训工作 1、点检数据库管理器的使用说明 点检数据库管理器是用于创建、维护 SQL Server 数据库、配置工作站 IP地址等操作的一个管理器，必须在安装有 SQL Server 2000的计算机上安装点检数据库管理器 主要功能如下： ① 建立 SQL Server数据库 过程如图所示： 如上图所示, 在创建数据库时, 必须填写服务器名、SQL SERVER 用户名和密码、数据库名、企业名、工厂名等信息 ② 工作站设置 必须为工作站配置 IP 地址，只有这样工作站的数据才能上传至服务器的数据库中。

③ 用户管理 包括系统管理员、高级用户、一般用户，用于信号分析和状态浏览中连接数据库时，用不 同的用户名具有不同的权限 ④ 备份和恢复数据库 定期备份数据库，做好数据的保存工作，以防止发生意外事件导致数据的丢失 2、点检客户端的使用说明 点检客户端包括信号分析和状态浏览，它们主要是用于设备状态数据分析处理和浏览的 首次使用信号分析连接服务器的数据库时，必须先添加数据库后，再连接即可 连接成功后，如下图所示： 当需要配置设备照片、布置测点、设置特征参数组和特征频率组、编辑观察码等，在连接数据库时，选中“获取配置权限”后输入密码（缺省值为空） ，即可进行设置 3、点检工作站的使用说明 点检工作站的主要职责是采集设备运行的数据，然后把数据上传至服务器 主要功能如下： ⑴数据库维护工具 ① 数据库菜单 主要包括“新建数据库” 、 “数据源配置” 、 “解除数据库独占”等功能 新建数据库：进入“数据库”菜单，点击“新建数据库”菜单项，保存文件后出现数据库创建向导，你可以在数据库向导的帮助下完成数据库的创建工作 数据源配置：如果工作站的 Acess 数据库已经创建或者重新安装软件后，下来就要把数据库文件添加进来，点击“数据源配置”菜单项，出现数据源配置窗口，找到数据库文件添加进来就行了。

解除数据库独占：异常操作数据库，下达或回收数据中途出现突然的死机、断电，没有正常退出系统强行关机等情况都可能造成数据库被锁住的现象，这时就需要点击“解除数据库独占”菜单项，以解除独占，恢复正常一般正常操作不会出现此现象，很少用到 ② 数据维护菜单 主要包括“企业信息” 、 “部门信息” 、 “设备信息” 、 “测点信息” 、 “检测人员信息” 、 “巡检数据信息” 、 “临时数据信息” 详细介绍参见帮助文件 ③工具菜单 主要包括“升级数据库” 、 “合并数据库” 、 “合并配置信息” 主要用于数据库文件的版本升级、多个数据库信息的合并 ⑵制定巡检计划  进入制定巡检计划界面后，可以进行新建、修改、删除、更改巡检计划属性等操作 ⑶下达巡检计划 ⑷回收巡检任务 ⑸巡检数据分析 ⑹生成数据报表 4、数据上传程序的使用说明 数据上传程序的主要作用是把点检工作站所采集的设备数据动态上传至服务器，以便于数据的保存和分析 数据上传程序的设置如下图所示： 附 表 附表主要包括如下内容： 1、 点检系统设备报表 工程单位、观察码、测点类型表 思考题： 1、 简述设备状态点检网络化管理的结构？ 2、 设备状态点检网络化管理系统是采用何种工作模式进行工作的？ 3、 设备状态点检网络化管理系统的应用的目的有哪些？ 4、 简述点检工作站数据库服务器和信号 分析有哪些主要的功能？ 5、 简述设备状态点检网络化管理系统的实用性？ 6．点检工作站的作用？ 附录 1 机械设备振动标准 1 设备振动测点的选择与标注 1、1 监测点选择 测点最好选在振动能量向弹性基础或系统其他部分进行传递的地方。

对包括回转质量的设备来说，建议把测点选在轴承处或机器的安装点处也可以选择其他的测点，但要能够反映设备的运行状态在轴承处测量时，一般建议测量三个方向的振动铅垂方向标注为 V，水平方向标注为 H ，轴线方向标注为 A，见图 6-1 图 6-1 监测点选择 图 6-2 在机器壳体上测量振动时，振动传感器定位的示意图 2） 振动监测点的标注 （1）卧式机器 这个数字序列从驱动器非驱动侧的轴承座赋予数字 001 开始，朝着被驱动设备， 按数字次序排列， 直到第一根轴线的最后一个轴承 在多根轴线的( 齿轮传动) 机器上，轴承座的次序从驱动器开始，按数字次序继续沿着第二根轴线到被驱动器往下排列，接着再沿着第三根轴线往下排列，直到机组的末端为止常见的几种标注方法见图 6-3～6-5 图 6-3 振动监测点的标注 图 6-4 振动监测点的标注 图 6-5 振动监测点的标注 （2）立式机器 遵循与卧式机器同样的约定 3）现场机器测点标注方法 机壳振动测点的标注可以用油漆标注，也可以在机壳上粘贴钢盘来标注振动测点，最好采用后一种方法标注采用钢盘时，机壳要得到很好的处理钢盘规格为厚度 5mm ，直径 30mm ，用强度较好的粘接剂粘接，以保证良好的振动传递特性。

2 设备振动监测周期的确定 振动监测周期设置过长， 容易捕捉不到设备开始劣化信息， 周期设置过短，又增加了监测的工作量和成本因此应根据设备的结构特点、传动方式、转速、功率以及故障模式等因素，合理选定振动监测周期当设备处于稳定运行期时，监测周期可以长一些；当设备出现缺陷和故障时，应缩短监测周期在确定设备监测周期时，应遵守以下原则； 1）安装设备或大规模维修后的设备运行初期，周期要短（如每天监测一次） ，待设备进入稳定运行期后，监测周期可以适当延长 2）检测周期应尽量固定 3）对点检站专职设备监测，多数设备监测周期一般可定为 7 至 14 天；对接近或高于 3000 转/ 分的高速旋转设备，应至少每周监测 1 次 4）对车间级设备监测，监测周期一般可定为每天 1 次或每班 1 次 5）实测的振动值接近或超过该设备报警标准值时，要缩短监测周期如果实测振动值接近或超过该设备停机值，应及时停机安排检修如果因生产原因不能停机时，要加强监测，监测周期可缩短为 1 天或更短 3 设备振动监测信息采集 3．1 振动监测参数的选择 对于超低频振动，建议测量振动位移和速度； 对于低频振动，建议测量振动速度和加速度； 对于中高频振动和高频振动，建议测量振动加速度。

说明如下： （1） 设备振动按频率分类 根据振动的频率， 设备振动可以分为以下几种：1）超低频振动，振动频率在 10Hz 以下2）低频振动，振动频率在 10Hz 至1000Hz3）中高频振动，振动频率在 1000Hz 至 10000Hz4）高频振动，振动频率在 10000Hz以上 （2）位移为峰峰值；速度为有效值；加速度为有效值；有时根据需要，速度和加速度还要测量峰值 3． 2 振动监测中的几个“同” 为保证测量结果的可比性，在振动监测中要注意做到以下几个“同” ： 1）测量仪器同；2）测量仪器设置同；3）测点位置、方向同；4）设备工况同；5）背景振动同并尽量由同一个人测量 3．3 振动数据采集 应严格按监测路径和监测周期对设备进行定期监测采集设备振动数据时，通常还需要记录设备的其他过程参数，如温度、压力和流量等，以便于比较和趋势管理设备监测人员要及时作好测试记录的整理、备份；对存在疑义的数据记录，要及时核准；及时分析处理测量数据；作好趋势预测和简易诊断 4 评价机器状态的方法 机器状态的评价是设备简易诊断的重要内容之一，就是根据一些振动标准或方法判断机器处于什么状态，为设备有序运行和适时维修提供依据。

由于机器振动特性之间存在较大差异，在类似运行状况下机器的振动水平会出现较大的差异一种振动水平在一台机器上可能很好，而在另一台机器上可能会导致严重的后果，因此应对不同的设备建立不同的振动标准 由前所述，设备振动监测劣化倾向管理的方法有三种，即振动值（振幅） 、无量纲参数和频谱图的劣化倾向管理利用振动测量评价机器状态大体上也分为这几类 实际工作中建立评价机器状态标准的方法有许多，常见的有振动标准法、类比判断法、趋势图法等等建立振动的标准还可以参考机器制造商的建议，当然最好是长期监测设备，创建特定设备的标准 4.1 绝对判断标准 绝对判断标准是评价机器状态最常用的方法绝对标准有国际标准、国家标准、行业标准等 （1） ． 在非旋转部件上测量和评价机器 ISO2372 （表 6-1） 、ISO10186（表 6-2）等国际振动标准是最常用的振动判断标准 表 6-1 ISO2372国际振动烈度标准 振动速度有效值 （mm/s） ISO2372 ISO3945 第一类 第二类 第三类 第四类 刚性基础 柔性基础 0.28 A A A A A A 0.45 0.71 1.12 B 1.8 B 2.8 C B B 4.5 C B B 7.1 D C C 11.2 D C C 18 D D 28 D D 45 71 注： 第一类 小型机械（如 15Kw以下的电机） ；第二类 中型机械（如 15～75Kw的电机以及 300Kw以下的机械） ；第三类 大型机械（刚性基础） ；第四类 大型机械（柔性基础） ；转速：600～12000rpm；振动测量范围：10～1000Hz。

需要说明的是，ISO2372 标准仅适用于机壳或轴承座的振动；对于复杂振动来说，振动速度有效值（RMS ）的测量更为重要，RMS值说明了设备振动的能量大小；对于 600rpm 以下的设备，可能更关心峰值的测试；振动值是所测量的各个轴承各个方向的最大值；应选取机器在额定转速和各种负荷下的最大振动烈度作为判断依据；所谓刚性基础是指机器支承系统的固有频率高于激振力的频率，柔性支承指机器支承系统的固有频率低于激振力的频率 表 6-2 ISO10186 国际振动标准 第一组：额定功率大于 300KW 小于 50MW 的大型机器 电机转轴高度 H≥315mm 支撑类型 区域边界 位移有效值μm 速度有效值 mm/s 刚性 A/B 29 2.3 B/C 57 4.5 C/D 90 7.1 柔性 A/B 45 3.5 B/C 90 7.1 C/D 140 11.0 第二组：额定功率大于 15KW 小于等于 300KW 的中型机器 电机转轴高度 160≤ H≤315mm 刚性 A/B 22 1.4 B/C 45 2.8 C/D 71 4.5 柔性 A/B 37 2.3 B/C 71 4.5 C/D 113 7.1 第三组：离心式、混流式或轴流式——额定功率小于 15KW 的泵 刚性 A/B 23 2.8 B/C 36 4.5 C/D 57 7.1 柔性 A/B 36 4.5 B/C 57 7.1 C/D 90 11.0 支撑类型 区域边界 位移有效值μm 速度有效值 mm/s 注：1）适合条件：额定功率大于 15KW 和额定转速在 120 rpm~15000rpm 在现场测量的工业机器；2）区域说明：区域 A：优质；区域 B：良好；区域 C：注意；区域 D：危险。

（2） ． ISO7919 轴振动评价标准 表 6-3 为 ISO7919-1 旋转机器轴振动标准 表 6-3 轴振动标准 区域 轴的最大相对振动位移 轴的最大绝对振动位移 转速 rpm 转速 rpm 1500 1800 3000 3600 1500 1800 3000 3600 A/B 100 90 80 75 120 110 100 90 B/C 200 185 165 150 240 220 200 180 C/D 300 290 260 240 385 350 320 290 使用说明：1）振动幅值是在稳态运行工况下额定转速时的振动幅值；并且两个选定的相互垂直的测量方向上位移峰峰值的较大者，如果只使用一个方向，那么应注意确保它可以提供足够的信息2）区域 A：振动良好，可以长期运行， 新交付使用的机器的验收区域 区域 B： 振动合格， 可以长期运行区域 C：振动报警，可以短期运行，必须采取措施区域 D：停机极限、危险，立即停机3）振动幅值的变化，可以是瞬时的或者是随时间逐渐发展的，振动变化意味着机组可能有故障振动幅值变化量报警设定值为：基线值+区域 B上限值的 25% （3） ．德国工程师协会 VDI2059轴振动评价标准 应用范围：转速从 3000 至 3000rpm，尺寸与功率大小不限。

适合设备为工业透平机组 测量方法：采用非接触式传感器，两个探头互相垂直安装 动态轴位移函数 SK(t) 表示轴心轨迹曲线 最大位移 Smax=MAX{ SK(t)} 评价准则 1 最大轴位移量必须保持在某一极限值以下 评价准则 2 相对于初始值的最大轴位移变量必须保持在某一极限值 SK(t)=sqrt[ Sx(t)* Sx(t)+ Sy(t)* Sy(t)] 振动良好极限曲线：Smax A=2400/sqrt(n) μm 振动报警极限曲线：Smax B=4500/sqrt(n) μm 振动危险极限曲线：Smax C=6600/sqrt(n) μm 最大轴位移变量极限值：△Smax B=Min{ Smax N+0.25 Smax B ；Smax B+0.25 Smax B} 式子中 Smax N为机器多次重复出现的典型参考值 4．2 相对判断标准 是对同一设备的同一测点、在同一方向（V/H/A/NON ） 、同一工况下的振动值进行定期测定将机器的正常值作为初始值，后来的实测值与初始值进行比较表 6-4 为 ISO2372 相对振动标准。

表 6-4 ISO2372相对振动标准 1000Hz以下低频 4000Hz以上高频 注意区 2．5 倍（8dB） ６倍（１６dB） 异常区 １０倍（２０dB） １００倍（４０dB）  在实际工作中常用的趋势图法与此类似，可以根据设备运行经验、或经过计算模拟，判断设备的状态，估计或推断设备的剩余寿命 4．3 类比判断标准（纵向对比看发展） 数台机型相同、规格相同和工况相同的机器，对它们进行测定，通过相互比较做出判断，表 6-5 为推荐的类比判断标准 表 6-5 类比判断标准 1000Hz以下低频 １000Hz以上 异常区 １倍以上 ２倍以上 危险区 ２倍以上 ４倍以上 4．4 波峰因数评价法 波峰因数是无量纲参数的一种，其定义为：峰值与有效值之比该参数适合于滚动轴承和齿轮箱的早期诊断设备无故障时，该值为 3 左右；随故障的出现和发展，该值逐步增大，可达到 10～15；当故障发展到一定程度，它又逐步变小，并接近于 3 齿轮轴承故障的峭度检测也有类似的规律 4．5 频谱图报警法 频谱图报警有两种，宽频带报警和窄频带报警宽频带报警是选择设备正常状态的频谱图作为基准谱，在监测的整个频带上设定若干报警线，一旦某些谱线超过报警线设备即处于报警状态。

窄频带报警与宽频带报警不同之处是，窄频带报警的报警线仅针对某些谱线，这些谱线常常是设备的转频或转频的倍频或零部件的故障频率或倍频等，一旦某些谱线超过报警线设备即处于报警状态报警线的设置要以大量的监测实践为基础才能有效建立 评价设备状态还有很多种方法， 对于齿轮和滚动轴承还可以根据其它一些监测量和方法（如冲击脉冲法等）进行判断当然感官评价也是最常用的基本评价方法，在实际工作中应综合运用各种方法，以便作出准确判断 5 设备状态监测和故障诊断成效评价 5．1 设备状态监测诊断工作绩效评价 设备监测和故障诊断必然存在成本安排人员，添置仪器客观地讲，设备监测诊断的成本在设备总成本中占的比例很小，而且还将逐步减小如何评价设备状态监测和诊断效果是此项工作能否健康发展的重要因素对于群检和专业点检来说，要考察点检是否严格按照标准化进行作业，点检是否到位、点检是否有效、点检是否发现问题等等表 6-6 为宝钢公司曾使用的设备监测成效的一种评价方法 表 6-6 设备监测成效的评价 诊断结果描述 对策 序号 设备状态受控点周期性测试诊断 未发现异常 设备状态正常 进行劣化倾向管理 A 两个监测周期之间突发故障 调整监测周期 B 发现异常 能够确诊 安排适时检修 C 不能提供明确结论，误诊 进一步提高技术、装备水平 D 周期性监测诊断对设备状态的把握率 5．2 设备故障诊断效益评价 设备状态监测和故障诊断贯穿于设备寿命周期的各个阶段，它对于改善设计（设计本身的问题、可诊断性设计） 、改进制造工艺和质量、减少库存、指导和评价设备安装和检修效果、保证设备长周期安全经济运行等均有重要作用。

根据实践经验，设备状态监测和故障诊断的经济效益主要体现在避免设备事故、依据诊断结果适时适度维修（适当的时机、用最短的时间、有针对性进行检修；同步维修，确保系统整体效益；延长设备寿命周期等）而产生的产量效益和降低成本效益诊断实践中有大量例子，下文将给出实例说明，通过典型实例，最能说明设备监测诊断工作的重要性 此外根据设备状态加油/ 换油产生的降低油耗、降低无为能量消耗产生的节电效益等等方面都为企业带来巨大的收益 5．3 统计结果 根据美国 CSI 公司提供的数据，在“RBM 优秀奖”统计结果中一些行业在设备监测诊断方面的投入产出比，如表 6-7 表 6-7 设备监测诊断投入产出比 DCBACA*100% 自动化 1：7.5 化工 1:10.94 造纸 1:9.67 石油 1:11 冶金 1:8 公共 1:10.47 矿业 1:3 制造 1:7 其它 1:5 另据英国工业界的统计，设备状态监测带来的收益的 65% 与产量有关，35% 与维修费有关统计结果显示，最适宜开展状态监测的行业有：能源、动力、煤炭、电力、石油、化工、交通运输、冶金、建材、造纸、纺织、卷烟、造船、汽车等等。

6 机械设备常用振动标准 6．1 绝对评价标准的范围（适用中/ 高速滚动轴承） 6．2 风机类振动标准 6．3压缩机振动标准 压缩机类振动标准 设备名称 测点位置 功率 (kW) 转速 (r/min) 振动标准 制氧原料空压机 轴承 13700 4330 30μm(P-P) 氧气压缩机低压段 轴 3300 9560 40μm(P-P) 氧气压缩机高压段 轴 3300 13410 35μm(P-P) 氮气压缩机 轴承 1800 15030 20μm(P-P) 初轧压缩机本体 轴承 55μm(P-P) 初轧压缩机增速机 轴承 27μm(P-P) 图 6-6 电动机振动标准 (15kw 以下的电动机) 6．4 电动机振动标准 (15kw以下、 15kw 以上、90kw 以上的电动机)图 6-7 电动机振动标准 ( 15kw以上的电动机) 图 6-8 电动机振动标准 (90kw以上的电动机) 附录 2 振动检测仪器 1 单一参数的振动检测仪器 HY-101 ；HY-102 ；HY-104型机械故障检测器 机械故障检测器用来检测旋转机械运动时产生的故障或老化信号， 只要简单地将检测器的测量探头抵在机械设备的选定点上，就能测出振动的大小，并在数字显示窗上读出。

HY-101型 可测振动速度的有效值； HY-102型 可测振动加速度的平均值和峰值； HY-104型 可测振动位移的峰-峰值 图 7-1 HY-101 ；HY-102 ；HY-104型机械故障检测器 图 7-2 HY-103振动测量仪 2 三个振动参数均可测量的振动检测仪器 2、1. HY-103振动测量仪 可测量机械振动的加速度、速度、位移值 该仪器配有磁性吸座和手持式探针，可方便地选择测量方式，仪器有系统输出插座，可供振动信号的记录分析 1） 测量范围： 加速度 0.1 ～199.9m/s2（峰值） 速度 0.1 ～199.9mm/s（有效值） 位移 0.001 ～1.999mm（峰峰值） 2） 频率范围： 加速度 10Hz ～5KHz 速度、位移 10Hz ～1KHz 2、2. HY-103B振动测量仪 此仪器是传感器与主机一体化结构的便携式测振仪 主要技术参数为 1） 测量范围 加速度：0.1 ～199.9m/s2（峰值） ； 速度：0.01 ～19.99cm/s （有效值） ； 位移：0.001 ～1.999mm（峰-峰值） 。

频率范围 加速度：10Hz～1000Hz（Lo） ； 1KHz～15KHz （Hi） ； 速度：10Hz～1000Hz； 位移：10Hz～1000Hz 图 7-3 HY-103B便携式测振仪 2、3. HY-103C 振动测量仪（多通道振动监测系统） 一、系统的组成及主要功能 振动监测系统由传感器、测量显示模块、PC 机数采单元等三部分组成 振动传感器采用内置电荷放大器的(ICP 型) 加速度传感器，抗干扰性能强，灵敏度高，安装方便，连线距离可达百米 测量显示模块即 HY-103C振动监测仪最多八台 HY-103C振动监测仪组成八路各自独立的振动信号通道，每台 HY-103C振动监测仪内均含有传感器供电电源( 恒流源) 、信号调理、报警限设定及数字显示单元，采用 48×96mm国际标准嵌装式面板表，3l/2位红色 LED数字显示器，各显示单元同时显示各路监测信号的实时测量值 各路信号通道可分别独立设置报警值，具有超限报警功能 各路信号通道均具有模拟信号输出接口，可供数据采集仪或信号分析系统采集振动波形数据 PC 机数采单元含有数据采集器，可对八路信号实时采集、存储数据（存储时间间隔可设定） ，显示、打印读取数据，支持数据库管理。

为分析、诊断设备故障提供依据 二、主要技术指标 a) 测量范围: 位 移: 0.001 ～1.999mm； 速 度: 0.01 ～19.99cm/s ； 加速度: 0.1 ～199.9m/s2 b) 频率范围: 10Hz ～1000Hz c) 分辨力: 位移:0.001mm； 速度:0.01cm/s ； 加速度:0.1m/s2 d) 准确度: 士(5%RD+2 个字) ，RD为读数 e) 报警输出： 继电器常开接点吸合, 电阻负荷 3A/AC250V或 3A/DC30V 图 7-4 HY-103C振动测量仪示意图 3 振动分析仪（HY-105 ；HY-106 ） 3、1 HY-105振动分析仪 HY-105 振动分析仪是一种新型的机械振动测量和分析仪器它具有测量、自动分析和手动分析三种工作方式并设有存储及打印输出功能适用于工业现场对机械设备进行状态监测与故障诊断 主要技术参数： 1．测量方式 位移 速度 加速度 带宽 10Hz～1000Hz 10Hz～1000Hz 10Hz～5000Hz 2．分析方式 频率档 10Hz～100Hz 10Hz～1000Hz 10Hz～5000Hz 频率指示精度 0.25Hz 2.5Hz 12.5Hz 3．量程 测量方式 分析方式 加速度 0.1~200.0m/s2峰值 0.1~200.0m/s2峰值 速度 0.1~140.0mm/ 有效值 0.1~200.0mm/s 峰值 位移 0.001~4.000mm 峰峰值 0.001~2.000mm 峰值 图 7-5 HY-105 振动分析仪 图 7-6 HY-106 巡检仪 3、2 HY-106巡检仪 HY-106巡检仪是一种新型的数据采集仪器。

它可以有两种使用方式： 1）与运行在 Windows 95/98 平台上的分析软件和通讯软件组成一个振动信号采集和分析系统，用于管理和实施设备状态监测工作 2）作为独立工作的测振仪, 仪器能测量宽带振动的加速度（峰值） 、速度（有效值）和位移（峰-峰值）, 用于非计划管理状态下的设备点检 HY-106的键操作简单易学，图形点阵式液晶可显图形和字符，界面直观明了，提示信息全部汉化 先进的设备电子标签识别装置，对测点确认提供了先进的支持手段, 规范了巡检操作过程 与 PC机的通讯操作采用非接触式红外接口，安全可靠，方便实用 主要技术参数： 1． 频率范围 加速度 速度 位移 频率范围 10Hz～5KHz 10Hz～1KHz 10Hz～100Hz 频率分辨力 6.25Hz 2.5Hz 0.5Hz 采样点数 2048 1024 512 2． 量程 加速度 0.1 ～200.0m/s2 峰值 速度 0.1 ～140.0mm/s 有效值 位移 1～4000μm 峰-峰值 HY-106 巡检仪几个典型的工作界面 1）接收任务 2）一条下达的任务 3）正在进行测试 4）采集所得的波形显示 5 软件系统几个典型的工作界面 1） 入口 2）数据库操作 3）测点表格 4）创建新数据库的向导 5）库中可存放设备图 6）报警设置 7）测量数据汇总 8）数据查询 9）振动信号时域和频域波形图 。