机器振动特征分析.ppt

机器振动特征分析（机器振动特征分析（1））转子不平衡转子不平衡不对中不对中偏心偏心轴弯曲轴弯曲松动松动转子不平衡•不平衡定义： –转子质量中心线与转轴中心线不重合时便产生不平衡•不平衡类型：–静不平衡（力不平衡）–力偶不平衡–动不平衡–悬臂转子不平衡不平衡的原因转子机械损伤污染物堆积轴弯曲轴孔偏离中心风扇机械损伤污染物堆积轴孔偏离中心齿轮机械损伤轴孔偏离中心不平衡的原因滑轮/槽轮机械损伤琐丝太大轴孔偏离中心飞轮机械损伤偏心孔轴孔偏离中心轴轴弯曲不规则加工不平衡的原因叶轮机械损伤腐蚀联轴器机械损伤轴孔偏离中心电气绕组铜线分布不均不平衡的原因铸造缺陷热膨胀由于每个部件的热膨胀率不同影响转子平衡轴孔太大静不平衡•定义：转子的质量中心在两支撑轴承中点且偏离•不在中点：准静不平衡•一般认为W/D小于25% 纯静不平衡•不平衡力（离心力）同方向等量施加到每个轴承静不平衡振动特征•1X相同的不平衡力同时出现在两侧轴承上，然而，根据每个方向的支承刚性，水平和垂直方向的响应可能略不同•两侧轴承H方向振动相位相同；两侧轴承H方向振动相位相同力偶不平衡•质量分布轴线中心点与旋转轴线中心点相交•力同时施加到两个轴承上，但是方向相反•明显的力偶不平衡可以引起转子严重的不稳定，使之前后摆动力偶不平衡特征•力偶不平衡在两轴承座上产生1X大的振动，可能一个轴承座上振动略大于另一外轴承座上的振动•明显的力偶不平衡有时可能产生大的A向振动•两侧轴承H/V方向振动相位差接近180度•如果是力偶不平衡（不是不对中)，同一轴承的H和V方向的相位差应该彼此相差90度动不平衡•质量分布轴线与旋转轴线既不平行也不相交•动不平衡基本上是力不平衡和力偶不平衡两者的组合。

它至少需要在垂直于轴中心线轴线的两个平面上才能修正平衡动不平衡特征•1X较大的振动，但是两侧轴承座上的振动幅值略不相同假定没有其他明显的故障的话，它们仍然在相同的幅值量级或者小于3比1的比例•与力不平衡和力偶不平衡一样，当动不平衡为主时，振动相位还是稳定的和可重复的动不平衡特征•两侧轴承之间的H方向振动相位差可能是0-180度的任一角度，这个相位差近似等于V方向振动相位差•相位差接近0度，静不平衡占优势接近180度，力偶不平衡占优势悬臂转子不平衡•被驱动转子位于两轴承的外侧(如果转子位于两个轴承之间，称这种转子为简支转子)悬臂转子不平衡特征•悬臂转子可产生1X转速频率的轴向力，引起轴向振动，这种轴向振动等于或者大于径向振动幅值•悬臂转子往往除了产生力不平衡之外，还产生大的力偶不平衡，这两种不平衡必须都要修正之•对于单纯悬臂转子不平衡，在轴承1处的A方向振动相位将近似等于轴承2处的A方向振动相位(士30度)这里的振动相位差取决于与其他的诸如不对中、共振等故障相比较，不平衡故障占优势的程度•通常，首先处理力不平衡分量，然后再处理剩下的相位差接近180度的力偶不平衡分量，最终修正悬臂转子的不平衡不平衡振动特征q1X振动（但是1x并不总是不平衡)。

通常，1X振动在频谱中占优势q当故障仅限于不平衡时，1X振动幅值通常大于或等于振动总值的80％(如果除了不平衡之外还有其他故障，则可能仅为振动总值的5％到80％)q振动幅值与质量中心离轴旋转中心线的距离成正比当低于转子一阶临界转速运转时，振动幅值将随转速的平方成比例变化即：转速升高3倍，将导致不平衡振动增大9倍q质量不平衡产生一个均匀的旋转力，此力的方向连续变化，但是始终作用在径向方向上，因此，轴和支承轴承趋向于以某圆周轨道运动，然而，由于轴承的垂直方向刚性比水平方向刚性强，所以通常振动响应是一定程度的椭圆轨迹，水平方向振动通常略大于垂直方向振动，一般范围在2至3倍左右当水平方向与垂直方向振动之比大于6比1时，通常说明是其他故障，尤其是共振不平衡振动特征q同一轴承上H与V振动相位差约为90度（+/-30度）如果存在1X较大的振动，但是，H与V方向振动相位差为0度或接近180度，通常这说明是其他故障源，例如偏心q两侧轴承的H方向振动的相位差应该接近V方向振动的相位差q径向方向(H和V)振动通常比A方向振动大许多(除了悬臂转子之外)q在径向方向呈现稳定的、可重复的振动相位q共振有时可能受不平衡的影响较大。

q不平衡对转子产生过大振动的影响可能很大事实上，在有些刚度较低的轴承座上，不平衡的转子尽管很小的残余不平衡量，也还会出现不平衡振动，动平衡还是可明显减小松动引起的振动但是，往往无法平衡有松动的转子 轴线不对中q定义:相互耦合的轴的中心线不重合q 不对中问题的种类q角不对中q平行不对中q轴承不对中q不对中的原因q部件的不精确装配，如电机、泵q安装后部件相对位置移动q因管道系统的压力造成的扭曲变形q由于扭矩引起的柔性支撑的扭曲变形q温度变化引起的机器变形q耦合面与轴线不垂直q基础柔性太大，拧紧螺栓时机器发生移动不对中的危害p引入大的振动，不对中造成机器部件损坏p联轴器p轴承，密封p齿轮，皮带，皮带轮，叶片等其它机器部件p增大对能耗的要求不对中的危害-热像图30,000 out平行10,000/inch out角1,000/inch out角不对中62° F105° F0对中电机和接手不对中的特征p引起对自由端(或外侧)的作用p由于不对中从联轴器引入的力可能足够强大，其作用不仅是在最靠近联轴器的轴承上，同样也作用在机器的自由端或外侧端p引起2X转速频率振动p不对中通常产生2X振动，作用在轴向和径向方向。

p2X频率分量是最好的不对中指示p引起轴向方向振动p不对中是轴向振动大的最常见的原因p当然还有其它产生轴向振动的原因，它们包括：不对中的特征p可产生轴向方向振动原因p弯曲的轴p处于共振回转的轴p卡在轴上的不对中的轴承p轴向某些机器部件共振p推力轴承磨损p磨损的螺旋齿轮或斜齿轮p装滑动轴承的电动机相对于其磁力中心摆动p联轴器的部件不对中p当轴向振动大时，不要草帅地得出不对中的结论，应该分析振动相位，然后分析振动频谱p引较高次谐波p使振动频谱呈现像松动或间隙过大的故障，关键的区别特征仍然是轴向方向2X转速频率的大的幅值的振动 不对中的特征p相位是不对中的最佳指示p虽然同样存在1X与2X振动，但不对中时的相位特点是：联轴器两侧的相位差接近180度(±40到50度)，不对中程度愈严重，愈接近这个180度相位差同样，诸如不平衡，偏心距，共振等其他故障不明显时，愈接近这个180度相位差p在研究转子(恰如电动机，泵，风机等) 其中之一的轴承座相位差时，有明显不对中的径向方向相位差或是0度或是180度(±30度)这与不平衡不同，不平衡故障中这种相位差可能接近90度p在比较同一转子的水平方向相位差与垂直方向相位差时，约百分之九十的不对中机器将表现垂直方向相位差与水平方向相位差之间的差值接近18O度。

例如，如果外侧轴承与内侧轴承之间水平方向相位差约为30度，大多数不对中转子的垂直方向相位差为约210度不平衡的转子不会表现这种相位差特性，因为不平衡的转子，水平方向出现的相位差非常接近垂直方向相位差不对中的特征p 其他故障源的影响p当与不对中同时存在如不平衡，弯曲的轴，共振等其他故障时，不仅会影响振动频谱，还会影响相位特性例如，如果存在不平衡和不对中故障，可能会表现出大幅值的1X和2X振动，径向相位差根据每种故障的严重程度可能或不能接近150度到180度，这种情况下，联轴器两侧的轴向方向相位差仍将接近180度p如果机器有大的1X和2X振动，应该测量相位，因为相位是区别不对中与有类似症兆的其他不同故障源的关键指示诸如大的轴向方向振动和谐波振动也是很好的不对中症兆，如果振动大，不要简单认为是不对中故障，而应该仔细分析振动相位信息后再作决定，例如，如果相位指示是不对中，但是轴向方向振动不指示是不对中，则应该依据相位数据作决定角向不对中 p角向不对中产生大的轴向方向振动，尤其是1X和2Xp假定存在大的振动前提下，轴向2X或3X幅值约是1X转数频率幅值的30％到50％时，说明是角向不对中p联轴器两侧的轴向相位差为180度，是最好的检测角向不对中的指示。

一侧的每个轴承都向一个方向移动，另一侧的轴承向相反方向移动，角向不对中的可能性较大 平行不对中 p平行不对中主要影响径向振动p平行不对中使联轴器两侧径向(水平的或垂直)的相位差接近180度p振动频谱中2X幅值超过1X幅值约50％时，常常说明是径向不对中，但是2X值相对于1X幅值的高度常取决于联轴器的类型和结构2X幅值接近1X幅值是常见的，尤其是平行不对中严重时p当角向不对中或平行不对中变得严重时，每种不对中都产生一组谐波，谐波的范围到4次到5次这种情况下，严重不对中的振动频谱可能呈现为机械松动的振动频谱样子轴承不对中q当滑动轴承或滚动承轴不对中或者卡死在轴上时，可引起较大的振动和异常负载通过找对中无法消除振动，只有卸下轴承重新安装q轴承不对中的特征：q卡住的轴承通常产生明显的轴向振动，不仅影响1X振动，也影响2X振动q在彼此间隔90度的4个点上，测量轴向方向相位，如果上下或左右的相位差约为180度，则说明是轴承卡死在轴上 偏心的转子：就是轴的几何中心线与转子的中心不重合的转子这就导致了在旋转的中心线的一侧比另一侧更大的重量，从而引起轴以不规则的轨迹的摆动 这是固有的不稳定的问题，是潜在的故障源，或振动源。

有时虽然可通过动平衡‘平衡掉”部分偏心距的影响，但是更多的摆动运动仍然保留如果该转子偏心距较大的话，甚至不可能对转子进行很好的动平衡现在强调愈来愈高的旋转速度，因此使消除偏心距非常重要转子偏心 皮带轮偏心，最大的振动常出现在皮带拉伸方向，振动频率为偏心的皮带轮的1X偏心的皮带轮是皮带传动中不希望存在的振动的主要原因之一目前经常用动平衡方法来修正皮带轮的偏心距引起的振动问题 偏心的皮带轮振动特征 齿轮偏心，最大的振动将出现在两个齿轮中心连线方向，和偏心的齿轮的1X转速频率其振动特征信号类似于这个齿轮的不平衡，但是它不是不平衡如果齿轮的偏心距明显，当齿轮的齿与匹配的齿一起被迫进入和退出啮合时对齿轮的齿产生非常高的动态载荷 可对具有lX较大振动的齿轮进行相位分析，以确定是不平衡还是偏心距引起的振动偏心的齿轮不仅促使产生1X的大振动而且还产生高幅值的齿轮啮合频率及其谐波，在啮合频率两侧伴有高于正常幅值的边带频率，边带频率为偏心齿轮的1X频率有时，这些边带频率将为偏心的齿轮的2X转速频率这些边带将调制齿轮啮合频率本身的幅值偏心的齿轮振动特征p 偏心的电动机转子在转子与定子之间产生旋转变化的气隙（注意与偏心的定子的区别）p振动特征：p在2X电源工频(100Hz)处的振动p100Hz与最靠近的转速谐波振动之间所形成的拍频振动，对于2极电动机，将在2X转速频率与2X电源频率之间产生拍振，而对于1480转／分电动机，它将在4X转速频率与2X电源频率之间产生拍振p产生在2X电源工频两侧的极通过频率(FP)边带。

p最后，偏心的电动机转子运动本身将引起定子极与偏心转子之间的磁场的振动，因此包括转子与定子之间的1X转速频率的振动 偏心的电动机转子振动特征 偏心的泵叶轮可以在旋转的叶轮与静止的扩压器叶片之间产生不相等的液压力扰动这不仅产生泵转速的大的振动，而且还产生叶片通过频率及其谐波频率，这是由于偏心的叶轮产生的“液压不平衡”造成的 偏心的泵叶轮呈现的特征偏心转子的相位特征•偏心的转子可能引起一个径向方向比其它径向方向明显大的振动(由于这个原因，导致撞击轴承，有时还产生松动)•相位分析，确定1X振动大是偏心矩引起的，还是其他如不平衡等1X振动源引起的•H和V方向的相位差约0度或180度偏心距产生的力都是非常定向的，不像在不平衡故障占优势的情况中那样，水平和垂直方向的相位差为90度轴弯曲 轴弯曲可在机器中产生过大的振动，根据弯曲的程度和位置不同，产生的振动大小不同与偏心的轴一样，其作用有时可用动平衡减轻然而，往往不能用动平衡减轻弯曲轴的摆动，如果轴有明显的弯曲，不可能达到轴的满意的动平衡分析人员有时利用各种方法，有时包括热处理来成功地消除弯曲然而这些情况下，必须很注意不要引入残余应力，因为残余应力以后会导致轴损坏。

轴弯曲振动特征 q 轴弯引起大的轴向振动如果弯曲部位接近轴的中心，通常占优势的振动为1X转速频率的振动，如果弯曲接近联轴器，将产生高于通常值的2X转速频率振动分量q通常同一转子的两个轴承之间的轴向方向振动相位变化接近180度，这与弯曲的程度有关此外，如果在同一轴承不同点的轴向方向作若干测量，通常会发现在轴承的左边和右边，上边和下边测量的相位之间发生接近180度的相位差q1X和2X幅值通常是稳定的，如果存在大的电磁场振动的话，它将引起2X电源频率与2X转速频率分量的拍振弯曲轴的振动频谱和相位响应 轴弯曲振动特征q 轴承座4个轴向点处的相位测量：如果轴弯曲通过或者非常接近轴承时，轴承座本身将产生扭转振动，它将导致这个轴承座轴向完全不同的相位读数，图A所示图B表示一根纯直轴产生的轴向振动相位q 当旋转轴中部存在较大的跳动时，它呈现为不平衡当联轴器处出现跳动时，它呈现为不对中弯曲的轴引起的扭转振动 轴向相位测量显示轴向振动 机械松动A 结 构 框 架 或 底 座 松 动B. 由于结构/轴承座晃动或开裂引起的松动C 轴承等部件配合松动机械松动的一般特征q机械松动不是振动的原因，但机械松动可加剧振动状态。

因此，机械松动使机器的振动比只存在如不对中或不平衡时的振动更大q其他故障的解决常将消除一部分由于存在松动而增加的振动幅度然而，完全消除松动的影响是不可能的如果只存在小量的不对中或不平衡故障，由于机械松动的存在，也可能引起较大的振动q因为做到非常高精度的对中或动平衡是不可能的所以，在这种情况下，首先必须是解决松动的问题如果剩余的振动仍然很大，这时再解决诸如对中和动平衡问题，此时解决此类问题要比消除松动问题之前要容易得多A. A. 结构框架/底座松动这种类型的松动包括： a．结构松动或机器底脚，基础平板和混凝土基础弱 (刚性差)； b．变形或破碎的砂浆； c．框架或基础变形(软底脚); d．地脚螺栓松动 A. A. 结构框架/底座松动的特征q A型松动的振动频谱是1X主导，与不平衡或偏心转子状态相同进一步比较各方向之间的相对幅值，仔细观察相位特性，松动故障的相位特性与不平衡等故障有根本区别 q 大的振动往往很确定只是一个转子(即只是驱动转子或被驱动转子或齿轮箱)这与不平衡或不对中不一样qA型松动相位特性q比较每个轴承座的水平和垂直方向相位，振动非常定向，相位差或为0度或为180度，(相位差为O度或180度意味着振动运动同时上下或同时从一侧向另一侧)。

在简单不平衡故障中通常不会发生这种现象，在不平衡故障中通常水平和垂直方向相位差约90度(+-30度)A. A. 结构框架/底座松动的特征qA型松动的相位特性：q当出现第一种相位特性时(水平和垂直方向相位差为0度或为180度)，分析人员不应该把测量只放在轴承座上，而应向下移到机器的底脚上，基础平板上，混凝土和周围地板上这里，振动幅值和相位测量的比较表明在每个位置处1X振动幅值和相位十分相同如果振动幅值和相位存在很大差别，这就说明是相对运动利用出现这种大的相位变化，我们可以确定存在故障的位置B.B.由于结构/轴承座晃动或开裂引起的松动q这种类型的松动包括： a．结构裂纹或轴承座裂纹； b．支承脚高度不同引起的摇动运动； c .轴承座固定螺栓松动； d．轴承配合间隙或其它各部件配合间隙不当径向B型B.B.结构/轴承座晃动或开裂松动特征q一般径向方向2X幅值超过1X幅值的50％时，认为是B松动q振动幅值稍不稳定q如果用频闪灯测量相位，常将呈现2个参考标记，而且略不稳定q除非有一些诸如不平衡或不对中的激振力作用，否则通常不会出现这些松动症兆然而，如果存在这种松动问题，将极难采用动平衡或对中的方法解决机器的振动问题q如果松动故障是轴承在轴承座中松动或者固定在轴上的零部件松动，振动将始终保持1X和2X频率，直到磨损导致产生冲击为止。

出现这种现象时，开始激劢出多谐波频率，发展到C型机械松动C.C.轴承在轴承座内松动或部件配合松动qC型机械松动包括： a．轴承在轴承座中松动； b．轴承内部间隙过大； c．轴承保持架在其盖内松动； d．轴承在轴上松动或转动C.C.轴承在轴承座内松动或部件配合松动特征 C型机械松动是比较常见的机械松动故障，通常是由于轴承外套在轴承座压盖内松动，轴承内环在轴上旋转，滑动轴承或滚动轴承间隙过大，叶轮在轴上松动等引起的，由于松动的零部件对转子的动态力产生非线性的响应，所以它们呈现如下特征：q在振动频谱中存在有时高达10X甚至20X谐波分量q相位通常是不稳定的，这一次测量与下一次测量可能变化很大C.C.轴承在轴承座内松动或部件配合松动特征q这种机械松动趋向于产生定向的振动，这种定向的振动与不平衡的振动不同通常，在松动的方向及附近振动最大如果振动本身变为高度定向的话，水平和垂直方向之间的相位差可能接近0度或180度q 这种机械松动可能产生转速的二分之一倍间隔亚谐波频率，即0.50X、1.50X、2.50X等q 这种亚谐波频率成分幅值可能很低然而，如果尖峰很清楚，则这些尖峰说明更严重的松动故障(或者也许存在磨擦故障)q二分之一倍转速频率的“谐波频率”通常伴随有诸如不平衡和不对中等其他故障源。