WERIDA-振动测试基础.ppt

西安睿力测控技术有限公司2010年9月 振动测试基础知识 主题 振动分析简介振动测量简介数据分析简介 振动监测的意义 振动物体来回 前后的移动 物体的振荡我们关注一种这样的振动 机械振动机械振动只是机械或机械部件来回的运动 振动监测的意义 机械振动的形式距离大小 振动快慢 是否带有声音 热量有意通过控制产生的振动是为了工作 而无意产生的振动则预示故障 振动的原因 反复力作用在机械部件上 引起振动松动共振不平衡未对准磨损或不正确运行 振动的原因 不平衡不平衡通常由加工误差 不均匀的材料密度 螺栓尺寸的变化 铸件中的气孔 丢失平衡配重 不均匀的电动机绕组以及破损 变形 腐蚀或不洁净的风扇叶片造成的 振动的原因 未对中机械部件产生 弯曲力矩 这会导致旋转时 在机械上施加反复力 未对准通常由组装不准确 地面不均匀 热膨胀 紧固力矩致变形以及连接件的不正确安装造成的 振动的原因 磨损机械部件由于不均匀磨损表面的磨擦 会在机械上施加反复力 滚柱轴承 齿轮以及传动带中的磨损通常由不正确安装 润滑不良 制造缺陷以及过载造成 振动的原因 不正确运行不正确运行的机械部件由于间歇的能源供应 会在机械上施加反复力 如泵以脉冲形式接受空气 带有不点火气缸的内燃机 以及直流电机中的间歇电刷换向器的接触 振动的原因 松动松动会在旋转或不旋转的机械中造成振动 松动通常由过度的轴承间隙 松动安装的螺栓 不匹配件 腐蚀以及破裂的结构造成 振动的原因 共振共振会造成快速且严重的损坏 振动监测的意义 做好机械振动监控 可以获得良好的经济效益 监控机械的振动特征可以为我们提供机械的 健康 状况 我们可以使用这些信息来侦测到也许会发展起来的隐患 可以未雨绸缪 减少损失 振动监测的意义 为什么要关注机械的状况 为什么不继续运行设备 直到毁掉 然后修理 可能引发严重的机械损坏增加不必要的能耗增加不必要的维护延误生产对操作人员身心的损伤 如何描述振动 通过观察 感觉和听机械振动 我们有时会粗略的判定振动的严重性 我们会认为某些种类的机械振动 强烈 部分种类 明显 还有部分种类 可忽略 我们还能够接触振动轴承 感觉出 热 或听出 噪音 并依此推断出了故障 为精确分析振动问题 需要以一种统一 可靠的方式对振动进行描述 振动分析师主要依靠数值描述 而不采用口头描述 来精确地分析振动 进行更有效的交流 描述机械振动最重要的两个数值符号是振幅和频率 如何描述振动 频率描述振动速率 物体振动的频繁程度 振动的振幅是指振动的大小 描述振动的严重性 振幅越大 机械运动所承受的力越大 机械就越容易损坏 振动振幅是一个表明振动严重程度的指征 振动的严重程度或振幅依赖于 振动运动的距离 位移 运动的速度 速度 与运动有关的力 加速度 如何描述振动 如何描述振动 位移通常采用峰峰值低频段速度通常采用有效值中频段加速度通常采用峰值高频段时域分析的几个基本指标 有效值 峰值 峰峰值 波形因子 无量纲 峭度值 无量纲 在比较时 必须总是使用相同的振幅类型 如何描述振动 频率机械部件振荡的速率被称为振荡频率或振动频率 如何描述振动 如何描述振动 时域波形时域波形显示的是振动随时间变化的曲线波形所包含的信息量取决于波形的时间和精度 波形的时间为从波形中获得信息的总的时段 波形的精度为波形测量的详细等级 由数据点或表示波形形状的采样点的数量决定 采样越多 波形精度越高 如何描述振动 频域谱图频谱是一种显示机械部件振动所在频率 以及连同部件在这些频率的振幅一起显示的图形 这些频率跟机械固有结构与运动相关 用来定位故障类型 如何描述振动 包络解调 带冲击的原始时域信号 滤波后的时域信号 包络解调 如何描述振动 发电机垂直包络图发电机垂直包络谱出现轴承内圈故障频率及其多次谐波 机械设备故障振动特征简图 主题 振动分析简介振动测量简介数据分析简介 仪器检测原理 测量过程 积分器 加速度传感器 软件傅里叶变换 信号测量过程 这些装置都有承受旋转部件重量的轴承 并且承担与旋转运动和振动有关的力 总之 大量的力都会由轴承来承受 因此 轴承成为毁坏经常发生以及症状最先发生的地方 振动测量通常在机械的轴承进行 将加速传感器安装在或接近于轴承的位置 测点选择 尽可能接近轴承 DLIEngineeringCorp 测点选择 测点选择 确保加速计牢固连接为了加速计能够探测到真实的振动行为 需要其经历和振动部件完全相同的振动运动 因此 加速计必须牢固地连接在振动部件上 这样不会发生独立于部件的摇动或移动 加速计安装松动 会由于自身的运动而产生失真的信号 从而给出错误的讯息 现场中我们使用磁座式连接 方便 快速 无损 注意磁座拧紧 测点选择 确保加速计方向正确由于振动振幅 量 随方向不同而不同 加速计产生的信号取决于加速计安装的方向 测点选择 在同一位置安装同样的加速传感器对于特定的测量点 始终在同样的位置安装加速计 以使可能导致错误结论的测量不一致最小化 是非常重要的 如果可能 在特定的测量点始终使用相同的加速传感器 测点选择 将加速计安装在坚固的物体上加速计千万不能安装在非常轻的结构上 否则加速计和安装磁体的重量会使结构的振动行为失真 总之 加速计和安装磁体的组合重量应该小于振动结构重量的10 测点选择 记录的精确性和系统性都是非常重要的 当您进行有组织的记录时 将不同机械的频谱搞混淆的几率会减小 如果频谱被混淆 这很会导致错误的结论 并且可能造成非常昂贵的后果 测点选择 我们如何确保记录总是来自于所需要位置的 所收集的记录没有与其它的混淆 以及没有记录被遗漏呢 您必须为机械和测量点在记录列表中进行独一无二的和有意义的命名 为了排除误解 您必须用与记录列表中所采用统一的名称来对机械和测量点进行清楚地标识 测点序号 安照功率流传递方向排序 方向 H水平V竖直A径向 参数 Acc加速度 Vel速度 测点选择 振动测量的参数可以比作医生在进行医学试验前应指定 是什么以及该怎样 测量参数是用来指定如何进行测量的细节部分 通过指定测量参数 我们可以指定数据在显示给我们之前应如何进行收集和处理 在进行振动测量前 我们需要指定哪些参数会使用 如何设置参数 数据采集多长时间 采样数据长度 数据采样时间越长 采集的周期数越多 旋转信息获得的越多 多久采集一个数据 采样频率 采样频率越高信号信息越多 数据量大 无用信息多 采样频带范围设置多少 分析频带 频带越宽无用信息越多 采样时间越长 频带窄丢失有用数据 如何设置参数 采样长度原则所测量部位旋转16个周期以上 采样频率原则满足采样定理 频率分辨率适中 尽量满足频带最宽为关心频率的3倍以上 滤波器原则关注当前测点关注的故障信息 例如 判断轴类故障 发电机转频为18 30Hz 我们可以选择10 100Hz为滤波器频带 如何设置参数 威锐达仪器自动满足采样定理 采样频率 分析上限频率 2 56 如何设置参数 时域采集参数计算滤波器频带 下限频率 上限频率采样长度 波形长度采样时间 波形长度 上限频率 2 56 采样周期数 采样时间 机器转速 如何设置参数 频谱采集参数计算滤波器频带 下限频率 上限频率采样长度 谱线数 2 56采样时间 谱线数 上限频率采样周期数 采样时间 机器转速 主题 振动分析简介振动测量简介数据分析简介 利用特征值分析 峰峰值 PP 描述振动的幅值 位移值常采用峰峰值描述 描述机器振动位移量 峰值 PK 描述振动的幅值 加速度值常采用峰值描述 可以反映滚动轴承某一局部故障点的振动力大小 在检测剥落 裂纹 压痕 凹坑等原因造成的冲击性振动时 峰值会急剧增大 有效值 RMS 描述振动能量 特别适用于具有随机性质的振动测量 可以用来轴承制造精度差 如表面粗糙 波纹度及不圆度等 和磨损以及均匀性点蚀所产生的不规则振动情况 有效值测量稳定 不受偶然因素干扰 利用特征值分析 峭度指标 KURT 峭度指标是描述波形尖峰度的评定指标 是一个无量纲量 故障诊断应用峭度系数可用来发现轴承早期故障 轴承出现早期故障时 峭度值会立即增大 随着轴承故障的发展 峭度值反而会不变或渐渐变小 正常情况下 峭度指标应在3以下 当该指标大于3时 一般预示着故障的出现 利用特征值分析 峰值因子 CF 峰值因子是峰值与有效值的比值 是一个无量纲量 故障诊断应用峰值因子可以用于滚动轴承故障分析 正常轴承峰值因子值大约在4 5 因剥落等局部缺陷引起的峰值因子在10以上 局部缺陷越严重 则峰值因子值越大 峰值因子值相对较小时 则反映了轴承润滑不良及磨损等异常情况 利用特征值分析 裕度因子 CLF 裕度因子是峰值与方根幅值的比值 是一个无量纲量 脉冲因子 IF 脉冲因子是峰值与平均幅值的比值 是无量纲量 裕度因子与脉冲因子和峭度指标一样 对冲击脉冲类故障敏感 在故障早期发生时 往往值会增大 利用特征值分析 波形因数 SF 波形因数是有效值与的比值 是一个无量纲量 无量纲波形评定指标的优点是不受轴承尺寸 转速 负荷以及振动信号大小的影响 多数情况下 这几种无量纲因数指标的诊断能力 按由大到小顺序排列 依次为 峭度指标K 裕度因子CL 脉冲因数IF 峰值因子CF 波形因数SF 特征值的比较 利用频谱分析故障 频谱分析频谱图能够在反映各振动分量的频率及幅值 根据各种振动类型的特征可以从频谱上判断引起振动故障的类型 是进行振动分析的有效手段 正常运转情况下的频谱图一般是 一倍频最大 二倍频次之 一般为一倍频的一半 三倍频 四倍频 N倍频逐步减小 低频 小于一倍频 微量或无 其他频率分量基本不存在 频谱图不能简单的就图论图 多与历史或正常运转情况下的频谱进行比较 查找哪些频率分量发生了较大的变化及增加了哪些频率分量 有助于故障的分析 波形为简谐波 少毛刺 轴心轨迹为圆或椭圆 1X频率为主 轴向振动不大 振幅随转速升高而增大 过临界转速有共振峰 转子不平衡故障的频谱 出现2X频率成分 轴心轨迹成香蕉形或8字形 轴向振动一般较大 本例中 出现叶片通过频率 转子不对中故障的频谱 正确对中e 0 0 平行不对中e 0 0 角度不对中e 0 0 综合不对中e 0 0 转子不对中的类型 联轴节类型不对中形式振动特征刚性联轴节平行不对中有2X成分角度不对中轴向振动1X成分大轴向振动大 有2X及高次谐波齿式联轴节径向振动可能有2X 3X 4X 联轴节两侧振动的相位常相反膜片联轴节有nX成分 n为螺钉数 不同联轴节的情况 波形出现许多毛刺 谱图中噪声水平高 出现精确的倍频2X 3X 等成分 松动结合面两边 振幅有明显差别 转子系统松动故障的频谱 未松动时的频谱松动时的频谱出现0 5X 1 5X 2 5X 3 5X 等频率成分 松动故障引起的间入谐量 D 节圆直径d 滚珠直径 接触角z 滚珠数R 轴的转速频率 外环故障频率内环故障频率滚珠故障频率保持架碰外环保持架碰内环 滚动轴承故障的特征频率 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 离心泵 滚动轴承故障的频谱 主题 振动分析简介振动测量简介数据分析简介齿轮及轴承故障分析基础 齿轮故障 几个名词行星齿轮斜齿轮啮合频率边频谐波 齿轮故障 齿轮故障 齿轮故障 齿轮的常见故障弯曲疲劳与断齿齿面接触疲劳与点灼齿面磨损齿面交合和划痕 齿轮故障 齿轮箱频率组成轴频及其高次谐波 齿轮啮合频率及其高次谐波 齿轮啮合频率及其谐波为载波频率 齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率的啮合频率边频带 齿轮固有频率及其谐波为载波频率 齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率的啮合频率边频带 齿轮箱固有频率及其谐波为载波频率 齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率的啮合频率边频带 齿轮故障 风电机组齿轮箱中 齿轮故障一般用速度谱观察正常与均匀磨损齿轮齿轮不同轴齿轮不同轴时的振动信号频谱会产生以啮合频率为中心的边带 同时 齿轮轴转频特征频率也有所反应 齿轮故障 齿轮偏心齿轮偏心一方面会引起以轴旋转频率为特征的附加脉冲 同时会造成以齿轮一转为周期的载荷波动 从而导致调幅现象局部异常具有局部异常的齿轮 由于裂纹 断齿或齿形误差等影响 会产生以轴频率和啮合频率为主要特征的频谱结构 齿轮故障 齿轮故障 齿轮故障 齿轮故障 齿轮故障 轴承故障 轴承故障 Note shaftturningouterracefixed F frequencyincpmN numberofballs 轴承故障 高频冲击的形成 轴承故障 正常状态以上左图为常规振动频谱 右图为解调频谱 正常情况下滚动轴承的常规振动频谱和解调频谱 如上图所示 轴承故障 轴承内圈有一条微小裂纹 故障第一阶段常规振动频谱中 没有任何轴承故障频率分量 转速频率的谐波频率说明有一点松动迹象 解调频谱中有很小的轴承故障频率分量 还有一些转频及其谐波 解调频谱中的转频谐波说明轴承间隙增大 使松动略有增大 这一阶段中 不需要更换轴承 但是应该密切跟踪监视轴承的状态变化 轴承故障 轴承处于低劣状态 但仍有较长使用寿命轴承健康状态又降了一个等级 常规振动频谱仍然不能显示出明显的滚动轴承故障频率分量 解调