第五章 航空发动机振动检测与诊断

1、第五章第五章 航空发动机振动航空发动机振动 监测与诊断监测与诊断 航空发动机的主要激振源航空发动机的主要激振源 转子激振源转子激振源 p转子不平衡（转子不平衡（振动频率与转速相等振动频率与转速相等） 单圆盘转子单圆盘转子 临界转速：临界转速： 旋转机械在启停升降速旋转机械在启停升降速 过程中，往往在某个过程中，往往在某个(或某几或某几 个个)转速下出现振动急剧增大转速下出现振动急剧增大 的现象。原因往往是由于转的现象。原因往往是由于转 子系统处于临界转速附近产子系统处于临界转速附近产 生共振。生共振。 转子的临界转速个数与转子的临界转速个数与 转子的自由度相等。转子的自由度相等。 p 支承不对

2、中（支承不对中（振动频率为振动频率为 转子转速两倍转子转速两倍） 航空发动机的主要激振源航空发动机的主要激振源 航空发动机的主要激振源航空发动机的主要激振源 气动激振力气动激振力 轴承激振源轴承激振源 齿轮激振源齿轮激振源 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 转子系统、转子振动与转子故障的关系转子系统、转子振动与转子故障的关系 p振动广泛存在。振动广泛存在。设备在动态下都会或多或少地设备在动态下都会或多或少地 产生一定的振动。产生一定的振动。 p振动监测具有有效性。振动监测具有有效性。当设备发生异常或故障当设备发生异常或故障 时，振动将会发生变化，一般表现为振幅加大。时，振动将会

3、发生变化，一般表现为振幅加大。 p振动具有可识别性。振动具有可识别性。由不同类型、性质、原因由不同类型、性质、原因 和部位产生的故障所激发的振动具有不同的特和部位产生的故障所激发的振动具有不同的特 征。征。 p振动识别具有复杂性。振动识别具有复杂性。振动信号性质、特征不振动信号性质、特征不 仅与故障有关，而且还与系统的固有特性有关。仅与故障有关，而且还与系统的固有特性有关。 转子系统、转子振动和转子故障之间的分类转子系统、转子振动和转子故障之间的分类 p转子振动分类转子振动分类 横向振动横向振动发生在包括转轴的横向平面内（发生在包括转轴的横向平面内（xoy） 轴向振动轴向振动发生在转轴的轴线方

4、向上（发生在转轴的轴线方向上（x轴）轴） 扭转振动扭转振动沿转轴轴线发生的扭振沿转轴轴线发生的扭振 转子系统模型转子系统模型 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 轴向振动轴向振动 横横( (径径) )向振动向振动 扭转振动扭转振动 p 转子系统分类转子系统分类 刚性转子系统刚性转子系统工作转速在（一阶）临界以工作转速在（一阶）临界以 下的转子系统。目前大多数低速（工作频率下的转子系统。目前大多数低速（工作频率 100Hz）旋转机械均属于柔性转子系统。）旋转机械均属于柔性转子系统。 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 p转子故障分类转子故障分类 转子系统常见故障机理分

5、析转子系统常见故障机理分析 监测参数监测参数 p动态参数动态参数 n振幅：表示振动的严重程度，可用位移、速振幅：表示振动的严重程度，可用位移、速 度或加速度表示度或加速度表示 n振动烈度：近年来国际上已统一使用振动烈振动烈度：近年来国际上已统一使用振动烈 度作为描述机器振动状态的特征量度作为描述机器振动状态的特征量 n相位：动态特性、故障特性及转子的动平衡相位：动态特性、故障特性及转子的动平衡 等具有重要意义等具有重要意义 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 )( 2 1 222 2 2 2 2 1 2 1nnrms AAAv p静态参数静态参数 n轴心位置：在稳定情况下，轴承中

6、心相对于轴心位置：在稳定情况下，轴承中心相对于 转轴轴颈中心的位置转轴轴颈中心的位置 n轴向位置轴向位置 n差胀：转子与静子之间轴向间隙的变化值差胀：转子与静子之间轴向间隙的变化值 n对中度：轴系转子之间的连接对中程度对中度：轴系转子之间的连接对中程度 n温度：轴瓦温度反映轴承运行情况温度：轴瓦温度反映轴承运行情况 n润滑油压：反映滑动轴承油膜的建立情况润滑油压：反映滑动轴承油膜的建立情况 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 旋转机械振动故障分析常用方法旋转机械振动故障分析常用方法 p时间波形法时间波形法通过观察振动波形的特征来获通过观察振动波形的特征来获 取诊断信息取诊断信息

7、转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 含有周期成分及随机噪声的振动波形含有周期成分及随机噪声的振动波形经平滑处理后的振动波形经平滑处理后的振动波形 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 径向点触摩擦时的振动波形径向点触摩擦时的振动波形 在正常的状态下在正常的状态下，波形图应为较平滑的正弦波形图应为较平滑的正弦 波，且重复性好。波，且重复性好。 （1）动不平衡时，在一个周期内为典型的正动不平衡时，在一个周期内为典型的正 弦波弦波，振幅加大，振幅加大； （2）对）对中不良时，在一个周期内为波峰翻倍，中不良时，在一个周期内为波峰翻倍， 波形光滑、稳定、重复性好；波形光滑、稳定

8、、重复性好； （3）摩擦时，波峰多，波形毛糙、不稳定、摩擦时，波峰多，波形毛糙、不稳定、 或有削波；或有削波； （4）自激振荡（油膜涡动，旋转脱离）时，自激振荡（油膜涡动，旋转脱离）时， 波形杂乱、重复性差、波动性大。波形杂乱、重复性差、波动性大。 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 p 频谱分析法频谱分析法 n 幅值谱及相位谱幅值谱及相位谱 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 幅值谱幅值谱 正常运转状态下，一倍频最大，二倍频次之、正常运转状态下，一倍频最大，二倍频次之、 约小于一倍频的一半，三倍频、四倍频约小于一倍频的一半，三倍频、四倍频x倍频逐倍频逐 步参差递减

9、，低频（即小于一倍频的成份）微量。步参差递减，低频（即小于一倍频的成份）微量。 一倍频一倍频转子不平衡、轴承工作不良、对中转子不平衡、轴承工作不良、对中 不良等均会引起一倍频增大，发生概率依次降低。不良等均会引起一倍频增大，发生概率依次降低。 二倍频二倍频转子对中不良、轴弯曲、松动等，转子对中不良、轴弯曲、松动等， 主要是对中不良。主要是对中不良。 0.5倍频倍频油膜失稳；轴承工作不良（如间隙、油膜失稳；轴承工作不良（如间隙、 接触、摇摆等）；旋转失速（喘振的先兆）的频率接触、摇摆等）；旋转失速（喘振的先兆）的频率 为为(0.40.8)倍工频，也有可能。倍工频，也有可能。 转子系统常见故障机理

10、分析转子系统常见故障机理分析 DDDD n阶比幅值谱阶比幅值谱 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 阶比幅值谱阶比幅值谱 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 n自功率谱图自功率谱图 滚动轴承的功率谱图滚动轴承的功率谱图 优点：优点： 它可以把能量集中的谱峰更加突出地表现出来。它可以把能量集中的谱峰更加突出地表现出来。 它不仅可以表现某些特征频率值的能量集中状况，而且它不仅可以表现某些特征频率值的能量集中状况，而且 可以研究某一段频带范围内能量分布的水平。可以研究某一段频带范围内能量分布的水平。 它比幅值谱有更加广泛的用途。它比幅值谱有更加广泛的用途。 p 轴心轨迹图

11、轴心轨迹图 轴心轨迹是指转子轴心点相对于轴承座运动而轴心轨迹是指转子轴心点相对于轴承座运动而 形成的轨迹。形成的轨迹。 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 轴心轨迹的合成轴心轨迹的合成 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 不平衡不平衡 n 轴心轨迹的形状轴心轨迹的形状 不对中不对中 油膜涡动油膜涡动 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 转子与静止部件的碰撞和摩擦转子与静止部件的碰撞和摩擦 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 n 轴心轨迹的旋

12、转方向轴心轨迹的旋转方向 若轴的旋转方向与轴心轨迹旋转方向一致，若轴的旋转方向与轴心轨迹旋转方向一致， 称为正向进动。反之，称为反向进动。称为正向进动。反之，称为反向进动。 当转子具有不平衡、不对中、油膜涡动等故当转子具有不平衡、不对中、油膜涡动等故 障时表现为正向进动；当转子与定子发生摩擦时，障时表现为正向进动；当转子与定子发生摩擦时， 表现为反向进动。表现为反向进动。 n 轴心轨迹的稳定性轴心轨迹的稳定性 一般情况下，轴心轨迹保持稳定。一旦发生形一般情况下，轴心轨迹保持稳定。一旦发生形 状大小的变化或轨迹紊乱，则揭示机器运行状态已状大小的变化或轨迹紊乱，则揭示机器运行状态已 发生变化或进入

13、异常。发生变化或进入异常。 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 270 90 180 461 1923 2215 2345 2415 2485 2555 2590 2621 2660 2695 2800 2870 3150 3535 4900 转轴随转速变转轴随转速变 化时的工频振化时的工频振 动矢量图动矢量图 p 转速跟踪法转速跟踪法 n 奈奎斯特图分析法（极坐标图）奈奎斯特图分析法（极坐标图） 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 n 波特图波特图振幅与频率，相位与频率的关系曲线振幅与频率，相位与频率的关系曲线 01020304050607080

14、90 0 10 20 30 40 50 振幅 / m m 频率/ Hz 0102030405060708090 30 330 270 210 150 90 相位角/ 度 频率/ Hz 从波特图中可以得到：转子系统在各个转速下的从波特图中可以得到：转子系统在各个转速下的 振幅和相位、转子系统在运行范围内的临界转速值、振幅和相位、转子系统在运行范围内的临界转速值、 转子系统阻尼大小和共振放大系数、综合转子系统转子系统阻尼大小和共振放大系数、综合转子系统 上几个测点可以确定转子系统的各阶振型。上几个测点可以确定转子系统的各阶振型。 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 利用瀑布图可以判断

15、机器的临界转速、振动原利用瀑布图可以判断机器的临界转速、振动原 因和阻尼大小。因和阻尼大小。 n瀑布图瀑布图 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 转子系统振动故障机理及特征分析转子系统振动故障机理及特征分析 p 转子不平衡转子不平衡 n 原因原因 转子系统质量偏心（制造误差、装配误差、转子系统质量偏心（制造误差、装配误差、 材质不均材质不均）；）； 转子部件出现缺损（腐蚀、摩擦、局部破损转子部件出现缺损（腐蚀、摩擦、局部破损 等）。等）。 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 n 特征特征 时域特征时域特征 呈现为类似简谐振动的波形；呈现为类似简谐振动的波形； 由于其

16、他振动信号源（松动、不动中、轴承磨由于其他振动信号源（松动、不动中、轴承磨 损、噪声）的影响，实际的信号不会是标准的损、噪声）的影响，实际的信号不会是标准的 正弦波。正弦波。 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 频谱特征频谱特征 工频的工频的1倍频能量较大。倍频能量较大。 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 轴心轨迹轴心轨迹 轴在各个方向上刚度有差别，转子轴心轨迹通常轴在各个方向上刚度有差别，转子轴心轨迹通常 为椭圆。为椭圆。 同步采集 H方向 V方向 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 例：某大型离心式压缩机组蒸汽透平经检修更换例：某大型离心式压缩机

17、组蒸汽透平经检修更换 转子后，机组启动时发生强烈振动。压缩机两端转子后，机组启动时发生强烈振动。压缩机两端 轴承处径向振幅达到报警值，机器不能正常运行。轴承处径向振幅达到报警值，机器不能正常运行。 压缩机振动特征压缩机振动特征 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 振动特征分析振动特征分析 时域波形为正弦波时域波形为正弦波 频域中能量集中于频域中能量集中于1倍频，有突出的峰值，倍频，有突出的峰值， 高次谐波分量较小高次谐波分量较小 轴心轨迹为椭圆轴心轨迹为椭圆 诊断意见：强烈振动的原因是诊断意见：强烈振动的原因是转子不平衡转子不平衡 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析

18、 n 分类分类 固有不平衡固有不平衡 转子弯曲转子弯曲 转子热弯曲转子热弯曲 转子部件脱落转子部件脱落 联轴节精度不良联轴节精度不良 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 联轴节精度不良引起的初始弯曲联轴节精度不良引起的初始弯曲 a a）端面偏摆）端面偏摆 b b）径向偏摆）径向偏摆 34 大型机组通常由多个转子组成，各转子之间大型机组通常由多个转子组成，各转子之间 用联轴器联接构成轴系，传递运动和转矩。用联轴器联接构成轴系，传递运动和转矩。 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 p 转子不对中转子不对中 n分类分类 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 正

19、确对中正确对中 e = 0, = 0 平行不对中平行不对中 e 0, = 0 角度不对中角度不对中 e = 0, 0组合不对中组合不对中 e 0, 0 n不对中的振动机理不对中的振动机理 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 齿式联轴器齿式联轴器 对中良好：对中良好：内外齿套之间只有传递转矩的周向力。内外齿套之间只有传递转矩的周向力。 对中超差：对中超差：内齿套发生相对倾斜，在传递运动和转矩时，将内齿套发生相对倾斜，在传递运动和转矩时，将 会产生附加的径向力和轴向力，引发相应的振动。这就是不会产生附加的径向力和轴向力，引发相应的振动。这就是不 对中故障振动的原因。对中故障振动的原因

20、。 n不对中的危害不对中的危害 增加机器的振动增加机器的振动 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 过度的联轴器损坏过度的联轴器损坏 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 增加密封件的磨损增加密封件的磨损 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 增加轴承的磨损增加轴承的磨损 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 过高的能源消耗过高的能源消耗 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 n特征特征 振动的形态特征：平行不对中主要引起转子的振动的形态特征：平行不对中主要引起转子的 径向振动，角度不对中除了引起径向振动外还径向振动，角度不对中除了引

21、起径向振动外还 引起轴向振动。引起轴向振动。 振动的频率特征：径向振动频率为两倍或四倍振动的频率特征：径向振动频率为两倍或四倍 旋转频率，同时也存在高倍频振动。主要看二旋转频率，同时也存在高倍频振动。主要看二 倍频。倍频。 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 不对中轴心轨迹不对中轴心轨迹 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 振动的轴心轨迹振动的轴心轨迹 ( .)042048 涡动频率约为：涡动频率约为： p 油膜涡动及油膜振荡油膜涡动及油膜振荡 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 油膜振荡：转子的涡油膜振荡：转子的涡 动频率和转子的固有动频率和转子的固

22、有 频率接近时发生的自频率接近时发生的自 激振荡。激振荡。 油膜振荡轴心轨迹油膜振荡轴心轨迹 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 n特征特征 油膜振荡是自激产生的；油膜振荡是自激产生的； 发生油膜振荡之前一般会有油膜涡动现象，发生油膜振荡之前一般会有油膜涡动现象， 轴颈中心的涡动频率为转子一阶固有频率。轴颈中心的涡动频率为转子一阶固有频率。 油膜振荡发生后，振幅急剧增大，继续提高油膜振荡发生后，振幅急剧增大，继续提高 转速，振幅也不会下降。转速，振幅也不会下降。 转子系统常见故障机理分析转子系统常见故障机理分析 p转静碰摩转静碰摩 p基座或装配松动基座或装配松动 转子系统常见故障

23、机理分析转子系统常见故障机理分析 转子与静止部件的碰撞和摩擦转子与静止部件的碰撞和摩擦 齿轮故障的常见形式齿轮故障的常见形式 弯曲疲劳与断齿弯曲疲劳与断齿 齿面接触疲劳齿面接触疲劳 齿面磨损齿面磨损 齿面胶合和擦伤齿面胶合和擦伤 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 齿轮故障的原因齿轮故障的原因 p制造误差制造误差 齿轮制造误差主要有偏心、齿距偏差和齿轮制造误差主要有偏心、齿距偏差和 齿形误差等。齿形误差等。 偏心指齿轮的几何中心和旋转中心不重偏心指齿轮的几何中心和旋转中心不重 合，齿距偏差指齿轮的实际齿距与公称齿距合，齿距偏差指齿轮的实际齿距与公称齿距 有较大误差，齿形误差指渐开线齿廓有误差

24、。有较大误差，齿形误差指渐开线齿廓有误差。 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 p装配不良装配不良 由于装配技术和装配方法等原因，通常会造由于装配技术和装配方法等原因，通常会造 成成“一端接触一端接触”和齿轮轴的直线性偏差和齿轮轴的直线性偏差( (不同轴、不同轴、 不对中不对中) ) 等异常现象。这会造成轮齿负荷不匀，等异常现象。这会造成轮齿负荷不匀， 个别齿负荷过重引起早期磨损，严重时甚至引起个别齿负荷过重引起早期磨损，严重时甚至引起 断裂等。断裂等。 p润滑不良润滑不良 对于高速重载齿轮，润滑不良会导致齿面局对于高速重载齿轮，润滑不良会导致齿面局 部

25、过热，造成色变、胶合等故障。部过热，造成色变、胶合等故障。 p超载超载 对于工作负荷不平稳的齿轮驱动装置，经常对于工作负荷不平稳的齿轮驱动装置，经常 会出现过载现象，如果没有适当的保护措施，就会出现过载现象，如果没有适当的保护措施，就 会造成轮齿过载断裂，或者长期过载导致大量轮会造成轮齿过载断裂，或者长期过载导致大量轮 齿根部疲劳裂纹、断裂。齿根部疲劳裂纹、断裂。 p操作失误操作失误 操作失误通常包括缺油、超载、长期超速等，操作失误通常包括缺油、超载、长期超速等， 都会造成齿轮损伤、损坏。都会造成齿轮损伤、损坏。 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 齿轮振动机理齿轮振动机理 p 齿轮振动特征

26、频率的计算齿轮振动特征频率的计算 n 齿轮和轴的转动频率齿轮和轴的转动频率fr () 60 r n fHz 谐频谐频,3 ,2 rr ff 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 式中，式中，n为齿轮及轴的转速（为齿轮及轴的转速（r/min）。）。 1122crr fz fzf n 齿轮的啮合频率齿轮的啮合频率fc n 齿轮的固有频率齿轮的固有频率 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 式中，式中，fr1主动轮的旋转频率主动轮的旋转频率(Hz)； z1主动轮的齿数；主动轮的齿数； fr2从动轮的旋转频率从动轮的旋转频率(Hz) z2从动轮的齿数。从动轮的齿数。 p边频带边频带 在齿轮箱的振动频谱

27、中，啮合频率或其高阶在齿轮箱的振动频谱中，啮合频率或其高阶 谐频附近存在着一些等间距的频率成分，称为边谐频附近存在着一些等间距的频率成分，称为边 频带。频带。 边频带由边频带由幅值调制幅值调制和和频率调制频率调制形成。形成。 频率调制及其边频频率调制及其边频幅值调制及其边频幅值调制及其边频 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 n幅值调制幅值调制 幅值调制是由于齿面载荷波动对振动幅值的幅值调制是由于齿面载荷波动对振动幅值的 影响而造成的。影响而造成的。 比如齿轮的偏心、加工误差、齿轮故障比如齿轮的偏心、加工误差、齿轮故障 在齿轮信号中，啮合频率成分通常是载波成在齿轮信号中，啮合频率成分通常是载

28、波成 分，齿轮轴旋转频率成分通常是调制波成分。分，齿轮轴旋转频率成分通常是调制波成分。 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 调幅后的信号：调幅后的信号： x1(t)=A(1+ecos2frt)Xsin(2fct+) 旋转振动信号：旋转振动信号： a(t)=A(1+ecos2frt) 啮合振动信号：啮合振动信号： x (t)=Xsin(2fct+) 调幅信号及频谱调幅信号及频谱 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 齿轮存在局部缺陷时，形成的边频带数量多且均匀。齿轮存在局部缺陷时，形成的边频带数量多且均匀。 齿轮存在分布缺陷时，形成的边频带比较高而且窄。齿轮存在分布缺陷时，形成的边频带比较高而

29、且窄。 而且齿轮上的缺陷分布越均匀，频谱上的边频带就越而且齿轮上的缺陷分布越均匀，频谱上的边频带就越 高、越集中。高、越集中。 齿轮缺陷分布对边频带的影响齿轮缺陷分布对边频带的影响 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 n频率调制频率调制 齿轮齿距不均匀时，或者齿轮转速不均匀。齿轮齿距不均匀时，或者齿轮转速不均匀。 频率调制及其边带频率调制及其边带 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 p附加脉冲附加脉冲 附加脉冲是回附加脉冲是回 转频率的低次谐波。转频率的低次谐波。 平衡不良、对中不平衡不良、对中不 良和机械松动等，良和机械松动等， 均是回转频率的低均是回转频率的低 次谐波振源，但不次谐波振

30、源，但不 一定与齿轮缺陷直一定与齿轮缺陷直 接有关。附加脉冲接有关。附加脉冲 的影响一般在啮合的影响一般在啮合 频率以下。频率以下。 附加脉冲示意图附加脉冲示意图 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 载荷对隐含谱线分量和啮合分量的影响载荷对隐含谱线分量和啮合分量的影响 (a)(a)轻载轻载 （b b）满载）满载 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 p隐含谱线隐含谱线 隐 含 谱 线隐 含 谱 线 是功率谱上的是功率谱上的 一种频率分量，一种频率分量， 产生的原因是产生的原因是 由于加工过程由于加工过程 中带来的周期中带来的周期 性缺陷。性缺陷。 p轴承振动轴承振动 频谱细化技术频谱细化技术

31、 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 齿轮故障诊断常用信号分析处理方法齿轮故障诊断常用信号分析处理方法 p 频率细化分析技术频率细化分析技术 010002000300040005000600070008000 0 2000 4000 6000 8000 10000 频 率 （ HZ） 幅值（m/s2） 信 号 移 频 010002000300040005000600070008000 0 2000 4000 6000 8000 10000 频 率 （ HZ） 幅值（m/s2） 信 号 滤 波 010002000300040005000600070008000 0 2000 4000 6000

32、 8000 10000 频 率 （ HZ） 幅值（m/s2） 信 号 移 频 010002000300040005000600070008000 0 2000 4000 6000 8000 10000 频 率 （ HZ） 幅值（m/s2） 信 号 滤 波 020406080100120140160 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 频 率 （ HZ） 幅值（m/s2） 频 谱 细 化 00.10.20.30.40.50.60.7 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 时 域 图 时 间 （ s） 幅值（m/s2） 0100020003000400

33、05000600070008000 0 2000 4000 6000 8000 10000 频 率 （ HZ） 幅值（m/s2） 频 谱 fLfH 原始频谱原始频谱 移移 频频 滤滤 波波 重采样重采样 +反移频反移频 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 n频谱细化过程频谱细化过程 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 p 倒频谱分析倒频谱分析 n 定义定义 1 lg yyy CFSf 功率谱功率谱对数对数傅里叶逆变换傅里叶逆变换 n 应用应用 分离信息通道对信号的影响分离信息通道对信号的影响 h(t) 输入输入x(t)输出输出y(t) y tx th t时域关系：时域关系： 频域关系：频域

34、关系： 倒频谱：倒频谱： 2 ( )( )|( )| yyxx SfSfH f 2 ( )lg( )lg |( )| yyxx lgSfSfH f ( )( )( ) yxh CCC 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 故障信息在功率谱和倒频谱中明显性比较故障信息在功率谱和倒频谱中明显性比较 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 对于同时有多对齿轮啮合的齿轮箱振动频谱对于同时有多对齿轮啮合的齿轮箱振动频谱 图，由于每对齿轮啮合都将产生边频带，几个边图，由于每对齿轮啮合都将产生边频带，几个边 频带交叉分布在一起，无法看清频谱结构，还需频带交叉分布在一起，无

35、法看清频谱结构，还需 要进一步做倒频谱分析。要进一步做倒频谱分析。 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 用倒频谱诊断齿轮故障用倒频谱诊断齿轮故障 用倒频谱分析齿轮箱振动信号中的边频带用倒频谱分析齿轮箱振动信号中的边频带 1-啮合频率；啮合频率；2，3-高次谐波；高次谐波；A1A5周期为周期为11.8ms谐波；谐波； B1 B3-周期为周期为20ms谐波谐波 11.8 正常齿轮的时域特征与频域特征正常齿轮的时域特征与频域特征 (1)(1)时域特征时域特征 正常齿轮由于刚度的影响，其波形为周期性正常齿轮由于刚度的影响，其波形为周期性 的衰减波形。其低频信号具有近似正弦波的啮合的衰减波形。其低频信

36、号具有近似正弦波的啮合 波形。波形。 正常齿轮的低频振动波形正常齿轮的低频振动波形 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 (2)(2)频域特征频域特征 正常齿轮的信号反映在功率上，有啮合频率及正常齿轮的信号反映在功率上，有啮合频率及 其谐波分量，即有其谐波分量，即有nfc（n n1,2,1,2,），且以啮合频率），且以啮合频率 成分为主，其高次谐波依次减小；同时，在低频处成分为主，其高次谐波依次减小；同时，在低频处 有齿轮轴旋转频率及其高次谐波有齿轮轴旋转频率及其高次谐波mf r （m m1 1， 2 2，）。）。 正常齿轮的频谱正常齿轮的频谱 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 故障齿轮的

37、时域特征与频域特征故障齿轮的时域特征与频域特征 p 均匀磨损均匀磨损 (a)(a) 高频振动高频振动 (b)(b)低频振动低频振动 均匀磨损时的频谱均匀磨损时的频谱 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 p 齿轮偏心齿轮偏心 齿轮偏心的频谱齿轮偏心的频谱 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 偏心齿轮的振动时域波形偏心齿轮的振动时域波形 p齿轮不同轴齿轮不同轴 指由于齿轮和轴装配不当造成的齿轮和轴不指由于齿轮和轴装配不当造成的齿轮和轴不 同轴。不同轴故障会使齿轮产生局部接触，导致同轴。不同轴故障会使齿轮产生局部接触，导致 部分轮齿承受较大的负荷。部分轮齿承受较大的负荷。 不同轴齿轮的频谱不同轴

38、齿轮的频谱 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 不同轴齿轮波形不同轴齿轮波形 p齿轮局部异常齿轮局部异常 齿轮的局部异常齿轮的局部异常 1-1-齿根部有裂纹；齿根部有裂纹；2-2-局部齿面磨损；局部齿面磨损； 3-3-局部齿形误差；局部齿形误差；4-4-断齿断齿 局部异常齿轮的振动波形局部异常齿轮的振动波形 局部异常的齿轮频谱局部异常的齿轮频谱 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 p齿距误差齿距误差 指一个齿轮的各个齿距不相等，存在有误差。指一个齿轮的各个齿距不相等，存在有误差。 齿距误差是由齿形误差造成的。齿距误差是由齿形误差造成的。 有齿距误差齿轮的振动波形有齿距误差齿轮的振动波形 有

39、齿距误差齿轮的频谱有齿距误差齿轮的频谱 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 p不平衡齿轮不平衡齿轮 齿轮的不平衡是指齿轮的质心和回转中心不齿轮的不平衡是指齿轮的质心和回转中心不 重合，从而导致齿轮副的不稳定运行和振动。重合，从而导致齿轮副的不稳定运行和振动。 不平衡齿轮的振动波形不平衡齿轮的振动波形 不平衡齿轮的频谱不平衡齿轮的频谱 齿轮常见故障与诊断齿轮常见故障与诊断 外圈外圈 内圈内圈 滚动体滚动体 保持架保持架 滚动轴承的故障机理与诊断技术滚动轴承的故障机理与诊断技术 滚动轴承尺寸的选择滚动轴承尺寸的选择2 2 疲劳剥落疲劳剥落 滚动轴承故障的主要形式与原因滚动轴承故障的主要形式与原因 滚动轴承的故障机理与诊断技术滚动轴承的故障机理与诊断技术 磨损磨损 塑性变形塑性变形 滚动轴承尺寸的选择滚动轴承尺寸的选择2 2 胶合胶合断裂断裂 保持架损坏保持架损坏 锈蚀锈蚀 滚动轴承的故障机理与诊断技术滚动轴承的故障机理与诊断技术 与轴承的结构有关的振动与轴承的结构有关的振动 无论轴承正常与否，都会产生振动无论轴承正常与否，都会产生振动 与轴承滚动表面状况有关的振动与轴承滚动表面状况有关的振动 反映了轴承的损坏状况反映了轴承的损坏状况 滚动轴承的故障机理与诊断技术滚动轴承的