机械振动和零部件平衡

1、机械振动和零部件的平衡机械振动和零部件的平衡 一、一、 振动的基本特性振动的基本特性 一、振动的基本特性一、振动的基本特性 旋转机械或零部件的种类繁多，旋转机械或零部件的种类繁多， 如如: 发电机发电机 齿轮齿轮 离心式压缩机离心式压缩机 水泵水泵 通风机通风机 电动机电动机 砂轮机砂轮机 曲轴曲轴 等。等。 这些旋转机械的主要部件是转子。这类机械或零这些旋转机械的主要部件是转子。这类机械或零 部件的主要功能都是由旋转动作完成的，只部件的主要功能都是由旋转动作完成的，只 要转子一开始转动，就不可避免的要产生振要转子一开始转动，就不可避免的要产生振 动，振动过量，就一定要产生危害。动，振动过量，

2、就一定要产生危害。 不平衡不平衡的危害的危害 1、转子振动和应力大，运行不安全。、转子振动和应力大，运行不安全。 2、恶化环境，浪费能源。、恶化环境，浪费能源。 3、产品数量和质量下降。、产品数量和质量下降。 但是，但是， 只要振动不过量，是完全允许的。只要振动不过量，是完全允许的。 1、转子涡动、转子涡动 (图示图示3-1） 一般情况下，旋转机械的转子轴心线是水一般情况下，旋转机械的转子轴心线是水 平的，转子的两个支承点在同一水平线上。平的，转子的两个支承点在同一水平线上。 设转子上的圆盘位于转子两支承点的中央，设转子上的圆盘位于转子两支承点的中央， 当转子静止时，由于圆盘的重力使转子轴当转

3、子静止时，由于圆盘的重力使转子轴 弯曲变形产生静挠度，即静变形。此时，弯曲变形产生静挠度，即静变形。此时， 由于静变形较小，对转子运动的影响不显由于静变形较小，对转子运动的影响不显 著，可以忽略不计，即圆盘的几何中心著，可以忽略不计，即圆盘的几何中心O 与轴线与轴线AB上上O点重合，如图点重合，如图3-1所示。在转所示。在转 子开始转动后，由于离心力的作用，转子子开始转动后，由于离心力的作用，转子 产生扰度。此时转子有两种运动：一种是产生扰度。此时转子有两种运动：一种是 转子的自身转动，即圆盘绕其轴线转子的自身转动，即圆盘绕其轴线AOB的的 转动；另一种是弓形转动，即弯曲的轴心转动；另一种是弓

4、形转动，即弯曲的轴心 线线AOB与轴承连线与轴承连线AOB组成的平面绕组成的平面绕AB 轴线的转动。轴线的转动。 O点的轨迹为一个椭圆。点的轨迹为一个椭圆。O的这种运动是的这种运动是 一种涡动，或称进动。转子的涡动方向与一种涡动，或称进动。转子的涡动方向与 转子的转动角速度转子的转动角速度同向时，称正进动；同向时，称正进动； 与与反方向时，称反进动。反方向时，称反进动。 汽轮机转子动平衡试验动画汽轮机转子动平衡试验动画.exe 判断：判断： 转子涡动方向与转子转动角速度同向时，称转子涡动方向与转子转动角速度同向时，称 正进动。（正进动。（） 2 2、转子的临界转速、转子的临界转速 在某些旋转机

5、械的开机或停机过程中，当经过某一转速在某些旋转机械的开机或停机过程中，当经过某一转速 附近时，会出现剧烈振动。这个转速在数值上非常接近附近时，会出现剧烈振动。这个转速在数值上非常接近 于转子横向自由振动的固有频率，这个与转子固有频率于转子横向自由振动的固有频率，这个与转子固有频率 相对应的转速，称为转子的临界转速。但是，临界转速相对应的转速，称为转子的临界转速。但是，临界转速 的值并不等于转子的固有频率，而且在临界转速时发生的值并不等于转子的固有频率，而且在临界转速时发生 的剧烈振动与共振是不同的物理现象。转子的质量越的剧烈振动与共振是不同的物理现象。转子的质量越 大、刚度越小时，其临界转速越

6、低，反之则越高。大、刚度越小时，其临界转速越低，反之则越高。 判断： 当转子的转速大大高于临界转速时，振动剧烈。（） 因为转子有一阶、二阶因为转子有一阶、二阶等一系列固有频率，所以转等一系列固有频率，所以转 子在旋转时就可能遇到一阶、二阶等多个临界转速。其中一子在旋转时就可能遇到一阶、二阶等多个临界转速。其中一 阶临界转速是最低的一个，在旋转机械中遇到的机会较多，阶临界转速是最低的一个，在旋转机械中遇到的机会较多， 而二阶及更高阶数的临界转速，只有在少数情况下才会遇而二阶及更高阶数的临界转速，只有在少数情况下才会遇 到。到。 如果机器的工作转速小于一阶临界转速，则转轴称为刚如果机器的工作转速小

7、于一阶临界转速，则转轴称为刚 性轴；刚性转子在工作中不会遇到临界转速。如果工作转速性轴；刚性转子在工作中不会遇到临界转速。如果工作转速 高于一阶临界转速，则转轴称为柔性轴。具有柔性轴的旋转高于一阶临界转速，则转轴称为柔性轴。具有柔性轴的旋转 机器运转时较为平稳，但在启动工程中，要经过临界转速。机器运转时较为平稳，但在启动工程中，要经过临界转速。 如果缓慢启动，经过临界转速时，也会发生剧烈的振动。如果缓慢启动，经过临界转速时，也会发生剧烈的振动。 （柔性转子在工作中一定要经过临界转速。）（柔性转子在工作中一定要经过临界转速。） 选择题选择题（1）转子有一阶，二阶转子有一阶，二阶等一系列固有频等一

8、系列固有频 率，其中一阶临界转速（）。率，其中一阶临界转速（）。 a、最高、最高 b、最低、最低 c、中等、中等 （2）刚性转子在工作中不会遇到（）刚性转子在工作中不会遇到（） a、平速涡动、平速涡动 b、临界转速、临界转速 c、剧烈振动、剧烈振动 使转子产生干扰力的因素，最基本的就是由于不平使转子产生干扰力的因素，最基本的就是由于不平 衡而引起的离心力。离心力的作用频率就等于转子衡而引起的离心力。离心力的作用频率就等于转子 的转速频率，因此，旋转机械的工作转速不应等于的转速频率，因此，旋转机械的工作转速不应等于 或接近于临界转速，否则将使转子产生剧烈振动而或接近于临界转速，否则将使转子产生剧

9、烈振动而 可能带来严重后果。可能带来严重后果。 判断题：使转子产生干扰力的最基本的因素是不平判断题：使转子产生干扰力的最基本的因素是不平 衡而引起的离心力。（衡而引起的离心力。（） 对于柔性轴（或挠性转子），一般要求做到对于柔性轴（或挠性转子），一般要求做到 对于刚性轴（或刚性转子），也要求做到对于刚性轴（或刚性转子），也要求做到 式中：式中：n工作转速（工作转速（r/min） n1 一阶临界转速（一阶临界转速（r/min） n2二阶临界转速（二阶临界转速（r/min） 判断题：对于挠性转子要求做到工作转速判断题：对于挠性转子要求做到工作转速 小于小于0.55-0.8倍一阶临界转速。（倍一阶临

10、界转速。（ ） 12 1.40.7nnn 1 (0.550.8)nn 3、影响转子临界转速的因素、影响转子临界转速的因素 （1）陀螺力矩）陀螺力矩 （2）弹性支承 （1）陀螺力矩对转子临界转速的影响）陀螺力矩对转子临界转速的影响 当圆盘不装在两支承点的中心而偏于一边时，转轴变形后，当圆盘不装在两支承点的中心而偏于一边时，转轴变形后， 圆盘的轴线与两支承点圆盘的轴线与两支承点A和和B的连线有夹角的连线有夹角。如课本图。如课本图3-2 当转轴有自然振动时，由于转子进动，圆盘对质心当转轴有自然振动时，由于转子进动，圆盘对质心O的动量的动量 距将不断改变方向。惯性力矩方向与平面距将不断改变方向。惯性力

11、矩方向与平面OAB垂直，这个惯性垂直，这个惯性 力矩称为陀螺力矩或回转力矩。这个力矩与力矩称为陀螺力矩或回转力矩。这个力矩与成正比，相当于成正比，相当于 弹性力矩。在转子正进动（弹性力矩。在转子正进动（0 /2）的情况下，力矩使转）的情况下，力矩使转 轴的变形减小，因而提高了转轴的弹性刚度，即提高了转子的轴的变形减小，因而提高了转轴的弹性刚度，即提高了转子的 临界角速度；在转子反进动（临界角速度；在转子反进动（ /2 ）的情况下，力矩）的情况下，力矩 使转轴的变形增大，从而降低了转轴的刚度，即降低了转子的使转轴的变形增大，从而降低了转轴的刚度，即降低了转子的 临界角速度。故陀螺力矩对转子临界转

12、速的影响是：正进动临界角速度。故陀螺力矩对转子临界转速的影响是：正进动 时，它提高了临界转速；反进动时，它降低了临界转速。时，它提高了临界转速；反进动时，它降低了临界转速。 选择题：陀螺转矩对转子临界转速的影响是：正进动时它（）选择题：陀螺转矩对转子临界转速的影响是：正进动时它（） 临界转速。临界转速。a、等于、等于 b、降低、降低 c、提高、提高 （2）弹性支承对转子的临界转速的影响）弹性支承对转子的临界转速的影响 只有在支架即轴承架完全不变形的条件下，支点才能只有在支架即轴承架完全不变形的条件下，支点才能 在转子运动时保持不动。实际上，支架并不是绝对刚性不在转子运动时保持不动。实际上，支架

13、并不是绝对刚性不 变的，因而考虑支架的弹性变形时，支架就相当于弹簧与变的，因而考虑支架的弹性变形时，支架就相当于弹簧与 弹性转轴相串联。支架与弹性转轴串联后，其总的刚度要弹性转轴相串联。支架与弹性转轴串联后，其总的刚度要 低于转轴本身的弹性刚度。因此，弹性支承可使转子的进低于转轴本身的弹性刚度。因此，弹性支承可使转子的进 动角速度或临界转速降低；减小支承刚度可以使临界角速动角速度或临界转速降低；减小支承刚度可以使临界角速 度显著降低。另外，转子在油膜刚度、基础刚度等改变度显著降低。另外，转子在油膜刚度、基础刚度等改变 时，其临界转速数值也要有一定的变化。时，其临界转速数值也要有一定的变化。 判

14、断题：判断题： 弹性支承使转子的临界转速提高。（） 4、转子重心的相位和振动波德图、转子重心的相位和振动波德图 转子在振动时有一定的相位特性。如课本图转子在振动时有一定的相位特性。如课本图3-3， 如果圆盘的重心如果圆盘的重心G与转轴中心与转轴中心O不重合，不重合，e为圆盘为圆盘 的偏心距即的偏心距即OG=e。L为临界角速度，当圆盘以为临界角速度，当圆盘以 角速度角速度转动时，转子旋转时因离心力作用使转转动时，转子旋转时因离心力作用使转 子产生动挠度和振动，在转子的圆周方向上任何子产生动挠度和振动，在转子的圆周方向上任何 一点，都可测得其最大的振动值一点，都可测得其最大的振动值A，其方向即为，

15、其方向即为 动挠度的方向，此测点位置称为高点动挠度的方向，此测点位置称为高点h。 在转子振动时，只有当转速很低，振动的高点在转子振动时，只有当转速很低，振动的高点 位置才与重心同相位；但当转速升高到一定数位置才与重心同相位；但当转速升高到一定数 值时，振动的高点总要滞后于重心某一相位值时，振动的高点总要滞后于重心某一相位， 即当转子的重心转到某一角度时，在该角度位即当转子的重心转到某一角度时，在该角度位 置并不能及时出现振动高点，而要当重心转过置并不能及时出现振动高点，而要当重心转过 一个相位角一个相位角后才能出现。转子的转速越高，后才能出现。转子的转速越高， 高点滞后于重心的相位角高点滞后于

16、重心的相位角也越大也越大。 选择题：选择题： 转子转速升高到一定值时，振动的（）总要滞后于重点转子转速升高到一定值时，振动的（）总要滞后于重点 某一相位角。某一相位角。 a、高点、高点 b、低点、低点 c、烈度、烈度 在正常运转的情况下：在正常运转的情况下： 1）当）当L时，时，L时，时，90重心重心G处于转子动挠度方处于转子动挠度方 向的对面，重心向的对面，重心G所产生的离心力已有一部分分力所产生的离心力已有一部分分力 能起抑制振动的作用，这就是为什么在临界转速能起抑制振动的作用，这就是为什么在临界转速 以后，转子的振幅反而会逐渐减小的原因，这种以后，转子的振幅反而会逐渐减小的原因，这种 作

17、用称为转子的自定心作用，或称自动对心。作用称为转子的自定心作用，或称自动对心。 当当L时时,180，OO-OG，圆盘的，圆盘的 重心重心G近似地落在固定点近似地落在固定点O上，振动很小，上，振动很小， 转动反而比较平稳。转动反而比较平稳。 根据以上振动的各种特性及其规律，可以根据以上振动的各种特性及其规律，可以 画出振幅画出振幅转速特性图和相位转速特性图和相位转速转速 特性图，将这两个图对应的画在一起，叫特性图，将这两个图对应的画在一起，叫 做波德图，它是表示转子振动基本特性的做波德图，它是表示转子振动基本特性的 典型曲线图，如课本图典型曲线图，如课本图3-4。 二、旋转机械振动标准二、旋转机

18、械振动标准 振动标准从使用者的角度可以分为两类，振动标准从使用者的角度可以分为两类， 即运行管理标准和制造厂出厂标准。两者即运行管理标准和制造厂出厂标准。两者 的内容和规格不同，通常后者比前者严格；的内容和规格不同，通常后者比前者严格； 两者目的也不一样，前者用于评定设备的两者目的也不一样，前者用于评定设备的 健康状况，对设备的故障进行诊断，确定健康状况，对设备的故障进行诊断，确定 设备的维修计划等，而后者是用来控制设设备的维修计划等，而后者是用来控制设 备质量、性能以及可靠性等。备质量、性能以及可靠性等。 从故障诊断的角度还可以将振动标准划分从故障诊断的角度还可以将振动标准划分 为绝对标准和

19、相对标准两种。绝对标准是为绝对标准和相对标准两种。绝对标准是 指判断设备状态的振动绝对数值；相对标指判断设备状态的振动绝对数值；相对标 准是指设备自身振值变化率的允许值。绝准是指设备自身振值变化率的允许值。绝 对标准是在规定了正确的测量方法之后制对标准是在规定了正确的测量方法之后制 定的标准，所以在应用时必须注意标准适定的标准，所以在应用时必须注意标准适 应的频率范围和测定方法。应的频率范围和测定方法。 1、相对振动标准、相对振动标准 2、绝对振动标准、绝对振动标准 1、相对振动标准、相对振动标准 相对标准是振动标准在故障诊断中的典型应用，相对标准是振动标准在故障诊断中的典型应用， 特别适用于

20、尚无适应的绝对标准设备。其应用方特别适用于尚无适应的绝对标准设备。其应用方 法是对设备的同一部位的振动进行定期检测，以法是对设备的同一部位的振动进行定期检测，以 设备正常情况下的值为原始值，根据实测值与原设备正常情况下的值为原始值，根据实测值与原 始值的比值是否超过标准来判断设备的状态。始值的比值是否超过标准来判断设备的状态。 标准值的确定根据频率的不同分为低频标准值的确定根据频率的不同分为低频(小于小于 1000Hz)和高频（大于和高频（大于1000Hz）两段，低频段的）两段，低频段的 依据主要是经验值和人的感觉，而高频段主要是依据主要是经验值和人的感觉，而高频段主要是 考虑了零件结构的疲劳

21、强度。考虑了零件结构的疲劳强度。 典型的相对标准有日本工业界广泛采用的相对标典型的相对标准有日本工业界广泛采用的相对标 准见表。课本表准见表。课本表3-1 2、绝对振动标准、绝对振动标准 评定旋转机械振动优劣的标准经历了轴承振动振评定旋转机械振动优劣的标准经历了轴承振动振 幅、转轴振动振幅以及轴承振动烈度的发展过程。过幅、转轴振动振幅以及轴承振动烈度的发展过程。过 去大多用轴承振动振幅值作为制定标准的基础，它的去大多用轴承振动振幅值作为制定标准的基础，它的 缺点是不能反映轴的振动状态，且未考虑不同轴承以缺点是不能反映轴的振动状态，且未考虑不同轴承以 及同一轴承不同方向上振动的不等效性，对环境危

22、害及同一轴承不同方向上振动的不等效性，对环境危害 的不等效性，以及不同频率振动分量的不等效性。随的不等效性，以及不同频率振动分量的不等效性。随 着测量技术的发展，以转轴振动振幅为基础的振动标着测量技术的发展，以转轴振动振幅为基础的振动标 准和以轴承振动烈度为基础的振动标准得到了广泛应准和以轴承振动烈度为基础的振动标准得到了广泛应 用。用。 判断：判断： 在评定旋转机械振动优劣的标准中，采用轴承振动振在评定旋转机械振动优劣的标准中，采用轴承振动振 幅最合理。（幅最合理。（） （1）旋转机械振动通用标准）旋转机械振动通用标准 见课本表见课本表3-2，它给出了转速范围为，它给出了转速范围为10200

23、r/s的的 大型旋转机械的大型旋转机械的ISO3945-1985机械运动机械运动-振动烈度振动烈度 的现场测量与评价标准。本标准使用于功率大于的现场测量与评价标准。本标准使用于功率大于 300kW，转速为，转速为10100r/s的大型原动机和其他的大型原动机和其他 有旋转质量的大型机器的振动烈度评定。振动烈有旋转质量的大型机器的振动烈度评定。振动烈 度就是振动速度的有效值。当轴心轨迹为圆周状度就是振动速度的有效值。当轴心轨迹为圆周状 态时的振动速度，就等于圆周半径与角速度的乘态时的振动速度，就等于圆周半径与角速度的乘 积，即积，即V=r 式中：式中：V振动速度（振动速度（mm/s） r圆周半径

24、，即振动位移的单幅值圆周半径，即振动位移的单幅值 旋转时轴心的角速度（旋转时轴心的角速度（1/s），）， =2f=2n/60=n/30 振动时由于轴心轨迹呈圆周状态，其振动的波形为正弦振动时由于轴心轨迹呈圆周状态，其振动的波形为正弦 波，因此振动速度有效值应为波，因此振动速度有效值应为 式中：式中：Vrms振动速度有效值，即振动烈度（振动速度有效值，即振动烈度（mm/s） 由此可得出，振动烈度与振动位移双幅值之间的关系为由此可得出，振动烈度与振动位移双幅值之间的关系为 式中：式中：A振动双幅值（振动双幅值（mm） 选择题：选择题： 转子振动烈度与振动位移双幅值之间的关系是（）转子振动烈度与振动

25、位移双幅值之间的关系是（） a、 b、 c、 22/AwVrms /2 rm s VV /2/2/2 2 rms VVrA 2/AwVrms AwVrms/22 用振动烈度来评定机械振动水平时，与机械的旋转速度无关，用振动烈度来评定机械振动水平时，与机械的旋转速度无关， 因为振动烈度与转速已有一定的关系，因此振动烈度能反映出振因为振动烈度与转速已有一定的关系，因此振动烈度能反映出振 动的能量，这种标准比较合理。动的能量，这种标准比较合理。 该标准规定在轴承外壳上三个正交方向上测量振动烈度，并根该标准规定在轴承外壳上三个正交方向上测量振动烈度，并根 据机器的支承特性将机器进行分类。据机器的支承特

26、性将机器进行分类。 所谓刚性支承是指机械的主要激励频率低于支承系统一阶固有所谓刚性支承是指机械的主要激励频率低于支承系统一阶固有 频率的支承；频率的支承； 反之，机械的主要激励频率高于支承系统一阶固有频率的支承反之，机械的主要激励频率高于支承系统一阶固有频率的支承 则是柔性支承，支承系统固有频率可经实验测得，而机械的主励则是柔性支承，支承系统固有频率可经实验测得，而机械的主励 频率，一般为其转速频率。如一台旋转机械工作转速为频率，一般为其转速频率。如一台旋转机械工作转速为 6000r/min，则主激励频率为，则主激励频率为6000/60=100Hz。 选择题（选择题（1）一台旋转机械工作转速为

27、）一台旋转机械工作转速为9000r/min，则主激，则主激 励频率为（）励频率为（）a、100Hz b、150Hz c、 200Hz （2）当机械的主激振频率低于支承系统一阶固有频率的支承称）当机械的主激振频率低于支承系统一阶固有频率的支承称 （）（） a、刚性支承、刚性支承 b、柔性支承、柔性支承 c、 弹性支承弹性支承 见课本表见课本表3-3，为转速为，为转速为10200r/s机器的机器的ISO2372- 1974振动标准。该标准将机器分为第一类小型机器（功率振动标准。该标准将机器分为第一类小型机器（功率 15kW以下的电机），第二类中型机器（以下的电机），第二类中型机器（1575kW电机

28、和电机和 300kW以下机器），第三类大型机器（以下机器），第三类大型机器（300kW以上的硬底以上的硬底 座机器）和第四类大型机器（座机器）和第四类大型机器（300kW以上的软底座机以上的软底座机 器）。表中分为四个品质段器）。表中分为四个品质段 品质段品质段A为机械运行良好；品质段为机械运行良好；品质段B为机械运行满意；为机械运行满意； 品质段品质段C为机械运行不满意，已有一定的故障，应予检为机械运行不满意，已有一定的故障，应予检 查和修复；查和修复； 品质段品质段D为机械运行不合格应立即停止运行。为机械运行不合格应立即停止运行。 选择题：选择题： 振动剧烈标准中的品质段振动剧烈标准中的品

29、质段C表示机械运行已有（）表示机械运行已有（） a、平速涡动、平速涡动 b、临界转速、临界转速 c、剧烈振动、剧烈振动 （2）旋转机械特定机种专用标准）旋转机械特定机种专用标准 旋转机械特定机种主要指离心鼓风机、压缩机、蒸汽旋转机械特定机种主要指离心鼓风机、压缩机、蒸汽 涡轮机、燃气涡轮机、汽轮发电机组、水轮机和水轮涡轮机、燃气涡轮机、汽轮发电机组、水轮机和水轮 发电机组以及电动机和泵等。国际标准化组织、国际发电机组以及电动机和泵等。国际标准化组织、国际 电工委员会、各主要工业国家及我国的国家标准化组电工委员会、各主要工业国家及我国的国家标准化组 织、商业组织、技术学会等都制定了很多专用振动标

30、织、商业组织、技术学会等都制定了很多专用振动标 准。其中，电动机和泵的振动标准是以振动烈度表示准。其中，电动机和泵的振动标准是以振动烈度表示 的，其余特定机种的振动标准，大多以轴承、转轴振的，其余特定机种的振动标准，大多以轴承、转轴振 动位移双幅值表示。用振动位移来评定机械振动水平动位移双幅值表示。用振动位移来评定机械振动水平 时，是按照转速的高地来规定允许的振幅大小。转速时，是按照转速的高地来规定允许的振幅大小。转速 低，允许的振幅大；转速高，允许的振幅小。这是因低，允许的振幅大；转速高，允许的振幅小。这是因 为当同样振幅时，对于高速的旋转机械将会带来较大为当同样振幅时，对于高速的旋转机械将

31、会带来较大 的危害。的危害。 三、振动测量三、振动测量 测量旋转机械的振动，一般都要使用振动测量旋转机械的振动，一般都要使用振动 测量仪器，凭手的感觉和其他经验方法已测量仪器，凭手的感觉和其他经验方法已 不能满足要求。测量振动，一般都选择轴不能满足要求。测量振动，一般都选择轴 承上适宜的测点，从而测得轴承振动值，承上适宜的测点，从而测得轴承振动值， 或者直接测量轴振动。但个别情况下，为或者直接测量轴振动。但个别情况下，为 了寻找振动的原因，有时需要选择某些特了寻找振动的原因，有时需要选择某些特 殊位置进行测量，例如测量基座或基础的殊位置进行测量，例如测量基座或基础的 振动、管道的振动等。但作为

32、评定机械的振动、管道的振动等。但作为评定机械的 振动水平时的测点位置，总是在轴承或轴振动水平时的测点位置，总是在轴承或轴 两方面。两方面。 1、常用测量仪器、常用测量仪器 常用简易测振仪器多种多样，大致可常用简易测振仪器多种多样，大致可 分为三大类。分为三大类。 (1)位移型涡流式轴振动仪位移型涡流式轴振动仪 (2)速度型传感器振动仪速度型传感器振动仪 (3)加速度型传感器振动仪加速度型传感器振动仪 (1)位移型涡流式轴振动仪位移型涡流式轴振动仪 这是一种非接触式，测量相对位移的这是一种非接触式，测量相对位移的 振动仪，用来测量轴振动。一般将传振动仪，用来测量轴振动。一般将传 感器安装在轴承座

33、上，测量轴和轴承感器安装在轴承座上，测量轴和轴承 座之间的相对位移，对于高速、重大座之间的相对位移，对于高速、重大 设备，必须直接监测轴的振动。在大设备，必须直接监测轴的振动。在大 型风机、压缩机、发电机组设备上，型风机、压缩机、发电机组设备上， 都装有这类侧头。都装有这类侧头。 (2)速度型传感器振动仪速度型传感器振动仪 速度型传感器主要是磁电式速度计。速度型传感器主要是磁电式速度计。 这是一种接触式传感器用于测量轴承这是一种接触式传感器用于测量轴承 座、壳体等振动。由于输出信号与被座、壳体等振动。由于输出信号与被 测物的振动速度成正比，所以称之为测物的振动速度成正比，所以称之为 速度型传感

34、器。速度传感器主要用于速度型传感器。速度传感器主要用于 测量低频振动。测量低频振动。 (3)加速度型传感器振动仪加速度型传感器振动仪 加速度型传感器也是接触式传感器，加速度型传感器也是接触式传感器， 主要用来测量轴承振动。传感器的输主要用来测量轴承振动。传感器的输 出信号与被测物的振动加速度成正比。出信号与被测物的振动加速度成正比。 加速度传感器不仅能测低频振动，也加速度传感器不仅能测低频振动，也 能测中、高频振动。通过电子同回路能测中、高频振动。通过电子同回路 积分，也能测振动速度和振动位移，积分，也能测振动速度和振动位移， 所以应用广泛。所以应用广泛。 2、正确选择监测仪器、正确选择监测仪

35、器 不同种类的传感器，具有不同的可测频率范围，测不同种类的传感器，具有不同的可测频率范围，测 试前应该结合被测对象的主要频率范围来选定适当仪试前应该结合被测对象的主要频率范围来选定适当仪 器。一般来说，接触式传感器中，速度型传感器适用器。一般来说，接触式传感器中，速度型传感器适用 于测量不平衡、不对中、松动接触等引起的低频振于测量不平衡、不对中、松动接触等引起的低频振 动，用它测量振动位移，可以得到稳定的数据；动，用它测量振动位移，可以得到稳定的数据； 加速度传感器适用于测量齿轮、轴承故障等引起的加速度传感器适用于测量齿轮、轴承故障等引起的 中、高频振动信号，但用它测量振动位移，往往不太中、高

36、频振动信号，但用它测量振动位移，往往不太 稳定。因此，加速度传感器测量仪一般只用于测振动稳定。因此，加速度传感器测量仪一般只用于测振动 速度。速度。 选择题：速度型传感器测量振动时能测量（）选择题：速度型传感器测量振动时能测量（） a、低频振动、低频振动 b、中频振动、中频振动 c、高频振动、高频振动 3、正确选择测点的位置、正确选择测点的位置 测点位置和传感器安装位置能决定测量到测点位置和传感器安装位置能决定测量到 什么频率范围的振动。实际被测对象都有什么频率范围的振动。实际被测对象都有 主体与部件、部件与部件之间的区别。必主体与部件、部件与部件之间的区别。必 须找出最佳的测振位置，合理布点

37、。须找出最佳的测振位置，合理布点。 实际测量中，一般的设备的轴承部件为测实际测量中，一般的设备的轴承部件为测 量点，首先从轴承左边或右边开始，确定量点，首先从轴承左边或右边开始，确定 测量点，顺序编号为测量点，顺序编号为1、2、3，并作记，并作记 录，以使每次测量都在同一点。确定测点录，以使每次测量都在同一点。确定测点 后画出如图所示草图，标明机器名称和转后画出如图所示草图，标明机器名称和转 速，以便实测时对照使用。速，以便实测时对照使用。 例如用速度传感器在轴承上测量振动时，要例如用速度传感器在轴承上测量振动时，要 选择反映振动最为直接和灵敏的位置；选择反映振动最为直接和灵敏的位置； 测量轴

38、承垂直方向的振动值时，应选择轴承测量轴承垂直方向的振动值时，应选择轴承 宽度中央的正上方为测点位置；宽度中央的正上方为测点位置； 测量轴承水平方向的振动值时，应选择轴承测量轴承水平方向的振动值时，应选择轴承 宽度中央的中分面处为测点位置；测量轴承轴向宽度中央的中分面处为测点位置；测量轴承轴向 振动时，应选择轴承轴心线附近的端面为测点位振动时，应选择轴承轴心线附近的端面为测点位 置。置。 判断： 用速度传感器在轴承上测量振动时可任意选择测 点位置。（） 4、正确安装固定传感器、正确安装固定传感器 在振动检测过程中，传感器必须和被测物紧在振动检测过程中，传感器必须和被测物紧 密接触。密接触。如果水

39、平方向上产生滑动或者在垂如果水平方向上产生滑动或者在垂 直方向上脱离接触，都会使检测结果严重畸直方向上脱离接触，都会使检测结果严重畸 变，记录无法使用。通常使用的固定方法有变，记录无法使用。通常使用的固定方法有 螺钉联接固定、蜂蜡固定、胶合固定、绝缘螺钉联接固定、蜂蜡固定、胶合固定、绝缘 联接固定、磁铁联接固定等。联接固定、磁铁联接固定等。 例如，加速度传感器通常依靠基座下的螺孔，例如，加速度传感器通常依靠基座下的螺孔， 用螺杆紧固在轴承上。但为了装卸方便，有用螺杆紧固在轴承上。但为了装卸方便，有 时不用螺纹联接，而在传感器与轴承之间靠时不用螺纹联接，而在传感器与轴承之间靠 永久磁铁吸牢，也可

40、达到联接目的。永久磁铁吸牢，也可达到联接目的。 判断：在振动检测过程中，传感器必须和被判断：在振动检测过程中，传感器必须和被 测物紧密接触。（测物紧密接触。（） 5、测试信号数据整理、测试信号数据整理 根据上述几点测得的振动信号、数据，如根据上述几点测得的振动信号、数据，如 动态的幅值、相位、功率和能量等，进行动态的幅值、相位、功率和能量等，进行 分析和研究，按设备分别整理，画出趋势分析和研究，按设备分别整理，画出趋势 图，同基准值比较，就能一目了然地看出图，同基准值比较，就能一目了然地看出 设备运转状态。一般情况下，这种整理工设备运转状态。一般情况下，这种整理工 作可以采用手工方式来进行，但

41、是随着计作可以采用手工方式来进行，但是随着计 算机的广泛应用，实际工作中已开始借用算机的广泛应用，实际工作中已开始借用 计算机来进行数据处理和分析诊断。计算机来进行数据处理和分析诊断。 第二节第二节 旋转零部件的平衡旋转零部件的平衡 一、不平衡原因一、不平衡原因 常用机械中包含了大量的作旋转运动的零部件，常用机械中包含了大量的作旋转运动的零部件， 例如各种传动轴、主轴、电动机和汽轮机的转子、例如各种传动轴、主轴、电动机和汽轮机的转子、 曲轴、带轮、飞轮、叶轮、砂轮等等。作旋转运曲轴、带轮、飞轮、叶轮、砂轮等等。作旋转运 动的零部件，可以统称为回转体。在理想的状态动的零部件，可以统称为回转体。在

42、理想的状态 下，回转体旋转时和不旋转时对轴承或轴产生的下，回转体旋转时和不旋转时对轴承或轴产生的 压力是一样的，这样的回转体是平衡的回转体。压力是一样的，这样的回转体是平衡的回转体。 但在工程中的各种回转体，由于材料内部组织密但在工程中的各种回转体，由于材料内部组织密 度不均或毛坯缺陷、加工及装配中产生的误差，度不均或毛坯缺陷、加工及装配中产生的误差， 甚至设计时就具有非对称的几何形状等多种因素，甚至设计时就具有非对称的几何形状等多种因素， 使得回转体在旋转时，其上的每个微小质点产生使得回转体在旋转时，其上的每个微小质点产生 的离心力不能相互抵消，重心与旋转中心发生偏的离心力不能相互抵消，重心

43、与旋转中心发生偏 移，零部件在高速旋转时，将产生很大的离心力。移，零部件在高速旋转时，将产生很大的离心力。 例例1 当一旋转零件在离旋转中心当一旋转零件在离旋转中心50mm处有处有49N的偏的偏 重时，如果以重时，如果以1400r/min的转速旋转，则将产生的转速旋转，则将产生 的离心力大小为的离心力大小为 式中：式中：F离心力（离心力（N） W转动零件的偏重（转动零件的偏重（N） g重力加速度，重力加速度，g=9.81（m/s2） e质量偏心距（质量偏心距（m） n每分钟转速（每分钟转速（r/min） 2 (/) (/30)FW g en 2 (49/9.81) 0.05 (1400/30)

44、N 5364.2N 这个离心力将通过轴承或轴作用到机械机这个离心力将通过轴承或轴作用到机械机 器基础上，引起剧烈振动，产生噪声，加器基础上，引起剧烈振动，产生噪声，加 速轴和轴承磨损，机械工作精度降低，缩速轴和轴承磨损，机械工作精度降低，缩 短了机械的寿命，严重时，能造成破坏性短了机械的寿命，严重时，能造成破坏性 事故。因此工程中常需对回转体零部件进事故。因此工程中常需对回转体零部件进 行平衡。行平衡。 平衡分为静平衡和动平衡两种。静平衡是使回转平衡分为静平衡和动平衡两种。静平衡是使回转 轴线通过回转体的中心，消除由于质量偏心引起轴线通过回转体的中心，消除由于质量偏心引起 的离心力；而动平衡除

45、了要求达到力的平衡外，的离心力；而动平衡除了要求达到力的平衡外， 还要求校正由于力偶的作用而使主惯性轴绕回转还要求校正由于力偶的作用而使主惯性轴绕回转 轴线产生的倾斜。轴线产生的倾斜。 对于刚性回转体，当转速对于刚性回转体，当转速n1800r/min和长径比和长径比 L/D0.5（两个条件需要同时满足）或者转速（两个条件需要同时满足）或者转速n 900r/min时，只需要作静平衡；而当转速时，只需要作静平衡；而当转速n 900r/min和长径比和长径比L/D0.5（两个条件同时满（两个条件同时满 足），或者转速足），或者转速n1800r/min时，则必须进行动时，则必须进行动 平衡。平衡。 对

46、于柔性回转体，必须要进行动平衡。对于柔性回转体，必须要进行动平衡。 判断：对于刚性回转体，长径比判断：对于刚性回转体，长径比L/D0.5时只需作时只需作 静平衡。（静平衡。（） 1、刚性回转体的静平衡、刚性回转体的静平衡 刚性回转体的静平衡首先需确定静不平衡量的大小刚性回转体的静平衡首先需确定静不平衡量的大小 及方向。检查静不平衡的设备，主要有静平衡架、及方向。检查静不平衡的设备，主要有静平衡架、 平衡心轴和静平衡试验机（与动平衡机类似，事实平衡心轴和静平衡试验机（与动平衡机类似，事实 上动平衡机也能用于检查静不平衡）。静平衡架是上动平衡机也能用于检查静不平衡）。静平衡架是 工种中常用的设备。

47、如图工种中常用的设备。如图3-9所示为几种常用的静平所示为几种常用的静平 衡架结构简图，其中图衡架结构简图，其中图3-9a平行导轨式静平衡架应平行导轨式静平衡架应 用最广。导轨截面有刃口形、圆形、菱形等多种形用最广。导轨截面有刃口形、圆形、菱形等多种形 式。平行导轨须具有光滑和坚硬的工作表面，以减式。平行导轨须具有光滑和坚硬的工作表面，以减 少摩擦阻力，提高平衡精度。若回转体无轴颈待装少摩擦阻力，提高平衡精度。若回转体无轴颈待装 配时，可使用平衡心轴如图配时，可使用平衡心轴如图3-9d所示。平衡心轴的所示。平衡心轴的 径向跳动应小于径向跳动应小于0.0050.02mm，外圆加工精度不，外圆加工

48、精度不 低于低于2级。静平衡架支承面与轴颈或平衡心轴均应淬级。静平衡架支承面与轴颈或平衡心轴均应淬 硬至硬至5060HRC，最好镀硬铬，并磨光。，最好镀硬铬，并磨光。 利用静平衡架确定静不平衡量的方向很简利用静平衡架确定静不平衡量的方向很简 单，让回转体在静平衡架上来回摆动，静单，让回转体在静平衡架上来回摆动，静 止时，若无滚动摩擦的影响时，可以反复止时，若无滚动摩擦的影响时，可以反复 多作几次，作出标记，选取停下次数最多多作几次，作出标记，选取停下次数最多 的方向为静不平衡方向。的方向为静不平衡方向。 静不平衡量的大小确定一般采用时间平衡静不平衡量的大小确定一般采用时间平衡 法。确定了静不平

49、衡量的方向之后，仍在法。确定了静不平衡量的方向之后，仍在 静平衡架上搬动回转体，使其静不平衡方静平衡架上搬动回转体，使其静不平衡方 向偏离垂线方向为某一个角度向偏离垂线方向为某一个角度m （m90），然后放手，同时用秒表测出），然后放手，同时用秒表测出 回转体来回摆动一次的周期回转体来回摆动一次的周期T。为了提高测。为了提高测 量精度，也可以测出回转体多次摆动至某量精度，也可以测出回转体多次摆动至某 个位置的总时间，除以摆动次数，求出较个位置的总时间，除以摆动次数，求出较 精确的单次摆动周期来。精确的单次摆动周期来。 此时不平衡量此时不平衡量U的大小为的大小为 式中：式中：Ic回转体绕转动中心

50、回转体绕转动中心o点的转动点的转动 惯量惯量kgm2， g重力加速度，重力加速度， g=9.80665m/s2 T摆动周期（摆动周期（s） F(k，/2)第一类完全椭圆积分，第一类完全椭圆积分， 可查数学手册求得，可查数学手册求得，k=sin（m/2） |U|静不平衡量的大小静不平衡量的大小 622 (16 10/)( ,/2)/ c UIgFkT 确定了静不平衡量的大小及方向后，采取加重、确定了静不平衡量的大小及方向后，采取加重、 去重或调整校正质量等多种方法进行校正，然后去重或调整校正质量等多种方法进行校正，然后 检验其是否达到所需要的平衡精度等级。检验其是否达到所需要的平衡精度等级。 有

51、些回转体，工作过程中不平衡状态会发生变化，有些回转体，工作过程中不平衡状态会发生变化， 致使静平衡好的回转体，使用一段时间后又不平致使静平衡好的回转体，使用一段时间后又不平 衡了。如砂轮，随着砂轮的磨损，冷却液吸附的衡了。如砂轮，随着砂轮的磨损，冷却液吸附的 差异，都会使砂轮在短期内变为不平衡，而经常差异，都会使砂轮在短期内变为不平衡，而经常 性的停机作平衡检修是很麻烦的事情。为此，国性的停机作平衡检修是很麻烦的事情。为此，国 内外出现在了多种结构的自动控制平衡装置，这内外出现在了多种结构的自动控制平衡装置，这 些装置，由于结构图不同，有些尚需要手动进行些装置，由于结构图不同，有些尚需要手动进

52、行 平衡，但不需要拆除回转体系统及不需要反复地平衡，但不需要拆除回转体系统及不需要反复地 去重和加重，有些则全自动化。这类装置只能作去重和加重，有些则全自动化。这类装置只能作 单面静平衡。单面静平衡。 2、刚性回转体的动平衡、刚性回转体的动平衡 动平衡的方法有两种：动平衡的方法有两种： (1)平衡机法平衡机法 1）框架式平衡机）框架式平衡机 2）电子动平衡机）电子动平衡机 (2)现场平衡法现场平衡法 3、柔性回转体的动平衡、柔性回转体的动平衡 对于一些工作速度较高，但通常较固定的对于一些工作速度较高，但通常较固定的 回转体，为了减小转轴质量，常使其工作回转体，为了减小转轴质量，常使其工作 转速

53、高于其第一阶或第二阶及更高阶临界转速高于其第一阶或第二阶及更高阶临界 转速，例如汽轮机转子、高速离心泵、某转速，例如汽轮机转子、高速离心泵、某 些发电机转子等。还有一些由于结构尺寸些发电机转子等。还有一些由于结构尺寸 的限制，如细长的传动轴、内圆磨头，也的限制，如细长的传动轴、内圆磨头，也 只能在临界转速以上工作。这些均属于柔只能在临界转速以上工作。这些均属于柔 性回转体。性回转体。 柔性回转体的平衡与刚性回转体的平衡有很柔性回转体的平衡与刚性回转体的平衡有很 大差异，主要在于柔性回转的平衡只能在有限个大差异，主要在于柔性回转的平衡只能在有限个 校正面上进行，在某一转速下求得平衡的回转校正面上

54、进行，在某一转速下求得平衡的回转 体，在另一转速下又会呈现不平衡，如果处理不体，在另一转速下又会呈现不平衡，如果处理不 当，甚至原来平衡时所加（或减）的校正量，还当，甚至原来平衡时所加（或减）的校正量，还 会加剧另一转速下的不平衡状态。因此，对柔性会加剧另一转速下的不平衡状态。因此，对柔性 回转体校正面的选择，校正方法的选择，动平衡回转体校正面的选择，校正方法的选择，动平衡 精度评定等，都与刚性回转体不同。精度评定等，都与刚性回转体不同。 判断：判断： 柔性回转体的平衡与刚性回转体的平衡无差异。柔性回转体的平衡与刚性回转体的平衡无差异。 （） 二、不平衡的形式二、不平衡的形式 根据回转体惯性力

55、系简化结果的不同，刚根据回转体惯性力系简化结果的不同，刚 性回转体存在四种不平衡形式，性回转体存在四种不平衡形式， 1、静不平衡、静不平衡 2、准静不平衡、准静不平衡 3、偶不平衡、偶不平衡 4、动不平衡、动不平衡 1、静不平衡、静不平衡 当惯性力系简化结果为当惯性力系简化结果为Ro0，即，即rc0， M0=0，即，即Jyz=Jxz=0时，出现如图时，出现如图3-7a所示所示 的状态，中心主惯性轴线平行的偏离了轴的状态，中心主惯性轴线平行的偏离了轴 线。按线。按ISO国际标准，这种不平衡状态被定国际标准，这种不平衡状态被定 义为静不平衡。静不平衡的零部件只有当义为静不平衡。静不平衡的零部件只有

56、当 它的重心在铅垂线下放时才能静止不动，它的重心在铅垂线下放时才能静止不动， 在旋转时，由于离心力而使轴产生向偏重在旋转时，由于离心力而使轴产生向偏重 方向的弯曲，并使机器发生振动。对于这方向的弯曲，并使机器发生振动。对于这 种不平衡可以采用静平衡方法予以平衡。种不平衡可以采用静平衡方法予以平衡。 2、准静不平衡、准静不平衡 当惯性力系简化为如图当惯性力系简化为如图3-7b所示时，即所示时，即 Ro0，rc0，M00，但，但R0M0总能找到总能找到o 点，使得点，使得Ro0，但，但M0=0 。这种和静不平。这种和静不平 衡情况相像的不平衡，称为准静不平衡。衡情况相像的不平衡，称为准静不平衡。

57、这种单侧面的不平衡量会引起重心的偏移这种单侧面的不平衡量会引起重心的偏移 和中心主惯性轴线的倾斜，从而使它与轴和中心主惯性轴线的倾斜，从而使它与轴 线相交，这一类的不平衡可以通过静平衡线相交，这一类的不平衡可以通过静平衡 的方法予以平衡。的方法予以平衡。 3、偶不平衡、偶不平衡 当惯性力系简化为当惯性力系简化为Ro=0，即，即rc=0，M00，即，即 Jxz0，Jyz0，出现图，出现图3-7c所示的状态。两个平衡量所示的状态。两个平衡量 会使中心主惯性轴线相对于轴线发生倾斜，且在重心会使中心主惯性轴线相对于轴线发生倾斜，且在重心 上与轴线相交。它与准静不平衡相反，中心主惯性轴上与轴线相交。它与

58、准静不平衡相反，中心主惯性轴 并不发生偏移。这种不平衡状态称为偶不平衡。一般并不发生偏移。这种不平衡状态称为偶不平衡。一般 情况下，偶不平衡的干扰要比静不平衡的干扰小。这情况下，偶不平衡的干扰要比静不平衡的干扰小。这 种不平衡的零部件在任何位置都可以静止不动，但在种不平衡的零部件在任何位置都可以静止不动，但在 旋转时，将由于轴向位置上有偏重而产生力偶矩，会旋转时，将由于轴向位置上有偏重而产生力偶矩，会 使机器发生振动。这一类的不平衡可以通过动平衡的使机器发生振动。这一类的不平衡可以通过动平衡的 方法进到平衡。方法进到平衡。 选择题：选择题： 一般情况下，偶不平衡的干扰要比静不平衡的干扰一般情况

59、下，偶不平衡的干扰要比静不平衡的干扰 （）。（）。 a、大、大 b、小、小 c、等于、等于 4、动不平衡、动不平衡 当惯性力系简化为当惯性力系简化为Ro0，即，即rc0，M00， 即即Jxz0，Jyz0 ，出现图，出现图3-7d所示的状态。所示的状态。 这种既有静不平衡，又有偶不平衡的不平这种既有静不平衡，又有偶不平衡的不平 衡称为动不平衡，动不平衡是指静不平衡衡称为动不平衡，动不平衡是指静不平衡 加偶不平衡。此时，中心主惯性轴线相对加偶不平衡。此时，中心主惯性轴线相对 于轴线倾斜，但不相交。这一类的不平衡于轴线倾斜，但不相交。这一类的不平衡 可以通过动平衡的方法进行平衡。可以通过动平衡的方法

60、进行平衡。 三、平衡工艺三、平衡工艺 （1）校正面）校正面 （2）校正方法）校正方法 1）加重）加重 2）去重）去重 3）调整校正质量）调整校正质量 （3）极坐标校正与分量校正）极坐标校正与分量校正 （1）校正面）校正面 平衡一般在垂直于旋转轴线、且被成为校正面的平面上进平衡一般在垂直于旋转轴线、且被成为校正面的平面上进 行。刚性回转体的静平衡，一般只需要一个校正面即可。此校正行。刚性回转体的静平衡，一般只需要一个校正面即可。此校正 面应为重心面应为重心c所在的平面或离其很近。反之，则应选择连个校正所在的平面或离其很近。反之，则应选择连个校正 面。对于刚性回转体的动平衡必须要两个校正平面才行。