振动分析和故障诊断PPT学习教案

1、会计学1振动分析和故障诊断振动分析和故障诊断振动参数振动参数1. 振动位移振动位移 2. 振动速度振动速度 (国际标准和国家标国际标准和国家标准推荐通常采用的参数准推荐通常采用的参数) 3. 振动加速度振动加速度第2页/共169页振动参数振动参数 1. 峰值(Peak) 2. 峰峰值(Peak-Peak) 3.有效值(RMS)第3页/共169页Tf1fkm212 2f 周周 期期 xAmax 峰峰 值值 ， 峰峰- - 峰峰 值值 22xAm ax 平平 均均 值值 xAtdtA VT2002sin 有有 效效 值值 xTAtdtArm sT122200sin 上限 中性位置 下限振动加速度尖

2、峰振动速度尖峰时间周期振动位移 峰-峰第4页/共169页正弦波正弦波的有效值，峰值，峰峰值与平均值之间关系： 有效值有效值=0.7070.707X峰值=1.111.11X平均值 峰值峰值=1.4141.414X有效值=1.571.57X平均值 平均值平均值=0.6370.637X峰值=0.900.90X有效值 峰峰值峰峰值=2 2X峰值 峰值因子=峰值/有效值(适用于任何变量)第5页/共169页力 指 示 器 疲 劳 指 示 器 应 力 指 示 器 对 数 频 率 对 数 幅 值 振 动 加 速 度 (g)振 动 位 移 (密 尔 )振 动 速 度 (英 寸 /秒 )100密 尔 当 量 烈

3、度 轮 廓 振 动 加 速 度 (g) 峰 值 振 动 速 度 (英 寸 /秒 ) 峰 值 振 动 位 移 (密 尔 ) 峰 峰 值 频 率 (转 /分 )其 中 ： 低频区域低频区域高频区域高频区域低低 频频 段段 高高 频频 段段 中中 频频 段段 第6页/共169页xAitiiisin()1幅值时域时域频域频域合成波分解的波用频谱图表示第7页/共169页第8页/共169页第9页/共169页第10页/共169页非接触式电涡流式传感器非接触式电涡流式传感器第11页/共169页第12页/共169页第13页/共169页可用的频率范围可用的频率范围为传感器固定自振频率Fn的约50%ISO和 GB规

4、 定 的 振 动 烈 度 测 量 频 率 范 围 第14页/共169页可用的频率范围可用的频率范围为传感器固定自振频率Fn的约50%第15页/共169页第16页/共169页非 接 触 式 传 感 器 轴 轴 承 绝对振动绝对振动相对振动相对振动第17页/共169页机机 械械 振振 动动 标标 准准 分分 类类 仪器仪器系统标准系统标准 API670 API678 ISO10817 ISO2945 判断判断应用标准应用标准 ISO7919 ISO10816 ISO13373(草草 案案) ISO13373(草草 案案)振振 动动 总总 量量 标标 准准 振 动 故 障 诊 断 轴轴 振振 动动

5、轴轴 承承 座座 ， 机机 壳壳 振振 动动API611， 612， 相相 对对 振振 动动 绝绝 对对 振振 动动 第18页/共169页第19页/共169页 I SO10816-1：I类-发动机和机器的单独部件； II类-无专用基础的中型机器(15-75KW)；专用刚性基础上300KW以下中型机器； III类-刚性基础上的大型机器； IV类-柔性基础上的大型机器。ISO10816-1专用机组宽带专用机组宽带振动准则振动准则第20页/共169页由RA-Entek归纳总结共17类46种机械和电气故障的频谱、时域波形和相位关系，供诊断参考第21页/共169页第22页/共169页第23页/共169页

6、第24页/共169页第25页/共169页第26页/共169页第第 一类一类 质质 量量 不不 平平 衡衡第27页/共169页力力 不不 平平 衡衡 径径 向向 第28页/共169页 1.1 力力 不不 平平 衡衡 力力 不不 平平 衡衡 是是 同同 相相 位位 和和 稳稳 定定 的的 。 不不 平平 衡衡 产产 生生 的的 振振 动动 幅幅 值值 在在 转转 子子 第第 一一 阶阶 临临 界界 转转 速速 以以 下下 随随 转转 速速 的的 平平 方方 增增 大大 ( ( 例例 如如 ， 转转 速速 升升 高高 3 3倍倍 ， 则则 振振 动动 幅幅 值值 增增 大大 9 9 倍倍) )。 总

7、总 是是 存存 在在 1 1 转转 速速 频频 率率 ， 并并 且且 通通 常常 在在 频频 谱谱 中中 占占 优优 势势 。 在在 转转 子子 重重 心心 平平 面面 内内 只只 用用 一一 个个 平平 衡衡 修修 正正 重重 量量 便便 可可 修修 正正 之之 。 在在 内内 侧侧 轴轴 承承 与与 外外 侧侧 轴轴 承承 水水 平平 方方 向向 及及 内内 侧侧 轴轴 承承 与与 外外 侧侧 轴轴 承承 垂垂 直直 方方 向向 的的 相相 位位 差差 应应 该该 接接 近近 0 0度度 。 不不 平平 衡衡 转转 子子 的的 每每 个个 轴轴 承承 上水上水 平平 方方 向向 与与 垂垂

8、 直直 方方 向向 的的 相相 位位 差差 应应 该该 接接 近近 90 90 度。度。 第29页/共169页径径 向向 力力 偶偶 不不 平平 衡衡 第30页/共169页 1.2 1.2 力力 偶偶 不不 平平 衡衡 力力 偶偶 不不 平平 衡衡 在在 同同 一一 轴轴 上上 导导 致致 180 180 度度 反反 相相 位位 运运 动动 。 总总 是是 存存 在在 1 1 转转 速速 频频 率率 ， 并并 且且 通通 常常 在在 频频 谱谱 上上 占占 优优 势势 。 在在 转转 子子 第第 一一 临临 界界 转转 速速 以以 上上 ， 振振 动动 幅幅 值值 随随 转转 速速 升升 高高

9、 的的 平平 方方 增增 大大 。 可可 引引 起起 大大 的的 轴轴 向向 振振 动动 和和 径径 向向 振振 动动 。 至至 少少 需需 在在 两两 个个 修修 正正 平平 面面 内内 放放 置置 平平 衡衡 重重 量量 才才 能能 修修 正正 。 在在 内内 侧侧 轴轴 承承 与与 外外 侧侧 轴轴 承承 水水 平平 方方 向向 及及 内内 侧侧 轴轴 承承 外外 侧侧 轴轴 承承 垂垂 直直 方方 向向 应应 该该 存存 在在 约约 180 180 度度 相相 位位 差差 。 每每 个个 轴轴 承承 上上 水水 平平 方方 向向 与与 垂垂 直直 方方 向向 之之 间间 相相 位位 差

10、差 通通 常常 应应 该该 约为约为 90 90 度度 ( ( 30 30 度度 ) )。第31页/共169页径径 向向 动动 不不 平平 衡衡 第32页/共169页1.3 1.3 动动 不不 平平 衡衡 动动 不不 平平 衡衡 是是 不不 平平 衡衡 的的 最最 普普 遍遍 的的 类类 型型 ， 它它 是是 力力 不不 平平 衡衡 和和 力力 偶偶 不不 平平 衡衡 两两 者者 的的 组组 合合 。 振振 动动 频频 谱谱 中中 1 1 转转 速速 频频 率率 占占 优优 势势 ， 真真 正正 需需 要要 双双 面面 修修 正正 。 内内 侧侧 轴轴 承承 与与 外外 侧侧 轴轴 承承 之之

11、 间间 径径 向向 方方 向向 的的 相相 位位 差差 可可 能能 在在 从从 0 0 度度 到到 180 180 度度 范范 围围 内内 的的 任任 何何 一一 个个 角角 度度 。 然然 而而 ，当，当 内内 侧侧 轴轴 承承 与与 外外 侧侧 轴轴 承承 测测 量量 比比 较较 时时 ( ( 30 30 度度 ) ) ， 水水 平平 方方 向向 的的 相相 位位 差差 应应 该该 精精 密密 地地 与与 垂垂 直直 方方 向向 的的 相相 位位 差差 相相 匹匹 配配 。 还还 有有 ， 如如 果果 不不 平平 衡衡 突突 出出 ， 每每 个个 轴轴 承承 上上 水水 平平 方方 向向

12、与与 垂垂 直直 方方 向向 之之 间间 的的 相相 位位 差差 大大 致致 为为 90 90 度度 ( ( 40 40 度度 ) )。 第33页/共169页轴轴 向向 和和 径径 向向 悬悬 臂臂 转转 子不子不 平平 衡衡 第34页/共169页 1. 4 1. 4 悬悬 臂臂 转转 子子 不不 平平 衡衡 悬悬 臂臂 转转 子子 不不 平平 衡衡 在在 轴轴 向向 方方 向向 和和 径径 向向 方方 向向 引引 起起 大大 的的 1 1 转转 速速 频频 率率 振振 动动 。 轴轴 向向 方方 向向 振振 动动 趋趋 向向 于于 同同 相相 位位 ， 而而 径径 向向 方方 向向 振振 动

13、动 可可 能能 不不 稳稳 定定 。 然然 而而 ， 不不 平平 衡衡 转转 子子 上上 水水 平平 方方 向向 的的 相相 位位 差差 通通 常常 与与 垂垂 直直 方方 向向 的的 相相 位位 差差 相相 匹匹 配配 ( ( 30 30 度度 ) )。 悬悬 臂臂 转转 子子 有有 力力 不不 平平 衡衡 和和 力力 偶偶 不不 平平 衡衡 两两 者者 ， 似似 乎乎 每每 一一 种种 都都 需需 要要 修修 正正 。 因因 此，总此，总 是是 必必 需需 要要 在在 两两 个个 修修 正正 面面 内内 加加 以以 修修 正正 重重 量量 ， 以以 抵抵 消消 力力 不不 平平 衡衡 和和

14、 力力 偶偶 不不 平平 衡。衡。第35页/共169页第第 二二 类、类、 转转 子子 偏偏 心心第36页/共169页径径 向向 转转 子子 偏偏 心心风 机 电 动 机 第37页/共169页2. 2. 偏偏 心心 的的 转转 子子 皮皮 带带 轮轮 ， 齿齿 轮轮 ， 轴轴 承承 和和 电电 动动 机机 框框 架架 等等 旋旋 转转 中中 心心 与与 几几 何何 中中 心心 线线 偏偏 离离 时时 出出 现现 偏偏 心心 。 最最 大大 的的 振振 动动 出出 现现 在在 两两 个个 转转 子子 中中 心心 连连 线线 方方 向向 上上 ， 振振 动动 频频 率率 为为 偏偏 心心 转转 子

15、子 的的 1 1 转转 速速 频频 率率 。 水水 平平 方方 向向 和和 垂垂 直直 方方 向向 振振 动动 相相 位位 差差 或或 是是 0 0 度度 或或 是是 180 180 度度 ( (每每 一一 种种 都都 表表 示示 直直 线线 运运 动动 ) )。 平平 衡衡 偏偏 心心 的的 转转 子的子的 试试 图图 往往 往往 导导 致致 一一 个个 方方 向向 振振 动动 减减 小小 ， 而而 另另 一一 个个 径径 向向 方方 向的向的 振振 动动 增增 大大 ( (与与 偏偏 心心 量量 有有 关关 ) )。第38页/共169页第第 三三 类类 轴弯曲轴弯曲第39页/共169页轴轴

16、 向向 弯弯 曲曲 的的 轴轴 第40页/共169页 3. 3. 弯弯 曲曲 的的 轴轴 弯弯 曲曲 的的 轴轴 引引 起起 大大 的的 轴轴 向向 振振 动动 ， 同同 一一 台台 机机 器器 上上 轴轴 向向 振振 动动 相相 位位 差差 趋趋 向向 于于 180 180 度度 ， 如如 果果 弯弯 曲曲 接接 近近 轴轴 的的 中中 部部 ， 占占 优优 势势 的的 振振 动动 出出 现现 在在 1 1 转转 子子 转转 速速 频频 率率 ， 如如 果果 弯弯 曲曲 接接 近近 力力 偶偶 ， 则则 占占 优优 势势 的的 振振 动动 出出 现现 在在 2 2 转转 速速 频频 率率 (

17、 (如如 果果 您您 改改 变变 传传 感感 器器 的的 方方 向向 的的 话，应话，应 该该 仔仔 细细 考考 虑虑 每每 次次 轴轴 向向 测测 量量 时时 振振 动动 传传 感感 器器 的的 方方 位位) )。 用用 千千 分分 表表 证证 实实 轴轴 的的 弯弯 曲曲 。 第41页/共169页第第 四四 类类 不对中不对中第42页/共169页轴轴 向向 角角 向向 不不 对对 中中 第43页/共169页 4. 1 4. 1 角角 向向 不不 对对 中中 角角 向向 不不 对对 中中 的的 特特 征征 是是 轴轴 向向 振振 动动 大大 ， 联联 轴轴 器器 两两 侧侧 振振 动动 相相

18、 位位 差差 180 180 度度 。 典典 型型 地地 出出 现现 在在 1 1 转转 速速 频频 率率 和和 2 2 转转 速速 频频 率率 的的 大大 的的 轴轴 向向 振振 动动 。 然然 而而 ， 不不 常常 见见 1 1 转转 速速 频频 率率 ， 2 2 转转 速速 频频 率率 或或 3 3 转转 速速 频频 率率 占占 优优 势势 。 这这 些些 征征 兆兆 也也 指指 示示 联联 轴轴 器器 故故 障障 。 严严 重重 的的 角角 向向 不不 对对 中中 可可 激激 起起 1 1 转转 速速 频频 率率 的许的许 多多 阶阶 谐谐 波波 频频 率率 。 与与 机机 械械 松松

19、 动动 不不 一一 样样 ， 这这 些些 转转 速速 谐谐 波波 频频 率率 典典 型型 地地 在在 频频 谱谱 上上 都都 没没 有有 升升 高高 的的 噪噪 声声 地地 平平 。第44页/共169页径径 向向 平平 行行 不不 对对 中中 第45页/共169页4. 2 4. 2 平平 行行 不不 对对 中中 平平 行行 不不 对对 中中 的的 振振 动动 征征 兆兆 类类 似似 于于 角角 向向 不不 对对 中中 ， 但但 是是 ， 径径 向向 方方 向向 振振 动动 大大 ， 并并 且且 联联 轴轴 器器 两两 侧侧 振振 动动 相相 位位 差差 接接 近近 180 180 度度 。 2

20、 2 转转 速速 频频 率率 振振 动动 往往 往往 大大 于于 1 1 转转 速速 频频 率率 振振 动动 ， 联联 轴轴 器器 的的 类类 型型 和和 结结 构构 决决 定定 2 2 转速转速 频频 率率 振振 动动 相相 对对 于于 1 1 转转 速速 频频 率率 振振 动动 的的 高高 度度 。 角角 向向 不不 对对 中中 或或 平平 行行 不不 对对 中中 严严 重重 时时 ， 可可 在在 较较 高高 谐谐 波波 频频 率率 (4 (4 到到 8 8 转转 速速 频频 率率 谐谐 波波 ) ) 处处 出出 现现 大大 的的 振振 动动 ， 甚甚 至至 出出 现现 类类 似似 于于

21、机机 械械 松松 动动 时时 出出 现现 的的 完完 整整 系系 列列 的的 高高 频频 谐谐 波波 。 当当 不不 对对 中中 严严 重重 时时 ， 联联 轴轴 器器 的的 类类 型型 和和 材材 料料 往往 往往 对对 整整 个个 频频 谱谱 有有 很很 大大 的的 影影 响响 。 典典 型型 地地 没没 有有 提提 高高 的的 噪噪 声声 地地 平平 。第46页/共169页轴轴 向向 不不 对对 中中 的的 滚滚 动动 轴轴 承承 卡卡 在在 轴轴 上上 相相 位位 相 位 差 180 度 第47页/共169页4. 3 4. 3 不不 对对 中中 的的 滚滚 动动 轴轴 承承 卡卡 在在

22、 轴轴 上上 不不 对对 中中 的的 滚滚 动动 轴轴 承承 卡卡 在在 轴轴 上上 时时 将将 产产 生生 明明 显显 的的 轴轴 向向 振振 动动 。 将将 引引 起起 同同 一一 轴轴 承承 座座 上上 顶顶 部部 与与 底底 部部 振振 动动 相相 位位 差差 约约 180 180 度度 的的 轴轴 向向 振振 动动 及及 左左 侧侧 与与 右右 侧侧 振振 动动 相相 位位 差差 约约 180 180 度度 的的 轴轴 向向 振振 动动 。 对对 准准 联联 轴轴 器器 或或 平平 衡衡 转转 子子 都都 不不 能能 缓缓 解解 此此 故故 障障 。 通通 常常 ， 必必 须须 卸卸

23、 下下 轴轴 承承 并并 重重 新新 正正 确确 安安 装装 。第48页/共169页第第 五五 类类 共振共振第49页/共169页共共 振振 幅幅 值值 相相 位位 第50页/共169页共共 振振 第第 一一 阶阶 临临 界界 转转 速速 第第 二二 阶阶 临临 界界 转转 速速 第51页/共169页5. 5. 共共 振振 强强 迫迫 振振 动动 频频 率率 与与 系系 统统 的的 自自 然然 频频 率率 一一 致致 时时 出出 现现 共共 振振 ， 使使 振振 动动 幅幅 值值 急急 剧剧 放放 大大 ， 导导 致致 过过 早早 损损 坏坏 或或 灾灾 难难 性性 破破 坏坏 。 这这 可可

24、 能能 是是 转转 子子 的的 自自 然然 频频 率率 ， 也也 常常 常常 起起 源源 于于 支支 承承 框框 架架 ， 基基 础础 ，齿，齿 轮轮 箱箱 或或 甚甚 至至 传传 动动 皮皮 带带 。 如如 果果 转转 子子 处处 在在 或或 接接 近近 共共 振振 ， 由由 于于 很很 大大 的的 相相 位位 漂漂 移移 ， 几几 乎乎 不不 可可 能能 平平 衡衡 掉掉 ( (共共 振振 时时 相相 位位 漂漂 移移 为为 90 90 度度 ， 通通 过过 共共 振振 时时 相相 位位 漂漂 移移 接接 近近 180 180 度度 ) )。 往往 往往 需需 要要 提提 高高 或或 降降

25、 低低 自自 然然 频频 率率 来来 改改 变变 自自 然然 频频 率率 。 自自 然然 频频 率率 通通 常常 不不 随随 转转 速速 变变 化化 ， 这这 一一 点点 有有 助助 于于 识识 别别 自自 然然 频频 率率 ( (除除 非非 在在 大大 型型 平平 面面 轴轴 颈颈 轴轴 承承 机机 器器 或或 在在 有有 明明 显显 悬悬 臂臂 的的 转转 子子 上上 ) )。 第52页/共169页第第 六六 类类 机械松动机械松动第53页/共169页径径 向向 A 型型 机机 械械 松松 动动 底底 板板 A 型型 机机 器器 地地 脚脚 混混 凝凝 土土 基基 础础 第54页/共169

26、页 6. 1 A A型型 松松 动动 这这 种种 频频 谱谱 是是 机机 器器 底底 脚脚 ， 底底 板板 或或 基基 础础 的的 结结 构构 松松 动动 / / 减减 弱弱 引引 起起 的的 ， 或或 者者 由由 基基 础础 上上 恶恶 化化 的的 水水 泥泥 浆浆 ， 松松 动动 的的 地地 脚脚 螺螺 栓栓 ， 或或 者者 框框 架架 或或 者者 基基 础础 变变 形形 ( ( 即软即软 脚脚 ) ) 引引 起起 的的 。 相相 位位 分分 析析 可可 以以 揭揭 示示 在在 螺螺 栓栓 或或 机机 器器 底底 脚脚 与与 基基 础础 底底 板板 或或 基基 础础 本本 身身 垂垂 直直

27、 方方 向向 测测 量量 之之 间间 的的 相相 位位 差差 约约 90 90 度度 到到 180 180 度度 。 第55页/共169页径径 向向 B 型型 机机 械械 松松 动动 B 型型第56页/共169页 6. 2 6. 2 B B 型型 松松 动动 这这 种种 频频 谱谱 通通 常常 是是 由由 螺螺 栓栓 松松 动动 ， 框框 架架 结结 构构 或或 轴轴 承承 座座 裂裂 纹纹 引引 起起 的的 。第57页/共169页C 型型 机机 械械 松松 动动 C 型型第58页/共169页 6. 3 6. 3 C C 型型 松松 动动 这这 种种 频频 谱谱 通通 常常 是是 由由 零零

28、部部 件件 之之 间间 配配 合合 不不 良良 引引 起起 的的 ， 由由 于于 松松 动动 的的 零零 部部 件件 对对 转转 子子 的的 动动 态态 力力 产产 生生 非非 线线 性性 的的 响响 应应 ， 所所 以以 ， 将将 产产 生生 许许 多多 谐谐 波波 频频 率率 。 引引 起起 时时 域域 波波 形形 截截 断断 和和 在在 频频 谱谱 中中 提提 高高 噪噪 声声 地地 平平 。 C C 型型 松松 动动 往往 往往 是是 由由 轴轴 承承 衬衬 套套 在在 其其 盖盖 内内 松松 动动 ， 轴轴 承承 松松 动动 和和 在在 轴轴 上上 旋旋 转转 ， 滑滑 动动 轴轴

29、承承 或或 滚滚 动动 轴轴 承承 间间 隙隙 过过 大大 ， 叶叶 轮轮 在在 轴轴 上上 松松 动动 等等 引引 起起 的的 。 C C型型 松松 动动 的的 振振 动动 相相 位位 往往 往往 是是 不不 稳稳 定定 的的 ， 这这 一一 次次 测测 量量 到到 下下 一一 次次 测测 量量 可可 能能 变变 化化 很很 大大 ， 尤尤 其其 是是 如如 果果 转转 子子 在在 轴轴 上上 的的 位位 置置 从从 这这 一一 次次 起起 动动 到到 下下 一一 次次 起起 动动 漂漂 移移 的的 话话 。 机机 械械 松松 动动 往往 往往 是是 非非 常常 定定 向向 的的 ， 在在

30、一一 个个 轴轴 承承 座座 的的 径径 向向 方方 向向 每每 隔隔 30 30 度度 测测 量量 的的 振振 动动 值值 完完 全全 不不 同同 。 而而 且且 ， 松松 动动 往往 往往 引引 起起 精精 确确 的的 1/2 1/2 或或 1/3 1/3 转转 速速 频频 率率 的的 亚亚 谐谐 波波 频频 率率 (0. 5 (0. 5 X X， 1. 5X 1. 5X ， 2. 5X 2. 5X 等等 等等 ) )。 第59页/共169页第第 七七 类类 转子摩擦转子摩擦第60页/共169页转转 子子 摩摩 擦擦 截截 断断 ， 削削 平平 的的 波波 形形 径 向 共共 振振 第61

31、页/共169页 7. 7. 转转 子子 摩摩 擦擦 当当 旋旋 转转 件件 与与 静静 止止 件件 相相 接接 触触 时时 ， 转转 子子 摩摩 擦擦 产产 生生 类类 似似 于于 机机 械械 松松 动动 产产 生生 的的 频频 谱谱 。 摩摩 擦擦 可可 能能 是是 局局 部部 的的 ， 也也 可可 能能 是是 整整 个个 转转 子子 一一 周周 都都 摩摩 擦擦 。 通通 常常 ， 产产 生生 一一 系系 列列 频频 率率 ， 往往 往往 激激 起起 一一 个个 或或 多多 个个 共共 振振 。 根根 据据 转转 子子 自自 然然 频频 率率 的的 位位 置置 ， 常常 常常 激激 起起

32、转转 速速 的的 整整 分分 数数 倍倍 亚亚 谐谐 波波 频频 率率 ( 1/ 2 ( 1/ 2 ， 1/ 3 1/ 3 ， 1/ 4 1/ 4 ， 1/ 5 1/ 5 ， 1/12 1/12 等等 ) ) 。 转转 子子 摩摩 擦擦 可可 激激 起起 许许 多多 高高 频频 ( (类类 似似 于于 粉粉 笔笔 在在 黑黑 板板 上上 拖拖 动动 时时 产产 生生 的的 宽宽 带带 噪噪 声声 ) )。 如如 果果 轴轴 与与 巴巴 氏氏 合合 金金 相相 接接 触触 引引 起起 摩摩 擦擦 时时 ， 它它 可可 能能 非非 常常 严严 重，重， 非非 常常 短短 促促 。整。整 个个 轴轴

33、 圆圆 周周 全全 部部 角角 度度 摩摩 擦擦 可可 产产 生生“ 反反 进进 动动 ” ， 即即 转转 子子 以以 临临 界界 转转 速速 频频 率率 回回 转转 ， 但但 是是 ， 方方 向向 与与 轴轴 的的 旋旋 转转 方方 向向 相相 反反 ( (可可 导导 致致 灾灾 难难 性性 破破 坏坏 的的 固固 有有 的的 不不 稳稳 定定 ) )。第62页/共169页第第 八八 类类滑动轴承故障滑动轴承故障第63页/共169页径径 向向 噪噪 声声 地地 平平 说说 明明 间间 隙隙 过过 大大 / 松松 动动 滑动轴承磨损滑动轴承磨损 / 间隙过大间隙过大 第64页/共169页 8.

34、1 8.1 滑滑 动动 轴轴 承承 磨磨 损损 故故 障障 或或 间间 隙隙 故故 障障 滑滑 动动 轴轴 承承 磨磨 损损 后后 期期 的的 证证 据据 通通 常常 是是 出出 现现 一一 个个 完完 整整 的的 系系 列列 的的 转转 速速 频频 率率 谐谐 波波 ( (直直 到到 10 10 阶或阶或 20 20 阶阶 ) ) 。 破破 碎碎 的的 滑滑 动动 轴轴 承承 常常 产产 生生 比比 水水 平平 方方 向向 振振 动动 大大 的的 垂垂 直直 方方 向向 的的 振振 动动 ， 也也 可可 能能 只只 有有 1 1 转转 速速 频频 率率 的的 一一 个个 明明 显显 的的 尖

35、尖 峰峰 。 间间 隙隙 过过 大大 的的 滑滑 动动 轴轴 承承 可可 让让 小小 的的 不不 平平 衡衡 ， 不不 对对 中中 引引 起起 大大 的的 振振 动动 ， 如如 果果 轴轴 承承 间间 隙隙 调调 整整 达达 到到 规规 定定 的的 要要 求求 ， 则则 振振 动动 很很 小小 。 第65页/共169页径径 向向 油油 膜膜 涡涡 动动 不不 稳稳 定定 第66页/共169页油膜涡动不稳定油膜涡动不稳定 油膜涡动是转子中心绕轴承中心转动的亚同步现象，其回转频率即振动频率约油膜涡动是转子中心绕轴承中心转动的亚同步现象，其回转频率即振动频率约为转子回转频率的一半，如左上图所示。所以

36、常称为半速涡动或半频涡动。轴为转子回转频率的一半，如左上图所示。所以常称为半速涡动或半频涡动。轴承与转子之间的油膜避免了旋转的转子表面与不旋转的轴承表面之间的直接接承与转子之间的油膜避免了旋转的转子表面与不旋转的轴承表面之间的直接接触，减少两表面间的摩擦和功耗，同时也为支承转子提供了动压力。由于在大触，减少两表面间的摩擦和功耗，同时也为支承转子提供了动压力。由于在大多数情况下，轴承不旋转，轴瓦表面的油膜速度为零，转子轴颈表面的油膜速多数情况下，轴承不旋转，轴瓦表面的油膜速度为零，转子轴颈表面的油膜速度与轴颈表面的速度相同。因此，在层流假设下，油膜沿径向的速度分布如右度与轴颈表面的速度相同。因此

37、，在层流假设下，油膜沿径向的速度分布如右上图所示。油膜的平均周向速度为轴颈表面速度的一半，即转子旋转时，油膜上图所示。油膜的平均周向速度为轴颈表面速度的一半，即转子旋转时，油膜将以轴颈表面速度之半的平均速度环绕运动。实际上，涡动频率总是小于回转将以轴颈表面速度之半的平均速度环绕运动。实际上，涡动频率总是小于回转速度之半。据统计，约为速度之半。据统计，约为0.400.480.400.48X X转速之间。这是轴颈表面比轴瓦表面光滑转速之间。这是轴颈表面比轴瓦表面光滑及轴瓦与轴颈之间滑油的端泄等原因影响的结果。及轴瓦与轴颈之间滑油的端泄等原因影响的结果。 回转频率 /2 回转频率 第67页/共169

38、页 8. 2 8. 2 油油 膜膜 涡涡 动动 不不 稳稳 定定 油油 膜膜 涡涡 动动 不不 稳稳 定定 出出 现现 在在( 0.40 ( 0.40 到到 0. 48 ) 0. 48 ) 转转 速速 频频 率率 范范 围围 内内 ， 常常 常常 十十 分分 严严 重重 。 当当 振振 动动 幅幅 值值 超超 过过 轴轴 承承 间间 隙隙 的的 百百 分分 之之 四四 十十 时时 ， 认认 为为 振振 动动 过过 大大 。 油油 膜膜 涡涡 动动 是是 油油 膜膜 激激 起起 的的 振振 动动 ， 正正 常常 工工 作作 状状 态态 的的 偏偏 移移 ( (姿姿 态态 角角 和和 偏偏 心心

39、率率 ) ) 使使 油油 楔楔 “ 推推 ” 轴轴 在在 轴轴 承承 内内 作作 环环 绕绕 运运 动动 。 旋旋 转转 方方 向向 不不 稳稳 定定 的的 力力 导导 致致 涡涡 动动 ( ( 或或 正正 进进 动动 ) ) 。 油油 膜膜 涡涡 动动 是是 不不 稳稳 定定 的的 ， 因因 为为 它它 增增 大大 离离 心心 力力 ， 离离 心心 力力 增增 大大 涡涡 动动 力。力。 可可 使使 油油 膜膜 不不 再再 能能 支支 承承 轴轴 ， 并并 且且 ， 当当 涡涡 动动 频频 率率 与与 转转 子子 自自 然然 频频 率率 一一 致致 时时 ， 变变 得得 不不 稳稳 定定 。

40、 改改 变变 滑滑 油油 粘粘 度，度， 润润 滑滑 油油 压压 力力 和和 外外 部部 预预 载载 ， 可可 能能 会会 影影 响响 油油 膜膜 涡涡 动动 。 第68页/共169页油油 膜膜 振振 荡荡 不不 稳稳 定定 油油 膜膜 涡涡 动动 油膜振荡油膜振荡 质质 量量 不不 平平 衡衡 临临 界界 转转 速速 转转 子子 转转 速速 频频 谱谱 图图 表表 明明 当当 轴轴 转转 速速 通通 过过 第第 二二 阶阶 临临 界界 转转 速速 时时 油油 膜膜 涡涡 动动 变变 为为 油油 膜膜 振振 荡荡 不不 稳稳 定定 频频 率率 第69页/共169页油膜振荡不稳定油膜振荡不稳定

41、随随 着着 转转 子子 转转 速速 的的 提提 高高 ， 油油 膜膜 涡涡 动动 的的 频频 率率 也也 提提 高高 ， 两两 者者 保保 持持 一一 个个 近近 乎乎 不不 变变 的的 恒恒 定定 比比 ， 即即 约约 为为 0.5 0.5 。 但但 是是 ， 当当 转转 子子 回回 转转 频频 率率 约约 为为 其其 一一 阶阶 弯弯 曲曲 临临 界界 转转 速速 的的 两两 倍倍 时时 ， 随随 着着 转转 子子 转转 速速 的的 提提 高高 ， 涡涡 动动 频频 率率 将将 保保 持持 不不 变变 ， 而而 且且 等等 于于 该该 转转 子子 一一 阶阶 弯弯 曲曲 临临 界界 转转

42、速速 。 油膜涡动频率等于转子一 阶临界转速且保持不变 转子一阶临界转速 油膜涡动频率 第70页/共169页 8. 3 8. 3 油油 膜膜 振振 荡荡 不不 稳稳 定定 如如 果果 机机 器器 处处 在在 或或 高高 于于 2 2 转转 子子 自自 然然 频频 率率 运运 转转 时时 ， 可可 能能 出出 现现 油油 膜膜 振振 荡荡 。 转转 子子 进进 入入 两两 倍倍 临临 界界 转转 速速 时时 ， 油油 膜膜 涡涡 动动 频频 率率 将将 非非 常常 接接 近近 临临 界界 转转 速速 频频 率率 ，引，引 起起 过过 大大 的的 振振 动动 ， 油油 膜膜 可可 能能 不不 再再

43、 具具 有有 支支 承承 能能 力力 。 涡涡 动动 速速 度度 实实 际际 将将“ 锁锁 定定 ” 在在 转转 子子 临临 界界 转转 速速 ， 虽虽 然然 机机 器器 转转 速速 愈愈 升升 愈愈 高高 ， 但但 是是 ， 这这 个个 尖尖 峰峰 不不 能能 通通 过过 它它 ， 产产 生生 以以 转转 子子 临临 界界 转转 速速 频频 率率 的的 横横 向向 正正 进进 动动 亚亚 谐谐 波波 振振 动动 。 这这 是是 一一 种种 可可 导导 致致 灾灾 难难 性性 破破 坏坏 的的 固固 有有 的的 不不 稳稳 定定 的的 振振 动动 。第71页/共169页第第 九九 类类 滚动轴

44、承故障滚动轴承故障第72页/共169页 接触角接触角滚动体滚动体直径直径内环跑道内环跑道内环内环保持架保持架外环外环外环跑道外环跑道内径内径外径外径磁铁座固定的磁铁座固定的振动加速度计振动加速度计 滚动轴承术语滚动轴承术语平均直径第73页/共169页6-77滚动轴承类型滚动轴承类型 深 槽 滚 动 轴 承 单 列 双 列 滚 针 轴 承 角 向 接 触 滚 珠 轴 承 圆 柱 滚 棒 轴 承 球 形 滚 棒 轴 承 锥 形 滚 棒 轴 承 单 列 双 列 第74页/共169页通常约百分之八十至九十的轴承寿命通常约百分之八十至九十的轴承寿命12341X234阶段轴承剩余寿命的百分之十至二十阶段轴

45、承剩余寿命的百分之五至十阶段轴承剩余寿命的百分之一至五阶段一小时至轴承剩余寿命的百分之一灾难性破坏灾难性破坏累积的损伤时间 滚动轴承四种类型故障频率 1.随机的，超声频率-gSE ,HFD ,SPM； 2.轴承零部件自振频率-500至2000赫兹范围，与转速无关； 3旋转的故障频率-内环BPFI，外环BPFO，滚动体BSF和保 持架FTF故障频率 4.和频与差频-轴承若干故障频率之间及其它振源频率相加或相减得出的频率第75页/共169页第76页/共169页第77页/共169页注注 ： BPFI-Inner race defect frequency 内环故障频率内环故障频率 BPFO-Oute

46、r race defect frequency 外环故障频率外环故障频率 BSF-Rolling element defect frequency滚动体故障频率滚动体故障频率 FTF-Cage defect frequency保持架故障频率保持架故障频率第78页/共169页第79页/共169页=径向方向接触角；径向方向接触角； n= n=滚动体数目；滚动体数目；N=N=轴的转速。轴的转速。注：注：1.1.滚动轴承没有滑动；滚动轴承没有滑动；2.2.滚动轴承几何尺寸没有变化；滚动轴承几何尺寸没有变化；3.3.轴承外轴承外环固定不旋转环固定不旋转. .第80页/共169页第81页/共169页第82

47、页/共169页第83页/共169页疲劳微裂纹在轴承滚道表面以下约0.1270.127毫米处开始，经一定时间后，疲劳微裂纹逐渐扩展到表面。( 表 面 以 下 ) 裂 纹 起 始 处 轴 承 钢 晶 体 结 构 0. 0001016 0. 0001524 毫 米 第84页/共169页高通滤波将把低频振动频率(常规机械故障频率，如转子不平衡，不对中，松动等)几乎完全滤掉，只保留高频振动频率(振动加速度计安装固定的共振频率，齿轮啮合频率，轴承故障频率等)。 (原 始 信 号 预 处 理 )高通滤波后，低频振动频率(常规机械故障频率，如转子不平衡，不对中，松动等)几乎完全被滤掉，高频振动频率(振动加速度

48、计安装固定的共振频率，齿轮啮合频率，轴承故障频率等)保留下来。(原 始 信 号 预 处 理 后 的 结 果 )5K至50K赫兹高频区域内的信号，经过检波，再通过5K赫兹低通滤波器后，高于5K赫兹的频率都被滤掉；低通滤波后的信号作解调处理的时域波形作FFT处理便得gSE谱，将轴承故障频率显示出来。(对 仅 保 留 的 滚 动 轴 承 故 障 信 号 处 理 并 提 取 和 显 示 )第85页/共169页5KHZ65KHZ振动加速度gs振动尖峰能量gSE峰峰检波器检测频率范围27K赫兹振动加速度计安装固定共振频率常规振动频率(低频)测量范围：包括不平衡，不对中，松动等故障频率DP1500 数 据

49、采 集 器 可选的gSE高通滤波频率：100，200，500，1K，2K，5K赫兹频率gSE带通滤波器高截止频率振动尖峰能量gSE利用高通滤波滤掉常规机械振动故障(不平衡，不对中，松动等)频率，只检测高频振动，此频率范围内滚动轴承缺陷脉冲能量激起机器零部件或结构或振动加速度计安装固定共振频率，作为载频调制轴承故障频率，并利用峰峰检波检测并保持高频脉冲峰值，用衰减时间常数确定gSE频谱的最高频率Fmax。这样既保持了故障的严重程度，又突出了故障频率基频及其谐波频率。第86页/共169页DP1500数据采集器有六个可选的高通滤波器低截止频率：100，200，500，1K，2K和5K赫兹。振动尖峰能

50、量振动尖峰能量gSE的信号处理框图的信号处理框图 振 动 原 始 信 号 高 频 带 通 滤 波 器 峰 峰 检 波 器 显 示 g SE 总 量 显 示 g SE 频 谱快快 速速 傅傅 里里 叶叶 变变 换换 FFT对 原 始 信 号 预 处 理 对 预 处 理 后 的 信 号 再 处 理 第87页/共169页本标准适于采用罗克韦尔自动化-集 成化状态监测公司970型振动加速度计并配用29.5公斤吸引力的磁铁座在轴承座上测量的滚动轴承振动尖峰能量gSE总量值不不 可可 接接 受受 可可 接接 受受 第88页/共169页滚动轴承故障发展四阶段滚动轴承故障发展四阶段 第第 一一 阶阶 段段 A

51、区域区域 常常 规规 机机 械械 故故 障障 频频 率率 区区 B 区域区域滚滚 动动 轴轴 承承 故故 障障 频频 率率 区区 C 区区 域域 轴轴 承承 零零 部部 件件 自自 振振 频频 率率 区区 D 区区 域域 振振 动动 尖尖 峰峰 能能 量量 gSE区区 第89页/共169页 9. 1 9. 1 第第 一一 阶阶 段段滚滚 动动 轴轴 承承 故故 障障 的的 最最 早早 的的 指指 示示 出出 现现 在在 从从 约约 250000 250000 到到 350000 350000 赫赫 兹兹 频频 率率 范范 围围 内内 的的 超超 声声 频频 率，率， 后后 来来 ， 滚滚 动动

52、 轴轴 承承 磨磨 损损 增增 大大 时，通时，通 常常 频频 率率 下下 降降 到到 约约 20000 20000 到到 60000 60000 赫赫 兹兹 ( 1200000 ( 1200000 到到 3600000 3600000 转转 / / 分分 ) ) 。 这这 些些 就就 是是 用用 振振 动动 尖尖 峰峰 能能 量量 ( ( g SE ) g SE ) ， 高高 频频 加加 速速 度度 ( ( HFD ) ( g ) HFD ) ( g ) 和和 冲冲 击击 脉脉 冲冲 ( ( SPM ) ( d B ) SPM ) ( d B ) 评评 定定 这这 些些 频频 率率 。 例例

53、 如如 ， 在滚在滚 动动 轴轴 承承 故故 障障 第第 一一 阶阶 段段 中，中， 振振 动动 尖尖 峰峰 能能 量量 值值 首首 先先 出出 现现 为为 0. 25 0. 25 gSE ( gSE ( 实实 际际 的的 值值 与与 测测 量量 位位 置置 和和 机机 器器 的的 转转 速速 有有 关关 ) )。 采采 集集 g SE g SE 谱谱 可可 揭揭 示示 和和 证证 实实 滚滚 动动 轴轴 承承 是是 否否 处处 于于 滚滚 动动 轴轴 承承 故故 障障 发发 展展 的的 第第 一一 阶阶 段段 中中 。第90页/共169页滚动轴承故障发展四阶段滚动轴承故障发展四阶段第第 二二

54、 阶阶 段段 A区域区域 常常 规规 机机 械械 故故 障障 频频 率率 区区 B 区域区域滚滚 动动 轴轴 承承 故故 障障 频频 率率 区区 C 区区 域域 轴轴 承承 零零 部部 件件 自自 振振 频频 率率 区区 f nD 区区 域域 振振 动动 尖尖 峰峰 能能 量量 gSE区区 CPMCPM第91页/共169页 9. 2 9. 2 第第 二二 阶阶 段段 轻轻 微微 的的 滚滚 动动 轴轴 承承 故故 障障 开开 始始 “瞬瞬 态态 扰扰 动动” 滚滚 动动 轴轴 承承 的的 零零 件件 的的 自自 然然 频频 率率 ( ( f n) , f n) , 这这 些些 自自 然然 频频

55、 率率 主主 要要 出出 现现 在在 30 30 K K 到到 120 120 K K 转转 / / 分分 ( 500 ( 500 到到 2000 2000 赫赫 兹兹 ) ) 频频 率率 范范 围围 内内 。 这这 些些 自自 然然 频频 率率 也也 可可 能能 是是 滚滚 动动 轴轴 承承 支支 承承 结结 构构 的的 自自 然然 频频 率率 。 在在 滚滚 动动 轴轴 承承 故故 障障 的的 第第 二二 阶阶 段段 末末 期期 ， 在在 自自 然然 频频 率率 的的 左左 侧侧 和和 右右 侧侧 出出 现现 边边 带带 频频 率率 。 振振 动动 尖尖 峰峰 能能 量量 的的 总总 量量

56、 值值 增增 大大 ( (例例 如如 ， 从从 0.25 0.25 gSE gSE 增增 大大 到到 0.50 0.50 gSE)gSE)。第92页/共169页滚动轴承故障发展四阶段滚动轴承故障发展四阶段 第第 三三 阶阶 段段 A区域区域 常常 规规 机机 械械 故故 障障 频频 率率 区区 B 区域滚区域滚 动动 轴轴 承承 故故 障障 频频 率率 区区 C 区区 域域 轴轴 承承 零零 部部 件件 自自 振振 频频 率率 区区 D 区区 域域 振振 动动 尖尖 峰峰 能能 量量 gSE区区 第93页/共169页9. 3 9. 3 第第 三三 阶阶 段段 在在 滚滚 动动 轴轴 承承 故故

57、 障障 的的 第第 三三 阶阶 段段 中中 ， 出出 现现 滚滚 动动 轴轴 承承 故故 障障 频频 率率 及及 其其 谐谐 波波 频频 率率 。 当当 滚滚 动动 轴轴 承承 的的 磨磨 损损 扩扩 展展 时时 ， 出出 现现 更更 多多 阶阶 次次 的的 滚滚 动动 轴轴 承承 故故 障障 频频 率率 的的 谐谐 波波 频频 率率 ， 边边 带带 频频 率率 数数 量量 增增 多多 ， 在在 轴轴 承承 故故 障障 频频 率率 的的 谐谐 波波 频频 率率 和和 轴轴 承承 零零 件件 的的 自自 然然 频频 率率 的的 两两 侧侧 的的 边边 带带 数数 量量 都都 增增 多多 ， 振振

58、 动动 尖尖 峰峰 能能 量量 的的 总总 量量 值值 继继 续续 增增 大大 ( ( 例例 如如 从从 0. 50 0. 50 gSE gSE 增增 大大 到到 1. 0 1. 0 gSE ) gSE ) 。 这这 时时 ， 已已 经经 可可 以以 看看 到到 滚滚 动动 轴轴 承承 的的 磨磨 损损 ， 并并 且且 ， 磨磨 损损 扩扩 展展 到到 滚滚 动动 轴轴 承承 的的 周周 围围 ， 尤尤 其其 是是 伴伴 随随 在在 轴轴 承承 故故 障障 频频 率率 两两 侧侧 有有 许许 多多 清清 晰晰 的的 边边 带带 时时 。 gSE gSE 谱谱 ， 高高 频频 解解 调调 和和

59、包包 络络 频频 谱谱 帮帮 助助 证证 实实 滚滚 动动 轴轴 承承 故故 障障 的的 第第 三三 阶阶 段段 。 这这 时时 ， 应应 该该 更更 换换 滚滚 动动 轴轴 承承 了了 ( ( 与与 振振 动动 频频 谱谱 中中 滚滚 动动 轴轴 承承 的的 故故 障障 频频 率率 的的 幅幅 值值 无无 关关 ) ) 。 第94页/共169页A区域区域 常常 规规 机机 械械 故故 障障 频频 率率 区区 XB 区域区域滚滚 动动 轴轴 承承 故故 障障 频频 率率 区区 C 区区 域域 轴轴 承承 零零 部部 件件 自自 振振 频频 率率 区区 D 区区 域域 振振 动动 尖尖 峰峰 能

60、能 量量 gSE区区 滚动轴承故障发展四阶段滚动轴承故障发展四阶段 第第 四四 阶阶 段段 随随 机机 高高 频频 振振 动动 第95页/共169页 9. 4 9. 4 第第 四四 阶阶 段段 朝朝 着着 滚滚 动动 轴轴 承承 故故 障障 发发 展展 的的 最最 后后 阶阶 段段 发发 展展 ， 甚甚 至至 影影 响响 1 1 转转 速速 频频 率率 的的 振振 动动 幅幅 值值 。 该该 频频 率率 的的 幅幅 值值 增增 大大 ， 通通 常常 还还 引引 起起 转转 速速 频频 率率 的的 许许 多谐多谐 波波 频频 率率 的的 幅幅 值值 增增 大大 。 离离 散散 的的 滚滚 动动