典型零部件故障的振动诊断专训课件

§3-4典型零部件故障的振动诊断

1.振幅

位移振幅通常用：峰－峰值(P－P值)表示；速度振幅通常用：有效值（振动烈度）Vrms来表示；加速度振幅通常用：峰值表示。旋转机械诊断中通常用：通频振幅——同时受不同频率的激励力作用的设备的振动信号，经滤波得到的各种频率分量的叠加值；基频振幅——转频下按正弦规律振动的幅值。

2.振动频率振动频率分为基频和倍频（各次谐波频率）。特定的频率→对应一定的故障。旋转机械中，振动频率以转频的倍频、分倍频的形式出现。3.相位许多设备故障从幅值谱上不易区分时，需对相位作进一步的分析。§3-4-1绪论一、旋转机械的特征参量

1§3-4典型零部件故障的振动诊断

1.振幅§3-4-14.转速旋转机械的转速变化与设备的运行状态有非常密切的关系。当设备发生故障时，转速也会相应地变化。例如：离心式压缩机：喘振→转速波动；动静碰磨→转速波动。5.时域波形时域波形综合反映了振动信号的振幅、频率、相位，可简单直观地表示振动情况。6.轴心轨迹轴心轨迹是轴心上的点相对于轴承座的运动轨迹，形象地反映了转子的实际振动情况。

7.轴位移（轴向位置）轴向位置是止推盘和止推轴承之间的相对位移。例如：转子动静部件之间的轴向摩擦、喘振等都会引起轴向位置的变化。8.轴心位置轴心位置是描述安装在轴承中的转轴平均位置的特征参量。例如：轴承座磨损→轴颈偏心。涡流传感器的直流分量表示轴心位置的变化。24.转速29.差胀、机壳膨胀对大型旋转机械，由于转子较长，在起动过程中转子受热快，沿轴向膨胀量比汽缸大，两者的热膨胀差称为“差胀”。转子的热膨胀>汽缸的热膨胀，称为“正差胀”；转子的热膨胀<汽缸的热膨胀，称为“负差胀”。正差胀多出现在开机过程，负差胀多出现在停机过程。对大型汽轮机组，除了测“差胀”外，还应测机壳膨胀量，有助于得到汽缸与转子之间的相对热膨胀信息，对比热膨胀和胀差量，判断汽缸与转子热膨胀是否正常10.慢转偏心距慢转偏心距指的是机器静止时的弯曲量，如果在允许的范围内，机器可以起动。测量方法：起动时用涡流传感器测得的信号中的交流信号峰－峰值表示。11.工艺参数12.电流、电压测量39.差胀、机壳膨胀3旋转机械振动故障分析常用方法（1）波特图（Bodeplot）是机器振幅与转速频率，相位与转速频率的关系曲线。

（2）极坐标图是把上述幅频特性和相频特性曲线综合在极坐标上表示出来所示。

（3)轴心位置图借助于相互垂直的两个电涡流传感器，监测直流间隙电压，即可得到转子轴颈中心的径向位置。（4)轴心轨迹图涡动运动的轨迹称之为轴心轨迹如所示。4旋转机械振动故障分析常用方法4556677（5)频谱图振动信号绝大多数是由多种激励信号合成的复杂信号，按照傅里叶分析原理，这种复杂信号可以分解为一系列谐波分量（即频率成分），每一谐波分量又含有幅值和相位特征量。各个谐波分量以频率轴为坐标，按频率高低排列起来的谱图，就叫频谱图。各谐波分量分别以幅值或相位特征量来表示，分别称为幅值频谱（简称幅值谱）和相位频谱（注意与波特图的区别）。8（5)频谱图振动信号绝大多数是由多种激励信号合成的复杂信99为了便于识别各频率成分（包括基频、倍频及分数倍频等）与故障的联系，常将频谱图的频率轴（横坐标）改用工作频率的倍数来表示，而纵坐标仍表示幅值。这种谱图称为阶比幅值谱。10为了便于识别各频率成分（包括基频、倍频及分数倍频等）与故障的二.旋转机械的振动监测1.测试对象和测量部位的选择2.转轴振动测量3.机壳振动测量4.相位测量5.转速测量6.轴位移测量7.轴心轨迹测量8.轴心位置测量9.轴承温度测量10.工艺参数测量11二.旋转机械的振动监测1.测试对象和测量部位的选择11三、旋转机械发生故障的原因（一）设计、制造

1.设计不当：动态性能不良，运行时发生强迫振动或自激振动；2.结构不合理，应力集中；3.工作转速接近或落入临界转速区；4.运行点转速接近或落入非稳定区；5.零部件加工、制造不良，精度不够；6.零部件材质不良，精度不够，制造缺陷；7.转子动平衡不符合技术要求。

（二）安装维修

1.安装不当，零部件错位，预负荷大；2.轴系对中不良；3.机器几何参数(如配合间隙、过盈量及相对位置)调整不当；4.管道应力大，机器在工作状态下改变了动态特性和安装精度；5.转子长期放置不当，改变了动平衡精度；6.安装或维修过程中破坏了机器原有的配合精度。12三、旋转机械发生故障的原因（一）设计、制造（二）安装维修三.运行操作1.机器在非设计状态下运行(如超转速、超负荷等)改变机器工作特性；2.润滑或冷却不良；3.旋转体局部损坏或结垢；4.工艺参数(温度、压力、流量、负荷等)操作不当，机器运行失稳；5.启、停车过程中操作不当，暖机不够，热膨胀不均匀或临界区停留时间长。四.机器劣化1.长期运行转子挠度增大；2.旋转体局部损坏、脱落或产生裂纹；3.零部件磨损、点蚀或腐蚀等；4.配合面受力劣化，产生过盈不足或松动等，破坏了配合性质；5.机器沉降不均匀，机器壳体变形。13三.运行操作1.机器在非设计状态下运行(如超转速、超负荷§3-4-2转轴组件的故障诊断一、绪论转轴组件：指旋转机械系统中重要的一类基础件，以旋转轴为中心，包括齿轮、叶轮、等工作件、联轴器以及支承在内的组合非转动部件：滑动轴承、轴承座、机壳等。旋转机械振动的特殊性：1.振动一般呈很强的周期性；2.大型旋转机械的振动主要是转轴。∴旋转机械的状态监测主要是针对其振动特点进行的。二、转轴组件的故障类型及其特点转轴组件的常见故障现象有不平衡、不同轴（不对中）、机械松动等14§3-4-2转轴组件的故障诊断转轴组件：指旋转机械系统中重三、基于全息谱分析技术的旋转机械诊断系统结构15三、基于全息谱分析技术的旋转机械诊断系统结构15四.转机械故障分类和故障诊断搜索

油膜涡动旋转脱离喘振流体激励支座松动密封磨损低频管道激励不平衡不对中碰磨转子裂纹高频管道激励工频干扰1.旋转机械的故障分类故障低频高频其他基频16四.转机械故障分类和故障诊断搜索2.旋转机械的故障搜索172.旋转机械的故障搜索17(一)转子不平衡故障及诊断

1、转子不平衡的原因：转子不平衡可分为：原始不平衡、渐发性不平衡、突发性不平衡。

(1)原始不平衡（转子质量偏心）原因(2)渐发性不平衡原因振动值随运行时间的延长而增大。原因(3)突发性不平衡振动值突然显著增大后稳定在一定水平上。18(一)转子不平衡故障及诊断原因(2)渐发性不平衡原因2.转子不平衡振动的特点(1)振动的时域波形近似为正弦波；(2)在频谱图中，能量集中在基频，会出现较小的高次谐波；(3)当ω<ωn时，振幅随转速增大而增大；当ω>ωn时，转速增大时振幅趋于一个较小的稳定值；当ω≈ωn时，振幅具有最大的峰值。(4)转子的轴心轨迹为一椭圆,由于转子不平衡质量的响应在x、y方向振幅不同，相位差也不是。(5)工作转速一定时，相位稳定。(6)振动的强烈程度对转速变化很敏感。3.转子不平衡的诊断方法转子不平衡的诊断方法是根据转子不平衡的振动特点来诊断，主要看振动信号的波形、特征频率、相位稳定性、轴心轨迹等。192.转子不平衡振动的特点19转子不平衡故障的频谱波形为简谐波，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。透平风机齿轮箱1X频率(水平)1X频率(水平)1X频率(铅垂)1X频率(铅垂)轴向很小轴向很小20转子不平衡故障的频谱波形为简谐波，少毛刺。透平风机齿轮箱1X4.注意(1)对于老设备：工频分量增大时，可能有较大的不平衡；(2)对新安装设备，工频分量增大时，可能还有下述因素的影响：转子是否遇到临界转速？——常用其它方法确定临界转速；转子是否与基础共振？——可用相位分析方法诊断。

基础共振：使机组上各点都以同一频率和相位振动。不平衡造成的振动在顺旋转方向上各点振动有相位差。(3)用涡流传感器不接触测量时，注意测点处轴颈加工的不同心或椭圆。可用降低转速的方法来检验。若低速时振动与高速时相同，则为假不平衡。5.转子不平衡分类转子不平衡可分为动不平衡与静不平衡。(1)静不平衡：仅使转子产生偏心距e的不平衡称静不平衡，它只要在e的相对方向加平衡块配重就可消除。(2)动不平衡：转子的质心在两轴承的连线上，在旋转时会产生离心力矩，只有在转动时才能检测出来，找到配重的位置。214.注意21全息动平衡:22全息动平衡:22(二)转子弯曲故障及诊断

1、转子弯曲的种类(1)永久性弯曲：转子成弓形弯曲后无法恢复。启动时振动就大；(2)转子临时性弯曲：可以恢复的弯曲。随升速振幅变大。2.转子弓形弯曲（永久性弯曲）的原因及振动特点

(1)原因a、设计制造：结构不合理、制造误差、材质不均匀。b.安装、维修：1）长期存放不当引发永久性弯曲；2）轴承安装错位，转子有较大的预负荷。c、运行操作：高速高温机器停机后未及时盘车。d、机器劣化：转子热稳定性差，长期运行后自然弯曲。

23(二)转子弯曲故障及诊断1、转子弯曲的种类23(2)振动特征a、特征频率：1倍频，并伴有2倍频。b、振动稳定：振动方向为径向、轴向，相位特征稳定。c、轴心轨迹：椭圆d、振动随转速的变化明显e、时域波形：正弦波(3)其它识别方法：a、机器开始升速运行时，在低速阶段振动幅值就较大；b、刚性转子两端相位差180。4、转子临时弯曲的原因及振动特性

(1)原因a、设计制造：结构不合理，制造误差大，材质不均匀；b、安装、维修：转子有较大的预负荷；c、运行操作：升速过快，加载太大；d、机器裂化：转子稳定性差。24(2)振动特征24(2)振动特性：a、特征频率：1倍频，伴有2倍频。b、振动稳定性：振动随转速变化明显，振动方向为径向、轴向，相位特征稳定（正常运行时稳定，升机过程中有变化）。c、轴心轨迹：椭圆(3)其它识别方法：升速过程振幅大，往往不能正常启动。25(2)振动特性：25(三)转子不对中故障分及诊断1、转子不对中形式(1)平行不对中：轴线平行位移(2)角度不对中：轴线角度位移(3)综合不对中：轴线综合位移正确对中e=0,=0平行不对中e0,=0角度不对中e=0,0综合不对中e0,026(三)转子不对中故障分及诊断1、转子不对中形式正确对2、产生转子不对中的原因(1)初始安装误差；(2)负载、自重作用使转子弯曲；(3)支承架不均匀膨胀引起热态工作下转子对中不良(热不对中)；(4)地基不均匀下沉。3、转子不对中故障的特征(1)转子不对中改变了轴承中的油膜压力，使联轴节两侧支承负荷变化较大，负荷小的轴承可能引起油膜失稳。∴不对中现象的最大振动在紧靠联轴节两端的轴承上。(2)平行不对中主要引起径向振动如果：轴承座x、y方向刚度相同，则振幅大的方向为不对中方向；轴承座x、y方向刚度不同，应经计算求得。角度不对中主要引起轴向振动，刚性转子A轴>A径。

272、产生转子不对中的原因27(3)不对中引起的振幅值与转子的负荷有关，随负荷增大而增大。(4)不对中使联轴器两侧的转子振动产生相位差。对于刚性联轴节：

平行不对中：联轴节两侧的径向振动相位差约180º；

角度不对中：联轴节两侧的轴向振动相位差约180º；联轴节两侧的径向振动同相；(5)从振动的频率成分来看，不同形式的不对中频率成分不同。对刚性联轴节：平行不对中：易激起2fn，也存在fn及高频；角度不对中：易激起同频振动，也存在高频；(6)轴心轨迹：香蕉形、8字形(7)振幅随转速变化不明显，随油温、负荷变化明显。28(3)不对中引起的振幅值与转子的负荷有关，随负荷增大而增大。转子不对中故障的频谱出现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。电机水泵POPIMOMI1X频率2X频率叶片通过频率29转子不对中故障的频谱出现2X频率成分。电机水泵POPI转子不对中故障时域波形图转子不对中故障频谱图转子不对中故障全息谱转子不对中故障提纯轴心轨迹30转子不对中故障时域波形图转子不对中故障频谱图转子不对中故不对中故障的全息谱图不对中故障的提纯轴心轨迹（双八字形）31不对中故障的全息谱图不对中故障的提纯轴心轨迹（双八字形）不对中故障的全息谱图不对中故障的提纯轴心轨迹（八字形）32不对中故障的全息谱图不对中故障的提纯轴心轨迹（八字形）3转子平行不对中故障的三维全息谱图转子角度不对中故障的三维全息谱图33转子平行不对中故障的三维全息谱图转子角度不对中故障的三维全(四)转子横向裂纹故障及诊断1、转子横向裂纹的形态

由于转轴所受的应力状态不同，其横向裂纹的形态也不同，裂纹有三种形态：a.闭裂纹；b.开裂纹：c.开闭裂纹。常开状态下的转子裂纹常闭状态下的转子裂纹34(四)转子横向裂纹故障及诊断1、转子横向裂纹的形态常开2、轴出现裂纹故障后的特点(1)轴出现裂纹时，轴的刚度就不是各向同性，振动带有非线性性质。振动频率为转频的高倍频2f0、3f0……，相位发生变化。裂纹扩展，刚度下降，1f0、2f0、3f0……上升，相位变化。相应的高倍频与2f0、3f0、5f0……与nc重合，转子发生次谐波共振，响应有峰值。

(2)开停车过程响应随转速的变化规律∵出现2f0、3f0……高倍频，∴当工作转速通过

时（nc为临界转速），(3)裂纹深度对响应的影响裂纹的扩展随着裂纹深度的增大而加速∴1f0、2f0的振幅上升，相位出现异常波动。352、轴出现裂纹故障后的特点相应的高倍频与2f0、3f0、2、轴出现裂纹故障后的特点频率特征：半临界点的2f0，伴有2f0、3f0等高次谐波；振动稳定性：不稳定，随载荷不规则变化；振动方向：径向，轴向；相位：变化；轴心轨迹：轴心轨迹基本为圆状；进动方向：正进动。

362、轴出现裂纹故障后的特点36转子裂纹故障时域波形图转子裂纹故障频谱图转子裂纹故障全息谱转子裂纹故障提纯轴心轨迹37转子裂纹故障时域波形图转子裂纹故障频谱图转子裂纹故障全息38383939(五)机械松动

机械松动现象是因紧固不牢引发的,振动具有非线性特征；项目性质振动方向虽无特别容易出现的方向，但垂直方向的振动出现可能性较大频率特征基频及倍频，伴有2f0、3f0、……等倍频，也会出现1/2f0，1/3f0等振动稳定性不稳定，振动对转速变化敏感。相位特性与旋转标志同步轴心轨迹椭圆或紊乱。振幅如使转速增减，振幅会突然变或减小（跳跃现象）40(五)机械松动机械松动现象是因紧固不牢引发的,振动转子系统松动故障的频谱波形出现许多毛刺。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。电机水泵POPI转速的精确倍频成分本例中最高出现16X成分噪声水平高41转子系统松动故障的频谱波形出现许多毛刺。电机水泵POPI转速松动故障引起的间入谐量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42松动故障引起的间入谐量未松动时的频谱424343(六)动静碰摩1、局部摩擦：频率包含不平衡引起的f0、2f0、3f0、……及低频谐波f0/i。摩擦重时，i=2；摩擦轻时，i=3、4、……频率特征：if0、f0/i振动：不稳定，径向相位：反向移动轴心轨迹：有突变点44(六)动静碰摩1、局部摩擦：44转子动静碰磨的时域波形转子动静碰磨的频谱转子动静碰磨的高频全息谱转子动静碰磨的提纯轴心轨迹45转子动静碰磨的时域波形转子动静碰磨的频谱转子动静碰磨的高转子动静碰磨的提纯轴心轨迹转子动静碰磨的高频全息谱46转子动静碰磨的提纯轴心轨迹转子动静碰磨的高频全息谱46(七)自激振动

润滑油起泡、喘振和蠕动以及气穴等都会引起自激振动。自激振动的最基本特点在于振动频率为相关振动的固有频率。

项目性质项目性质振动方向无特殊方向相位有变化（非同步）频率特征与转速无关的固有频率振幅转速变化对振幅的影响较小47(七)自激振动润滑油起泡、喘振和蠕动以及气穴等都会引油膜涡动和油膜振荡的诊断48油膜涡动和油膜振荡的诊断48油膜涡动和油膜振荡的诊断49油膜涡动和油膜振荡的诊断49喘振50喘振5051515252正常1000r/min下声发射信号的时域波形和频谱碰摩1000r/min下声发射信号的时域波形和频谱53正常1000r/min下声发射信号的时域波形和频谱碰摩100一、绪论

齿轮箱是各类机械的变速传动部件，齿轮臬的运行是否正常，涉及整台机器或机组的工作状态.在齿轮箱中，各类部件的失效比率如表所示。§3-4-2齿轮的故障诊断失效零件失效百分比失效零件失效百分比失效零件失效百分比齿轮60%轴10%紧固件3%轴承19%箱体7%油封1%二、齿轮的振动机理1.齿轮的啮合振动单双齿啮合区的交替变化轮齿啮合刚度的周期性化啮入啮出冲击54一、绪论§3-4-2齿轮的故障诊断失效零件失效百分比失效零以一对齿轮作为研究对象，该齿轮副可以看作一个振动系统。则其振动方程为：

式中：x——沿作用线上齿轮的相对位移C——齿轮啮合阻尼k(t)——齿轮啮合刚度M1、M2——作用在主、从动齿轮上的扭矩r2——齿轮的节圆半径i——齿轮副的传动比E(t)——由齿轮的轮齿变形和误差、故障造成的两个齿在作用线方向上的相对位移z1、z2——齿轮的齿数n1、n2——转速啮合频率为：55式中：x——沿作用线上齿轮的相对位移z1、z2——齿轮2.齿轮的制造和装配误差引起振动齿轮在制造过程中，由于机床、刀具、夹具、齿坯等是各类面的误差，以及操作不当、工艺不良等原因，均会使齿轮产生各种加工误差，如齿距累积误差、基节偏差、齿形误差、齿向误差等。齿轮在装配过程中，由于箱体、轴等零件的加工误差、装配不当等因素也会使齿轮传动精度恶化。上述原因引起齿轮在传动过程中产生旋转频率的振动和啮合振动3.齿轮在使用过程中出现的损伤引起振动磨损表面疲劳塑性变形断裂气蚀电蚀3.冲击载荷引起的自由衰减振动562.齿轮的制造和装配误差引起振动齿轮在制造过程中，由于机床二、齿轮故障的振动诊断１.齿轮损伤振动特性：啮合时产生冲击振动，并激发齿轮按其固有频率振动，固有频率的振幅与其它振动成分相比是非常大的，随着磨损的发展，齿的刚性表现出非线性特点，频谱是存在ifr、fr

/i，……的分频成分。２.齿轮偏心振动特性：齿轮存在偏心时，齿轮每转中的压力时大里小地变化，致使啮合振动的振幅受旋转频率的调制，其频谱包含fr、fm及边频带fm±fr。３.齿轮回转质量不平衡振动特性：主要频率成分和与正常情况基本相同，即频谱包含fr、fm，但旋转频率振动的振幅较正常情况大。4.齿轮局部缺陷振动特性：齿轮啮合过程中，将激发异常大的冲击振动，在振动波形上出现较大的周期性脉冲幅值，即频谱包含fr、及其高次谐波nfr。57二、齿轮故障的振动诊断１.齿轮损伤振动特性：啮合时产生冲击振振动特性：齿轮在每转中的速度将时快时慢的变化，致使啮合振动的频率受旋转频率的调制，即频谱包含fr、fm，及边频带fm±nfr。５.齿距误差振动特性：因啮合频率大于固有频率，所以，齿轮只发生啮合频率成分的振动，而不发生固有频率的振动。６.高速旋转齿轮的振动注意：实际谱线通常很难以单一频率出现，而表现为一个连续的频段。故障现象很少以单一形式出现，而往往是多种故障的综合。58振动特性：齿轮在每转中的速度将时快时慢的变化，致使啮合振动的5959齿轮正常1000r/min轻载下的时域波形和功率谱齿轮裂纹1000r/min轻载下的时域波形和功率谱齿轮磨损1000r/min轻载下的时域波形和功率谱齿轮偏心1000r/min轻载下的时域波形和功率谱60齿轮正常1000r/min轻载下的时域波形和功率谱齿轮裂纹1齿轮故障的频谱齿轮啮合频率GMF等于齿数乘以齿轮转速频率。齿轮啮合频率两边有边频，间距为1X。随着齿轮故障发展，边频越来越丰富，幅值增加。可用倒频谱作进一步分析。OUBSISOL齿轮箱上辊下辊输入轴啮合频率GMF上边频下边频2X61齿轮故障的频谱齿轮啮合频率GMF等于齿数乘以齿轮转速频率。O齿轮故障诊断

1、正常2、磨损3、负载4、齿轮偏心和齿隙游移62齿轮故障诊断

1、正常2、磨损3、负载4、齿轮故障诊断

5、齿轮不对中6、齿断、齿裂7、齿轮组合状态问题63故障诊断

5、齿轮不对中6、齿断、齿裂7、齿轮组合状齿轮故障诊断

8、齿的摆动故障64齿轮故障诊断

8、齿的摆动故障64(一）疲劳剥落

1、原因：在滚动轴承中，滚道和滚动体表面既承受载荷又相对滚动，由于交变载荷的作用，首先在表面下一定深处(最大剪应力)形成裂纹，继而扩展到接触表面，使表面发生剥落坑，最后发展到大片剥落，到疲劳剥落。2、后果：疲劳会造成运载时的冲击载荷、振动和噪声。在正常工作条件下，疲劳剥落是滚动轴承失效的主要原因。所以，一般所说的轴承寿命就是指轴承的疲劳寿命。轴承的寿命试验就是疲劳试验。（二）磨损1、原因：(1)滚道和滚动体的相对运动及异物侵入了引起表面磨损(2)润滑不良会使磨损加剧2、后果：(1)轴承游隙增大(2)表面粗糙度增加(3)运转精度降低(4)振动、噪声增大§3-4-2轴承的故障诊断一、滚动轴承的故障类型65(一）疲劳剥落§3-4-2轴承的故障诊断一、滚动轴承的故（三）塑性变形（压痕）1、原因：(1)工作载荷过重时，轴承受到过大的冲击载荷或静载荷(2)因热变形引起额外载荷(3)硬度很高的异物侵入都会形成表面压痕或划痕2、后果：(1)引起运转时产生剧烈振动和噪声(2)压痕引起的冲击载荷进一步引起附近表面的剥落（四）腐蚀1、原因：(1)润滑油、水份、湿气的化学腐蚀(2)电腐蚀、轴承表面有电通过时，使表面产生点蚀(3)微振腐蚀、套圈与孔或内圈与轴有微小的相对运动时产生锈蚀2、后果：表面出现麻点、凹坑、锈斑等（五）断裂原因：(1)载荷过大引起轴承零件破裂(2)磨削、热处理，装配引起的残余应力(3)工作时热压力过大(4)装配不当（六）胶合胶合即：一个表面上的金属粘附到另一个表面上的现象原因：润滑不良、高速重载下摩擦发热在短时间内达到很高的温度、导致表面烧伤及胶合66（三）塑性变形（压痕）（四）腐蚀（五）断裂（六）胶合66（七）保持架损坏原因：装配不当引起保持架发生变形，增加保持架上滚动体之间的摩擦或滚动体卡死，或保持架与内外圈发生摩擦二、滚动轴承振动信号的特征缺陷部位一般公式 外圈静止、内圈运动内圈静止、外圈运动滚动体缺陷外圈（内滚道）缺陷内圈（外滚道）缺陷（一）低频段的旋转频率67（七）保持架损坏二、滚动轴承振动信号的特征缺陷部位一般公式D—节圆直径d—滚珠直径—接触角z—滚珠数R—轴的转速频率dD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68D—节圆直径dD外环故障频率68（二）低频段的固有振动频率

当轴承结构不合适或有缺陷时，外部振源激发各元件以其固有频率振动固有频率与材料、外形、质量有关，与振动及轴的回转频率无关。1、内外圈固有频率

式中：

——弹性模量，钢材为210

——变形波数，＝2，3，…

——套圈横截面的惯性矩，——套圈横截面面积，，b轴承宽，h套圈厚

——套圈横截中性轴直径，mm

69（二）低频段的固有振动频率1、内外圈固有频率式例：6205轴承内圈弯曲的固有频率为k＝2345f(kHz)=3.9411.1431.3634.542、钢球的固有频率：R——钢球半径（三）滚动轴承有异常时的振动特性(1)轴承元件受力变形引起的振动：主要频率成分为：(2)旋转轴弯曲时引起的振动：主要频率成分为：(3)滚动体直径不一致引起的振动轴承元件受力变形引起的振动：主要频率成分为：1.由滚动轴承构造引起的振动2.由滚动轴承的非线性引起的振动主要频率成分为：注意:振动常发生在深槽球轴承中,在自动调心滚动轴承上不常发生70例：6205轴承内圈弯曲的固有频率为2、钢球的固有频率：R—滚动轴承的轴向刚度呈非线性，特别是当润滑不良时，易产生异常的轴向振动。刚度曲线呈对称非线性时：振动频率nfr；刚度曲线呈非对称非线性时：振动频率3.精加工波纹引起的振动波纹位置波纹凸起数振动频率内圈nz±1nf0±fr外圈nz±1nfc振动体2n2n±fc71滚动轴承的轴向刚度呈非线性，特别是当润滑不良时，易产3.滚动轴承损伤(缺陷)引起的振动当滚动轴承的内圈出现严重磨损等情况时，轴承会出现偏心现象，当轴旋转时，轴心（内圈中心）便会绕外圈中心摆动，如图4示，此时的振动频率为nfr(1)轴承严重磨损引起偏心时的振动(2)轴承内圈损伤轴承内滚道产生损伤时，如：剥落、裂纹、点蚀等（如图1所示），若滚动轴无径向间隙时，会产生频率为nZf0（n＝1，2,…）的冲击振动。通常滚动轴承都有径向间隙，且为单边载荷，根据点蚀部分与滚动体发生冲击接触的位置的不同，振动的振幅大小会发生周期性的变化，即发生振幅调制。若以轴旋转频率fr进行振幅调制，这时的振动频率为nfo士fr（n＝1，2…）；若以滚动体的公转频率（即保持架旋转频率）fc进行振幅调制，这时的振动频率为nfo±fc（n＝1，2，…）。723.滚动轴承损伤(缺陷)引起的振动当滚动轴承的内圈出现严重(3)轴承外圈损伤当轴承外圈产生损伤时，如剥落、裂纹、点蚀等（如图2所示），在滚动体通过时也会产生冲击振动。由于点蚀的位置与载荷方向的相对位置关系是一定的，所以，这时不存在振幅调制的情况，振动频率为nZfi(n＝1，2,…)，振动波形如图所示。73(3)轴承外圈损伤73(4)滚动体损伤

当轴承滚动体产生损伤时，如剥落、裂纹、点蚀等，缺陷部位通过内圈或外圈滚道表面时会产生冲击振动。在滚动轴承无径向间隙时，会产生频率为nfb（n＝1，2,…）的冲击振动。通常滚动轴承都有径向间隙，因此，同内圈存在点蚀时的情况一样，根据点蚀部位与内圈或外圈发生冲击接触的位置不同，也会发生振幅调制的情况，不过此时是以滚动体的公转频率fc进行振幅调制。这时的振动频率为nfb士fc，74(4)滚动体损伤

当轴承滚动体产生损伤时，如剥落、(四)轴承部件损伤特征频率75(四)轴承部件损伤特征频率757676滚动轴承故障的频谱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PIPO1X2X频率故障基本频率6.71X基本频率的四个谐波77滚动轴承故障的频谱轴承每一种零件有其特殊的故障频率。电机离带滚动轴承的机械的频谱特点不平衡不对中松动滚动轴承故障频率05101520253035404550×RFrequencyinorder3.53.02.52.01.51.00.50Velocityinmm/spk78带滚动轴承的机械的频谱特点不平衡不对中松动滚动轴承故障频率带滑动轴承的机械的频谱特点不对中松动引起的谐波不平衡油膜涡动、碰摩0246810121416FrequencyinorderDisplacementinmpktopk12.510.07.55.02.5079带滑动轴承的机械的频谱特点不对中松动引起的谐波不平衡油膜涡动

滚动轴承试验台

待测滚动轴承

测点的分布情况

80滚动轴承试验台待测滚动轴承测点的分布情况80滚动轴承振动信号时域波形图81滚动轴承振动信号时域波形图81目前使用的方法有很多，如振动监测技术、温度监测技术、噪声监测技术、光纤传感器技术、电涡流传感器技术、声发射技术、油液分析技术、红外光谱分析、油膜电阻法等检测方法，二、滚动轴承的故障诊断方法82目前使用的方法有很多，如振动监测技术、温度监习题：简述转子不平衡、不对中、机械松动、碰摩、自激振动的振动特点。简述齿轮故障类型及其振动特点？滚动轴承的主要故障有哪些？常用哪些诊断方法？做presentation介绍其中2种，比较优缺点。83习题：83§3-4典型零部件故障的振动诊断

1.振幅

位移振幅通常用：峰－峰值(P－P值)表示；速度振幅通常用：有效值（振动烈度）Vrms来表示；加速度振幅通常用：峰值表示。旋转机械诊断中通常用：通频振幅——同时受不同频率的激励力作用的设备的振动信号，经滤波得到的各种频率分量的叠加值；基频振幅——转频下按正弦规律振动的幅值。

2.振动频率振动频率分为基频和倍频（各次谐波频率）。特定的频率→对应一定的故障。旋转机械中，振动频率以转频的倍频、分倍频的形式出现。3.相位许多设备故障从幅值谱上不易区分时，需对相位作进一步的分析。§3-4-1绪论一、旋转机械的特征参量

84§3-4典型零部件故障的振动诊断

1.振幅§3-4-14.转速旋转机械的转速变化与设备的运行状态有非常密切的关系。当设备发生故障时，转速也会相应地变化。例如：离心式压缩机：喘振→转速波动；动静碰磨→转速波动。5.时域波形时域波形综合反映了振动信号的振幅、频率、相位，可简单直观地表示振动情况。6.轴心轨迹轴心轨迹是轴心上的点相对于轴承座的运动轨迹，形象地反映了转子的实际振动情况。

7.轴位移（轴向位置）轴向位置是止推盘和止推轴承之间的相对位移。例如：转子动静部件之间的轴向摩擦、喘振等都会引起轴向位置的变化。8.轴心位置轴心位置是描述安装在轴承中的转轴平均位置的特征参量。例如：轴承座磨损→轴颈偏心。涡流传感器的直流分量表示轴心位置的变化。854.转速29.差胀、机壳膨胀对大型旋转机械，由于转子较长，在起动过程中转子受热快，沿轴向膨胀量比汽缸大，两者的热膨胀差称为“差胀”。转子的热膨胀>汽缸的热膨胀，称为“正差胀”；转子的热膨胀<汽缸的热膨胀，称为“负差胀”。正差胀多出现在开机过程，负差胀多出现在停机过程。对大型汽轮机组，除了测“差胀”外，还应测机壳膨胀量，有助于得到汽缸与转子之间的相对热膨胀信息，对比热膨胀和胀差量，判断汽缸与转子热膨胀是否正常10.慢转偏心距慢转偏心距指的是机器静止时的弯曲量，如果在允许的范围内，机器可以起动。测量方法：起动时用涡流传感器测得的信号中的交流信号峰－峰值表示。11.工艺参数12.电流、电压测量869.差胀、机壳膨胀3旋转机械振动故障分析常用方法（1）波特图（Bodeplot）是机器振幅与转速频率，相位与转速频率的关系曲线。

（2）极坐标图是把上述幅频特性和相频特性曲线综合在极坐标上表示出来所示。

（3)轴心位置图借助于相互垂直的两个电涡流传感器，监测直流间隙电压，即可得到转子轴颈中心的径向位置。（4)轴心轨迹图涡动运动的轨迹称之为轴心轨迹如所示。87旋转机械振动故障分析常用方法4885896907（5)频谱图振动信号绝大多数是由多种激励信号合成的复杂信号，按照傅里叶分析原理，这种复杂信号可以分解为一系列谐波分量（即频率成分），每一谐波分量又含有幅值和相位特征量。各个谐波分量以频率轴为坐标，按频率高低排列起来的谱图，就叫频谱图。各谐波分量分别以幅值或相位特征量来表示，分别称为幅值频谱（简称幅值谱）和相位频谱（注意与波特图的区别）。91（5)频谱图振动信号绝大多数是由多种激励信号合成的复杂信929为了便于识别各频率成分（包括基频、倍频及分数倍频等）与故障的联系，常将频谱图的频率轴（横坐标）改用工作频率的倍数来表示，而纵坐标仍表示幅值。这种谱图称为阶比幅值谱。93为了便于识别各频率成分（包括基频、倍频及分数倍频等）与故障的二.旋转机械的振动监测1.测试对象和测量部位的选择2.转轴振动测量3.机壳振动测量4.相位测量5.转速测量6.轴位移测量7.轴心轨迹测量8.轴心位置测量9.轴承温度测量10.工艺参数测量94二.旋转机械的振动监测1.测试对象和测量部位的选择11三、旋转机械发生故障的原因（一）设计、制造

1.设计不当：动态性能不良，运行时发生强迫振动或自激振动；2.结构不合理，应力集中；3.工作转速接近或落入临界转速区；4.运行点转速接近或落入非稳定区；5.零部件加工、制造不良，精度不够；6.零部件材质不良，精度不够，制造缺陷；7.转子动平衡不符合技术要求。

（二）安装维修

1.安装不当，零部件错位，预负荷大；2.轴系对中不良；3.机器几何参数(如配合间隙、过盈量及相对位置)调整不当；4.管道应力大，机器在工作状态下改变了动态特性和安装精度；5.转子长期放置不当，改变了动平衡精度；6.安装或维修过程中破坏了机器原有的配合精度。95三、旋转机械发生故障的原因（一）设计、制造（二）安装维修三.运行操作1.机器在非设计状态下运行(如超转速、超负荷等)改变机器工作特性；2.润滑或冷却不良；3.旋转体局部损坏或结垢；4.工艺参数(温度、压力、流量、负荷等)操作不当，机器运行失稳；5.启、停车过程中操作不当，暖机不够，热膨胀不均匀或临界区停留时间长。四.机器劣化1.长期运行转子挠度增大；2.旋转体局部损坏、脱落或产生裂纹；3.零部件磨损、点蚀或腐蚀等；4.配合面受力劣化，产生过盈不足或松动等，破坏了配合性质；5.机器沉降不均匀，机器壳体变形。96三.运行操作1.机器在非设计状态下运行(如超转速、超负荷§3-4-2转轴组件的故障诊断一、绪论转轴组件：指旋转机械系统中重要的一类基础件，以旋转轴为中心，包括齿轮、叶轮、等工作件、联轴器以及支承在内的组合非转动部件：滑动轴承、轴承座、机壳等。旋转机械振动的特殊性：1.振动一般呈很强的周期性；2.大型旋转机械的振动主要是转轴。∴旋转机械的状态监测主要是针对其振动特点进行的。二、转轴组件的故障类型及其特点转轴组件的常见故障现象有不平衡、不同轴（不对中）、机械松动等97§3-4-2转轴组件的故障诊断转轴组件：指旋转机械系统中重三、基于全息谱分析技术的旋转机械诊断系统结构98三、基于全息谱分析技术的旋转机械诊断系统结构15四.转机械故障分类和故障诊断搜索

油膜涡动旋转脱离喘振流体激励支座松动密封磨损低频管道激励不平衡不对中碰磨转子裂纹高频管道激励工频干扰1.旋转机械的故障分类故障低频高频其他基频99四.转机械故障分类和故障诊断搜索2.旋转机械的故障搜索1002.旋转机械的故障搜索17(一)转子不平衡故障及诊断

1、转子不平衡的原因：转子不平衡可分为：原始不平衡、渐发性不平衡、突发性不平衡。

(1)原始不平衡（转子质量偏心）原因(2)渐发性不平衡原因振动值随运行时间的延长而增大。原因(3)突发性不平衡振动值突然显著增大后稳定在一定水平上。101(一)转子不平衡故障及诊断原因(2)渐发性不平衡原因2.转子不平衡振动的特点(1)振动的时域波形近似为正弦波；(2)在频谱图中，能量集中在基频，会出现较小的高次谐波；(3)当ω<ωn时，振幅随转速增大而增大；当ω>ωn时，转速增大时振幅趋于一个较小的稳定值；当ω≈ωn时，振幅具有最大的峰值。(4)转子的轴心轨迹为一椭圆,由于转子不平衡质量的响应在x、y方向振幅不同，相位差也不是。(5)工作转速一定时，相位稳定。(6)振动的强烈程度对转速变化很敏感。3.转子不平衡的诊断方法转子不平衡的诊断方法是根据转子不平衡的振动特点来诊断，主要看振动信号的波形、特征频率、相位稳定性、轴心轨迹等。1022.转子不平衡振动的特点19转子不平衡故障的频谱波形为简谐波，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。透平风机齿轮箱1X频率(水平)1X频率(水平)1X频率(铅垂)1X频率(铅垂)轴向很小轴向很小103转子不平衡故障的频谱波形为简谐波，少毛刺。透平风机齿轮箱1X4.注意(1)对于老设备：工频分量增大时，可能有较大的不平衡；(2)对新安装设备，工频分量增大时，可能还有下述因素的影响：转子是否遇到临界转速？——常用其它方法确定临界转速；转子是否与基础共振？——可用相位分析方法诊断。

基础共振：使机组上各点都以同一频率和相位振动。不平衡造成的振动在顺旋转方向上各点振动有相位差。(3)用涡流传感器不接触测量时，注意测点处轴颈加工的不同心或椭圆。可用降低转速的方法来检验。若低速时振动与高速时相同，则为假不平衡。5.转子不平衡分类转子不平衡可分为动不平衡与静不平衡。(1)静不平衡：仅使转子产生偏心距e的不平衡称静不平衡，它只要在e的相对方向加平衡块配重就可消除。(2)动不平衡：转子的质心在两轴承的连线上，在旋转时会产生离心力矩，只有在转动时才能检测出来，找到配重的位置。1044.注意21全息动平衡:105全息动平衡:22(二)转子弯曲故障及诊断

1、转子弯曲的种类(1)永久性弯曲：转子成弓形弯曲后无法恢复。启动时振动就大；(2)转子临时性弯曲：可以恢复的弯曲。随升速振幅变大。2.转子弓形弯曲（永久性弯曲）的原因及振动特点

(1)原因a、设计制造：结构不合理、制造误差、材质不均匀。b.安装、维修：1）长期存放不当引发永久性弯曲；2）轴承安装错位，转子有较大的预负荷。c、运行操作：高速高温机器停机后未及时盘车。d、机器劣化：转子热稳定性差，长期运行后自然弯曲。

106(二)转子弯曲故障及诊断1、转子弯曲的种类23(2)振动特征a、特征频率：1倍频，并伴有2倍频。b、振动稳定：振动方向为径向、轴向，相位特征稳定。c、轴心轨迹：椭圆d、振动随转速的变化明显e、时域波形：正弦波(3)其它识别方法：a、机器开始升速运行时，在低速阶段振动幅值就较大；b、刚性转子两端相位差180。4、转子临时弯曲的原因及振动特性

(1)原因a、设计制造：结构不合理，制造误差大，材质不均匀；b、安装、维修：转子有较大的预负荷；c、运行操作：升速过快，加载太大；d、机器裂化：转子稳定性差。107(2)振动特征24(2)振动特性：a、特征频率：1倍频，伴有2倍频。b、振动稳定性：振动随转速变化明显，振动方向为径向、轴向，相位特征稳定（正常运行时稳定，升机过程中有变化）。c、轴心轨迹：椭圆(3)其它识别方法：升速过程振幅大，往往不能正常启动。108(2)振动特性：25(三)转子不对中故障分及诊断1、转子不对中形式(1)平行不对中：轴线平行位移(2)角度不对中：轴线角度位移(3)综合不对中：轴线综合位移正确对中e=0,=0平行不对中e0,=0角度不对中e=0,0综合不对中e0,0109(三)转子不对中故障分及诊断1、转子不对中形式正确对2、产生转子不对中的原因(1)初始安装误差；(2)负载、自重作用使转子弯曲；(3)支承架不均匀膨胀引起热态工作下转子对中不良(热不对中)；(4)地基不均匀下沉。3、转子不对中故障的特征(1)转子不对中改变了轴承中的油膜压力，使联轴节两侧支承负荷变化较大，负荷小的轴承可能引起油膜失稳。∴不对中现象的最大振动在紧靠联轴节两端的轴承上。(2)平行不对中主要引起径向振动如果：轴承座x、y方向刚度相同，则振幅大的方向为不对中方向；轴承座x、y方向刚度不同，应经计算求得。角度不对中主要引起轴向振动，刚性转子A轴>A径。

1102、产生转子不对中的原因27(3)不对中引起的振幅值与转子的负荷有关，随负荷增大而增大。(4)不对中使联轴器两侧的转子振动产生相位差。对于刚性联轴节：

平行不对中：联轴节两侧的径向振动相位差约180º；

角度不对中：联轴节两侧的轴向振动相位差约180º；联轴节两侧的径向振动同相；(5)从振动的频率成分来看，不同形式的不对中频率成分不同。对刚性联轴节：平行不对中：易激起2fn，也存在fn及高频；角度不对中：易激起同频振动，也存在高频；(6)轴心轨迹：香蕉形、8字形(7)振幅随转速变化不明显，随油温、负荷变化明显。111(3)不对中引起的振幅值与转子的负荷有关，随负荷增大而增大。转子不对中故障的频谱出现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。电机水泵POPIMOMI1X频率2X频率叶片通过频率112转子不对中故障的频谱出现2X频率成分。电机水泵POPI转子不对中故障时域波形图转子不对中故障频谱图转子不对中故障全息谱转子不对中故障提纯轴心轨迹113转子不对中故障时域波形图转子不对中故障频谱图转子不对中故不对中故障的全息谱图不对中故障的提纯轴心轨迹（双八字形）114不对中故障的全息谱图不对中故障的提纯轴心轨迹（双八字形）不对中故障的全息谱图不对中故障的提纯轴心轨迹（八字形）115不对中故障的全息谱图不对中故障的提纯轴心轨迹（八字形）3转子平行不对中故障的三维全息谱图转子角度不对中故障的三维全息谱图116转子平行不对中故障的三维全息谱图转子角度不对中故障的三维全(四)转子横向裂纹故障及诊断1、转子横向裂纹的形态

由于转轴所受的应力状态不同，其横向裂纹的形态也不同，裂纹有三种形态：a.闭裂纹；b.开裂纹：c.开闭裂纹。常开状态下的转子裂纹常闭状态下的转子裂纹117(四)转子横向裂纹故障及诊断1、转子横向裂纹的形态常开2、轴出现裂纹故障后的特点(1)轴出现裂纹时，轴的刚度就不是各向同性，振动带有非线性性质。振动频率为转频的高倍频2f0、3f0……，相位发生变化。裂纹扩展，刚度下降，1f0、2f0、3f0……上升，相位变化。相应的高倍频与2f0、3f0、5f0……与nc重合，转子发生次谐波共振，响应有峰值。

(2)开停车过程响应随转速的变化规律∵出现2f0、3f0……高倍频，∴当工作转速通过

时（nc为临界转速），(3)裂纹深度对响应的影响裂纹的扩展随着裂纹深度的增大而加速∴1f0、2f0的振幅上升，相位出现异常波动。1182、轴出现裂纹故障后的特点相应的高倍频与2f0、3f0、2、轴出现裂纹故障后的特点频率特征：半临界点的2f0，伴有2f0、3f0等高次谐波；振动稳定性：不稳定，随载荷不规则变化；振动方向：径向，轴向；相位：变化；轴心轨迹：轴心轨迹基本为圆状；进动方向：正进动。

1192、轴出现裂纹故障后的特点36转子裂纹故障时域波形图转子裂纹故障频谱图转子裂纹故障全息谱转子裂纹故障提纯轴心轨迹120转子裂纹故障时域波形图转子裂纹故障频谱图转子裂纹故障全息1213812239(五)机械松动

机械松动现象是因紧固不牢引发的,振动具有非线性特征；项目性质振动方向虽无特别容易出现的方向，但垂直方向的振动出现可能性较大频率特征基频及倍频，伴有2f0、3f0、……等倍频，也会出现1/2f0，1/3f0等振动稳定性不稳定，振动对转速变化敏感。相位特性与旋转标志同步轴心轨迹椭圆或紊乱。振幅如使转速增减，振幅会突然变或减小（跳跃现象）123(五)机械松动机械松动现象是因紧固不牢引发的,振动转子系统松动故障的频谱波形出现许多毛刺。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。电机水泵POPI转速的精确倍频成分本例中最高出现16X成分噪声水平高124转子系统松动故障的频谱波形出现许多毛刺。电机水泵POPI转速松动故障引起的间入谐量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125松动故障引起的间入谐量未松动时的频谱4212643(六)动静碰摩1、局部摩擦：频率包含不平衡引起的f0、2f0、3f0、……及低频谐波f0/i。摩擦重时，i=2；摩擦轻时，i=3、4、……频率特征：if0、f0/i振动：不稳定，径向相位：反向移动轴心轨迹：有突变点127(六)动静碰摩1、局部摩擦：44转子动静碰磨的时域波形转子动静碰磨的频谱转子动静碰磨的高频全息谱转子动静碰磨的提纯轴心轨迹128转子动静碰磨的时域波形转子动静碰磨的频谱转子动静碰磨的高转子动静碰磨的提纯轴心轨迹转子动静碰磨的高频全息谱129转子动静碰磨的提纯轴心轨迹转子动静碰磨的高频全息谱46(七)自激振动

润滑油起泡、喘振和蠕动以及气穴等都会引起自激振动。自激振动的最基本特点在于振动频率为相关振动的固有频率。

项目性质项目性质振动方向无特殊方向相位有变化（非同步）频率特征与转速无关的固有频率振幅转速变化对振幅的影响较小130(七)自激振动润滑油起泡、喘振和蠕动以及气穴等都会引油膜涡动和油膜振荡的诊断131油膜涡动和油膜振荡的诊断48油膜涡动和油膜振荡的诊断132油膜涡动和油膜振荡的诊断49喘振133喘振501345113552正常1000r/min下声发射信号的时域波形和频谱碰摩1000r/min下声发射信号的时域波形和频谱136正常1000r/min下声发射信号的时域波形和频谱碰摩100一、绪论

齿轮箱是各类机械的变速传动部件，齿轮臬的运行是否正常，涉及整台机器或机组的工作状态.在齿轮箱中，各类部件的失效比率如表所示。§3-4-2齿轮的故障诊断失效零件失效百分比失效零件失效百分比失效零件失效百分比齿轮60%轴10%紧固件3%轴承19%箱体7%油封1%二、齿轮的振动机理1.齿轮的啮合振动单双齿啮合区的交替变化轮齿啮合刚度的周期性化啮入啮出冲击137一、绪论§3-4-2齿轮的故障诊断失效零件失效百分比失效零以一对齿轮作为研究对象，该齿轮副可以看作一个振动系统。则其振动方程为：

式中：x——沿作用线上齿轮的相对位移C——齿轮啮合阻尼k(t)——齿轮啮合刚度M1、M2——作用在主、从动齿轮上的扭矩r2——齿轮的节圆半径i——齿轮副的传动比E(t)——由齿轮的轮齿变形和误差、故障造成的两个齿在作用线方向上的相对位移z1、z2——齿轮的齿数n1、n2——转速啮合频率为：138式中：x——沿作用线上齿轮的相对位移z1、z2——齿轮2.齿轮的制造和装配误差引起振动齿轮在制造过程中，由于机床、刀具、夹具、齿坯等是各类面的误差，以及操作不当、工艺不良等原因，均会使齿轮产生各种加工误差，如齿距累积误差、基节偏差、齿形误差、齿向误差等。齿轮在装配过程中，由于箱体、轴等零件的加工误差、装配不当等因素也会使齿轮传动精度恶化。上述原因引起齿轮在传动过程中产生旋转频率的振动和啮合振动3.齿轮在使用过程中出现的损伤引起振动磨损表面疲劳塑性变形断裂气蚀电蚀3.冲击载荷引起的自由衰减振动1392.齿轮的制造和装配误差引起振动齿轮在制造过程中，由于机床二、齿轮故障的振动诊断１.齿轮损伤振动特性：啮合时产生冲击振动，并激发齿轮按其固有频率振动，固有频率的振幅与其它振动成分相比是非常大的，随着磨损的发展，齿的刚性表现出非线性特点，频谱是存在ifr、fr

/i，……的分频成分。２.齿轮偏心振动特性：齿轮存在偏心时，齿轮每转中的压力时大里小地变化，致使啮合振动的振幅受旋转频率的调制，其频谱包含fr、fm及边频带fm±fr。３.齿轮回转质量不平衡振动特性：主要频率成分和与正常情况基本相同，即频谱包含fr、fm，但旋转频率振动的振幅较正常情况大。4.齿轮局部缺陷振动特性：齿轮啮合过程中，将激发异常大的冲击振动，在振动波形上出现较大的周期性脉冲幅值，即频谱包含fr、及其高次谐波nfr。140二、齿轮故障的振动诊断１.齿轮损伤振动特性：啮合时产生冲击振振动特性：齿轮在每转中的速度将时快时慢的变化，致使啮合振动的频率受旋转频率的调制，即频谱包含fr、fm，及边频带fm±nfr。５.齿距误差振动特性：因啮合频率大于固有频率，所以，齿轮只发生啮合频率成分的振动，而不发生固有频率的振动。６.高速旋转齿轮的振动注意：实际谱线通常很难以单一频率出现，而表现为一个连续的频段。故障现象很少以单一形式出现，而往往是多种故障的综合。141振动特性：齿轮在每转中的速度将时快时慢的变化，致使啮合振动的14259齿轮正常1000r/min轻载下的时域波形和功率谱齿轮裂纹1000r/min轻载下的时域波形和功率谱齿轮磨损1000r/min轻载下的时域波形和功率谱齿轮偏心1000r/min轻载下的时域波形和功率谱143齿轮正常1000r/min轻载下的时域波形和功率谱齿轮裂纹1齿轮故障的频谱齿轮啮合频率GMF等于齿数乘以齿轮转速频率。齿轮啮合频率两边有边频，间距为1X。随着齿轮故障发展，边频越来越丰富，幅值增加。可用倒频谱作进一步分析。OUBSISOL齿轮箱上辊下辊输入轴啮合频率GMF上边频下边频2X144齿轮故障的频谱齿轮啮合频率GMF等于齿数乘以齿轮转速频率。O齿轮故障诊断

1、正常2、磨损3、负载4、齿轮偏心和齿隙游移145齿轮故障诊断

1、正常2、磨损3、负载4、齿轮故障诊断

5、齿轮不对中6、齿断、齿裂7、齿轮组合状态问题146故障诊断

5、齿轮不对中6、齿断、齿裂7、齿轮组合状齿轮故障诊断

8、齿的摆动故障147齿轮故障诊断

8、齿的摆动故障64(一）疲劳剥落

1、原因：在滚动轴承中，滚道和滚动体表面既承受载荷又相对滚动，由于交变载荷的作用，首先在表面下一定深处(最大剪应力)形成裂纹，继而扩展到接触表面，使表面发生剥落坑，最后发展到大片剥落，到疲劳剥落。2、后果：疲劳会造成运载时的冲击载荷、振动和噪声。在正常工作条件下，疲劳剥落是滚动轴承失效的主要原因。所以，一般所说的轴承寿命就是指轴承的疲劳寿命。轴承的寿命试验就是疲劳试验。（二）磨损1、原因：(1)滚道和滚动体的相对运动及异物侵入了引起表面磨损(2)润滑不良会使磨损加剧2、后果：(1)轴承游隙增大(2)表面粗糙度增加(3)运转精度降低(4)振动、噪声增大§3-4-2轴承的故障诊断一、滚动轴承的故障类型148(一）疲劳剥落§3-4-2轴承的故障诊断一、滚动轴承的故（三）塑性变形（压痕）1、原因：(1)工作载荷过重时，轴承受到过大的冲击载荷或静载荷(2)因热变形引起额外载荷(3)硬度很高的异物侵入都会形成表面压痕或划痕2、后果：(1)引起运转时产生剧烈振动和噪声(2)压痕引起的冲击载荷进一步引起附近表面的剥落（四）腐蚀1、原因：(1)润滑油、水份、湿气的化学腐蚀(2)电腐蚀、轴承表面有电通过时，使表面产生点蚀(3)微振腐蚀、套圈与孔或内圈与轴有微小的相对运动时产生锈蚀2、后果：表面出现麻点、凹坑、锈斑等（五）断裂原因：(1)载荷过大引起轴承零件破裂(2)磨削、热处理，装配引起的残余应力(3)工作时热压力过大(4)装配不当（六）胶合胶合即：一个表面上的金属粘附到另一个表面上的现象原因：润滑不良、高速重载下摩擦发热在短时间内达到很高的温度、导致表面烧伤及胶合149（三）塑性变形（压痕）（四）腐蚀（五）断裂（六）胶合66（七）保持架损坏原因：装配不当引起保持架发生变形，增加保持架上滚动体之间的摩擦或滚动体卡死，或保持架与内外圈发生摩擦二、滚动轴承振动信号的特征缺陷部位一般公式 外圈静止、内圈运动内圈静止、外圈运动滚动体缺陷外圈（内滚道）缺陷内圈（外滚道）