振动分析和故障诊断分析解析PPT课件.ppt

1、振动分析和故障诊断,1,状态监测 设备(资产)健康监测 设备(资产)健康管理 提高设备可用率 减少维修成本 延长设备寿命,机器状态检修的基础是振动频谱中包含机器零部件的机械状态信息,机器状态检修,2,振动故障分析和诊断的任务,振动故障分析诊断的任务：从某种意义上讲，就是读谱图，把频谱上的每个频谱分量与监测的机器的零部件对照联系，给每条频谱以物理解释。,1.振动频谱中存在哪些频谱分量？ 2.每条频谱分量的幅值多大？ 3.这些频谱分量彼此之间存在什么关系？ 4.如果存在明显的高幅值的频谱分量，它的精确的来源？它与机器的零部件对应关系如何？ 5.如果能测量相位，应该检查相位是否稳定？ 各测点信号之间

2、的相位关系如何？,3,振动监测和诊断要想取得准确的结果必须考虑仔细整个系统的每一个环节：包括参数选择，传感器及其固定方法，测点位置的选择，仪器选择以及分析参数的选择等等,4,振动三要素 (振 动 是 向 量 ) 1. 幅值 2. 频率 3. 相位,5,振动时域波形,6,快速傅里叶变化 FFT,7,振动监测中的一些技术细节要点,快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform) 早在19世纪早期/18世纪晚期由法国数学家傅里叶 ( Baron Joseph Jean Baptiste Fourier) 研究出来 数学算法把一个复杂的函数分解成一系列简单的正弦和余弦波,8,振 动 信

3、号 的 采 集 与 处 理,快 速 傅 里 叶 分 析 (FFT) 原 理,幅值,时域,频域,合成波,分解的波,用频谱图表示,9,振动监测中的一些技术细节要点,正弦波,方波,三角波,脉冲,10,振动监测中的一些技术细节要点,幅值调制的结果 载频就是中心频率，也就是故障频率 两侧的边带频率都是以载频为对称轴，以调制频率等间隔的分布的,1XRPM,轴承内环故障频率BPFI,11,滤 波 问 题,高通滤波,低通滤波,带通滤波,带阻滤波,未滤波的原始信号,滤波后的信号,滤 波 器,滤 波 器,滤 波 器,滤 波 器,滤 波 器,12,振动参数 振动位移 振动速度 (国际标准和国家标准推荐通常采用的参数

4、) 振动加速度,13,振动参数 1. 峰值(Peak) 2. 峰峰值(Peak-Peak) 3.有效值(RMS),14,周 期,峰 值 ， 峰- 峰 值,平 均 值,有 效 值,上限,中性位置,下限,振动加速度尖峰,振动速度尖峰,时间,周期,振动位移 峰-峰,15,正弦波的有效值，峰值，峰峰值与平均值之间关系： 有效值=0.707X峰值=1.11X平均值 峰值=1.414X有效值=1.57X平均值 平均值=0.637X峰值=0.90X有效值 峰峰值=2X峰值 峰值因子=峰值/有效值(适用于任何变量),16,当量烈度轮廓,力 指 示 器,疲 劳 指 示 器,应 力 指 示 器,对 数 频 率,对

5、 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 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,高频区域,低 频 段,高 频 段,中 频 段,17,振 动 位 移,振 动 加 速 度,力,疲 劳,应 力,振动速度,对 数 频 率,对 数 频 率,1Hz 10Hz 100Hz 1KHz 10KHz,振动比较图,18,振动监测中的一些技术细节要点,简 谐 振 动 位 移 ， 速 度和

6、 加 速 度 三 者 关 系 d=d0sin(2ft) 振 动 位 移 v=d0( 2f)cos(2ft) =v0cos(2ft) 振动速度 a= - d0(2f)sin(2ft)=a0sin(2ft) 振 动 加 速 度 G=加 速 度 /g 其 中： d0 振 动 位 移 峰 值 D 振 动 位 移 峰 峰 值 f 振 动 频 率(赫 兹 ) g=9.80665米 /秒,19,振动监测中的一些技术细节要点,v0=6.28Xfd0=3.14Xfd(米 /秒， 峰 值) v0=1.560XG/f (米 /秒， 峰 值) d0=0.2484XG/f (米 ， 峰 值 ) G=2.013f D(其

7、 中 ： D单 位 为 米 ， 峰 峰 值 ) f=1/T (赫兹),简 谐 振 动 位 移 ， 速 度 和 加 速 度 三 者 之 间 换 算 关 系,20,振动监测中的一些技术细节要点,简 谐 振 动 位 移 ， 速 度和 加 速 度 三 者 关 系,振动加速度a0 振动速度v0 振动位移d0 振动加速度a0 1 (2f)V0 (2f) d0 振动速度V0 a0/ (2f) 1 (2f)d0 振动位移d0 a0 / (2f) V0 / (2f) 1,21,振动监测中的一些技术细节要点,振动传感器 1.振动加速度传感器 2.振动速度传感器 2.1压电式(实质是振动加速度传感器) 2.2磁电式

8、振动速度传感器 3.振动位移传感器(电涡流式),22,振动监测中的一些技术细节要点,23,振动监测中的一些技术细节要点,压电晶体式振动加速度传感器结构原理,声学屏蔽罩,预载螺栓,基础,固定螺栓孔,内置电荷放大器(ICP),电气接头,地震质量,压电晶体材料,24,振动监测中的一些技术细节要点,非接触式振动位移传感器或电涡流式位移传感器 用以测量轴相对于滑动轴承的运动(留有很大空间供产生油膜用) 直流电压测量间隙 交流电压就是振动信号,非接触式电涡流式传感器,25,振动监测中的一些技术细节要点,电涡流式振动位移传感器的工作原理,轴,非接触式传感器探头,非接触式传感器,振荡器,检波器,直流间隙信号,

9、交流振动信号,间隙,传感器线圈,磁场,26,振动监测中的一些技术细节要点,电涡流式传感器的标定曲线,信号传感器输出电压 (伏),间隙-(X25.4)微米 (1密尔=25.4微米),灵敏度系数 7.87毫伏/微米,27,振动监测中的一些技术细节要点,振动加速度传感器的频响特性,10 赫兹,27K 赫兹,频率,振动幅值,5K 赫兹,高频振动区域,常规振动区域,5赫兹,低频振动区(通常需要使用专用的低频加速度传感器),振动加速度传感器固定自振频率Fn,可用的频率范围为传感器固定自振频率Fn的约50%,10K 赫兹,普通振动传感器 不宜使用的高频振动区域,1K 赫兹,ISO和 GB规 定 的 振 动

10、烈 度 测 量 频 率 范 围,28,振动监测中的一些技术细节要点,振动加速度传感器固定自振频率和最高可用频率,螺栓固定,振动加速度传感器的固定,最高可用频率(赫兹),固定自振频率(赫兹),胶粘结固定,螺栓固定在稀土磁铁座上,固定在快速连接螺栓固定上,用2英寸长探杆手持固定,没有观察,16250,9000,7500,6000,800,31887,12075,10150,1475,可用的频率范围为传感器固定自振频率Fn的约50%,29,振动监测中的一些技术细节要点,关键因素 : 固定的自振频率 可用的频率范围为传感器固定自振频率Fn的约50%,振动传感器固定方式的影响,螺纹固定 磁铁座固定 手持

11、探杆固定 胶粘结固定,30,振动监测中的一些技术细节要点,振动加速度传感器固定对频响的影响,31,振动监测中的一些技术细节要点,振动加速度传感器固定对频响的影响,32,振动监测中的一些技术细节要点,仪器频率响应特性,4赫兹,0. 5赫兹,33,绝对振动(瓦振) 相对振动(轴振),34,电涡流式传感器 在滑动轴承内对准轴,非 接 触 式 传 感 器,轴,轴 承,绝对振动,相对振动,35,非 接 触 式 电 涡 流 振 动 位 移 测 量 系 统,分析仪器,信号传感器,非接触式位移传感器,与传感器有关的间隙(典型的),延长电缆,双芯或四芯电缆提供(24伏)直流电源操作信号传感器和传输返回间隙电压及

12、振动信号,根据美国石油协会(API)标准规定：轴承中传感器的位置，从驱动端向被驱动端看，位于垂直方向右边的传感器定为水平方向(X通道)，左边的为垂直方向(Y通道)。不管轴的旋转方向。,Y通道(垂直),X通道(垂直),上,左,右,下,从驱动端看,电涡流式位移传感器,滑动轴承,垂直传感器(Y通道),水平传感器(X通道),轴承的真实垂直方向,Y通道,轴承的真实垂直方向,X通道,左,左,上,上,下,下,右,右,轴的实际垂直运动,轴承的真实水平方向,示波器显示的轴心轨迹,智力转换一角度以显示与实际运动方位一致的轴心轨迹,36,机 械 振 动 标 准 分 类,仪器系统标准 API670 API678,IS

13、O10817 ISO2945,判断应用标准 ISO7919 ISO10816,ISO13373(草 案) ISO13373(草 案),振 动 总 量 标 准,振 动 故 障 诊 断,轴 振 动 轴 承 座 ， 机 壳 振 动,API611， 612， ,相 对 振 动 绝 对 振 动,37,机器振动测量和评价的有关标准目录,1. 相对振动标准 ISO7919-15 非往复式机器的机械振动-在旋转轴上的测量和评价 第一部分 总则 (GB/T11348.1-89) 第二部分 陆地安装的大型汽轮发电机组 (GB/T11348.2-1997) 第三部分 耦合的工业机器 (GB/T11348.3) 第四

14、部分 燃气轮机组 (GB/T11348.4) 第五部分 水力发电厂和泵站机组 2.绝对振动标准ISO10816-16 机械振动-在非旋转部件上测量和评价机器振动 第一部分 总则 第二部分 陆地安装的功率超过50MW的大型汽轮发电机组 第三部分 额定功率大于15KW额定转速在120 15000转/分在现场测量的工业机器 第四部分 不包括航空器类的燃气轮机组 第五部分 水力发电厂和泵站机组 第六部分 额定功率超过100KW的往复式机器,38,机器振动测量和评价的有关标准,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

15、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 专用机组宽带振动准则,39,机器振动测量和评价的有关标准,ISO10816-2：50MW以上大型汽轮发电机组振动速度评定区域边界,40,机器振动测量和评价的有关标准,ISO10816-3：300KW以上50MW以下大型机组振动烈度区域分类,41,机器振动测量和评价的有关标准,ISO10816-3：15KW-300KW中型机器振动烈度区域分类,42,机器振动测量和评价的有关标准,ISO10816-3：15KW以上泵振动烈度区域分类,43,机器振动测量和评价的有关标准,ISO10816-4：燃气

16、轮机轴承座振动速度评价区域,44,机器振动测量和评价的有关标准,ISO10816-4：大型发电机,45,机器振动测量和评价的有关标准,ISO10816-4：50MW以下压缩机和发电机振动速度和振动位移评价区域,46,机器振动测量和评价的有关标准,ISO10816-6往复式机器振动分类和指导值,区域说明：A-新使用机器的振动区域；B-通常可接受的常期工作的机器振动区域；C-通常不能令人满意的长期工作的机器振动区域；D-振动值落在这个区域的，其振动足以能损坏机器。注：在机器使用寿命内，往复式机器振动值比旋转机器更稳定。因此，表中混合的A和B区域，在将来随着经验的积累，可以提供A和B之间的区分指导值

17、。 较好的测量系统应提供综合的振动位移，振动速度，振动加速度，在10赫兹到1000赫兹范围内，精度+/-10%，在2赫兹到10赫兹范围内，精度+10%，-20%的均方根值,47,十七类46种机械和电气故障的特征谱、特征时域信号和相位关系供诊断参考,48,第一类、质量不平衡 1.力不平衡(静不平衡) 2.力偶不平衡 3.动不平衡 4.悬臂转子不平衡第二类、转子偏心 第三类、轴弯曲 第四类、不对中1.联轴器角向不对中 2.联轴器平行不对中 3.滚动轴承偏斜地固定在轴上,49,第 五 类 共 振 第 六 类 机 械 松 动 1.A型 松 动 2.B型 松 动 3.C型松 动第 七 类 转 子 摩 擦

18、 第 八 类 滑 动 轴 承 故 障 1.磨 损 或 间 隙 故 障 2.油 膜 涡 动 3.油 膜 振 荡,50,第 九 类 、滚 动 轴 承 故 障 1.保 持 架 故 障 2.滚 动 体 故 障 3.外 环 故 障 4.内 环 故 障第 十 类 、流 体 动 力 机 械 故 障 1.叶 片 通 过 频 率 2.紊 流 3.气 穴,51,第 十 一 类 、齿 轮 故 障 1.齿 轮 负 载 2.齿 轮 偏 心 和 齿 轮 侧 隙 反 弹 3.齿 轮 不 对 中 4.齿 断 或 齿 裂 5.齿 轮 组 合 状 态 问 题 6.齿 轮 摆 动 故 障 7.齿 轮 轴 承 松 动第 十 二 类

19、、交 流 电 动 机 故 障 1.定 子 偏 心 ， 铁 芯 片 短 路 或 松 动 2.转 子 偏 心 (动 偏 心 ) 3.转 子 故 障 (断 条 等 ) 4.相 位 故 障 (接 头 松 动 ),52,第十三类、交流同步电动机(定子线圈松动)第十四类、直流电动机及其控制故障1.电枢绕组开裂，接地故障或系统调谐故障 2.起动卡故障或保险丝烧断 3.可控硅整流器(SCR)故障，控制卡断路，接头松动，保险丝烧断 4.比较器卡故障 5.断路电流通过滚动轴承故障第十五类、皮带传动故障 1.皮 带 磨 损 或 不 匹 配 2.皮 带 轮 偏 心 3.皮 带 共 振第十六类、拍振 第十七类、机器软脚

20、及与之相关的共振,53,第 一类 质 量 不 平 衡,54,力 不 平 衡,径 向,55,1.1 力 不 平 衡 力 不 平 衡 是 同 相 位 和 稳 定 的 。 不 平 衡 产 生 的 振 动 幅 值 在 转 子 第 一 阶 临 界 转 速 以 下 随 转 速 的 平 方 增 大 ( 例 如 ， 转 速 升 高 3倍 ， 则 振 动 幅 值 增 大 9 倍)。 总 是 存 在 1 转 速 频 率 ， 并 且 通 常 在 频 谱 中 占 优 势 。 在 转 子 重 心 平 面 内 只 用 一 个 平 衡 修 正 重 量 便 可 修 正 之 。 在 内 侧 轴 承 与 外 侧 轴 承 水 平

21、方 向 及 内 侧 轴 承 与 外 侧 轴 承 垂 直 方 向 的 相 位 差 应 该 接 近 0度 。 不 平 衡 转 子 的 每 个 轴 承 上水 平 方 向 与 垂 直 方 向 的 相 位 差 应 该 接 近 90 度。,56,径 向,力 偶 不 平 衡,57,1.2 力 偶 不 平 衡 力 偶 不 平 衡 在 同 一 轴 上 导 致 180 度 反 相 位 运 动 。 总 是 存 在 1 转 速 频 率 ， 并 且 通 常 在 频 谱 上 占 优 势 。 在 转 子 第 一 临 界 转 速 以 上 ， 振 动 幅 值 随 转 速 升 高 的 平 方 增 大 。 可 引 起 大 的 轴

22、向 振 动 和 径 向 振 动 。 至 少 需 在 两 个 修 正 平 面 内 放 置 平 衡 重 量 才 能 修 正 。 在 内 侧 轴 承 与 外 侧 轴 承 水 平 方 向 及 内 侧 轴 承 外 侧 轴 承 垂 直 方 向 应 该 存 在 约 180 度 相 位 差 。 每 个 轴 承 上 水 平 方 向 与 垂 直 方 向 之 间 相 位 差 通 常 应 该 约为 90 度 ( 30 度 )。,58,径 向,动 不 平 衡,59,1.3 动 不 平 衡 动 不 平 衡 是 不 平 衡 的 最 普 遍 的 类 型 ， 它 是 力 不 平 衡 和 力 偶 不 平 衡 两 者 的 组 合

23、。 振 动 频 谱 中 1 转 速 频 率 占 优 势 ， 真 正 需 要 双 面 修 正 。 内 侧 轴 承 与 外 侧 轴 承 之 间 径 向 方 向 的 相 位 差 可 能 在 从 0 度 到 180 度 范 围 内 的 任 何 一 个 角 度 。 然 而 ，当 内 侧 轴 承 与 外 侧 轴 承 测 量 比 较 时 ( 30 度 ) ， 水 平 方 向 的 相 位 差 应 该 精 密 地 与 垂 直 方 向 的 相 位 差 相 匹 配 。 还 有 ， 如 果 不 平 衡 突 出 ， 每 个 轴 承 上 水 平 方 向 与 垂 直 方 向 之 间 的 相 位 差 大 致 为 90 度 (

24、 40 度 )。,60,轴 向 和 径 向,悬 臂 转 子 不 平 衡,61,1. 4 悬 臂 转 子 不 平 衡 悬 臂 转 子 不 平 衡 在 轴 向 方 向 和 径 向 方 向 引 起 大 的 1 转 速 频 率 振 动 。 轴 向 方 向 振 动 趋 向 于 同 相 位 ， 而 径 向 方 向 振 动 可 能 不 稳 定 。 然 而 ， 不 平 衡 转 子 上 水 平 方 向 的 相 位 差 通 常 与 垂 直 方 向 的 相 位 差 相 匹 配 ( 30 度 )。 悬 臂 转 子 有 力 不 平 衡 和 力 偶 不 平 衡 两 者 ， 似 乎 每 一 种 都 需 要 修 正 。 因

25、此，总 是 必 需 要 在 两 个 修 正 面 内 加 以 修 正 重 量 ， 以 抵 消 力 不 平 衡 和 力 偶 不 平 衡。,62,第 二 类 转 子 偏 心,63,径 向,转 子 偏 心,风 机,电 动 机,64,2. 偏 心 的 转 子 皮 带 轮 ， 齿 轮 ， 轴 承 和 电 动 机 框 架 等 旋 转 中 心 与 几 何 中 心 线 偏 离 时 出 现 偏 心 。 最 大 的 振 动 出 现 在 两 个 转 子 中 心 连 线 方 向 上 ， 振 动 频 率 为 偏 心 转 子 的 1 转 速 频 率 。 水 平 方 向 和 垂 直 方 向 振 动 相 位 差 或 是 0 度

26、 或 是 180 度 (每 一 种 都 表 示 直 线 运 动 )。 平 衡 偏 心 的 转 子的 试 图 往 往 导 致 一 个 方 向 振 动 减 小 ， 而 另 一 个 径 向 方 向的 振 动 增 大 (与 偏 心 量 有 关 )。,65,第 三 类 轴 弯 曲,66,轴 向,弯 曲 的 轴,67,3. 弯 曲 的 轴 弯 曲 的 轴 引 起 大 的 轴 向 振 动 ， 同 一 台 机 器 上 轴 向 振 动 相 位 差 趋 向 于 180 度 ， 如 果 弯 曲 接 近 轴 的 中 部 ， 占 优 势 的 振 动 出 现 在 1 转 子 转 速 频 率 ， 如 果 弯 曲 接 近 力

27、 偶 ， 则 占 优 势 的 振 动 出 现 在 2 转 速 频 率 (如 果 您 改 变 传 感 器 的 方 向 的 话，应 该 仔 细 考 虑 每 次 轴 向 测 量 时 振 动 传 感 器 的 方 位)。 用 千 分 表 证 实 轴 的 弯 曲 。,68,第 四 类不 对 中,69,轴 向,角 向 不 对 中,70,4. 1 角 向 不 对 中 角 向 不 对 中 的 特 征 是 轴 向 振 动 大 ， 联 轴 器 两 侧 振 动 相 位 差 180 度 。 典 型 地 出 现 在 1 转 速 频 率 和 2 转 速 频 率 的 大 的 轴 向 振 动 。 然 而 ， 不 常 见 1 转

28、 速 频 率 ， 2 转 速 频 率 或 3 转 速 频 率 占 优 势 。 这 些 征 兆 也 指 示 联 轴 器 故 障 。 严 重 的 角 向 不 对 中 可 激 起 1 转 速 频 率 的许 多 阶 谐 波 频 率 。 与 机 械 松 动 不 一 样 ， 这 些 转 速 谐 波 频 率 典 型 地 在 频 谱 上 都 没 有 升 高 的 噪 声 地 平 。,71,径 向,平 行 不 对 中,72,4. 2 平 行 不 对 中 平 行 不 对 中 的 振 动 征 兆 类 似 于 角 向 不 对 中 ， 但 是 ， 径 向 方 向 振 动 大 ， 并 且 联 轴 器 两 侧 振 动 相 位

29、 差 接 近 180 度 。 2 转 速 频 率 振 动 往 往 大 于 1 转 速 频 率 振 动 ， 联 轴 器 的 类 型 和 结 构 决 定 2 转速 频 率 振 动 相 对 于 1 转 速 频 率 振 动 的 高 度 。 角 向 不 对 中 或 平 行 不 对 中 严 重 时 ， 可 在 较 高 谐 波 频 率 (4 到 8 转 速 频 率 谐 波 ) 处 出 现 大 的 振 动 ， 甚 至 出 现 类 似 于 机 械 松 动 时 出 现 的 完 整 系 列 的 高 频 谐 波 。 当 不 对 中 严 重 时 ， 联 轴 器 的 类 型 和 材 料 往 往 对 整 个 频 谱 有 很

30、 大 的 影 响 。 典 型 地 没 有 提 高 的 噪 声 地 平 。,73,轴 向,不 对 中 的 滚 动 轴 承 卡 在 轴 上,相 位,相 位 差 180 度,74,4.3 不 对 中 的 滚 动 轴 承 卡 在 轴 上 不 对 中 的 滚 动 轴 承 卡 在 轴 上 时 将 产 生 明 显 的 轴 向 振 动 。 将 引 起 同 一 轴 承 座 上 顶 部 与 底 部 振 动 相 位 差 约 180 度 的 轴 向 振 动 及 左 侧 与 右 侧 振 动 相 位 差 约 180 度 的 轴 向 振 动 。 对 准 联 轴 器 或 平 衡 转 子 都 不 能 缓 解 此 故 障 。 通

31、 常 ， 必 须 卸 下 轴 承 并 重 新 正 确 安 装 。,75,第 五 类 共 振,76,共 振,幅 值,相 位,77,共 振,第 一 阶 临 界 转 速,第 二 阶 临 界 转 速,78,5. 共 振 强 迫 振 动 频 率 与 系 统 的 自 然 频 率 一 致 时 出 现 共 振 ， 使 振 动 幅 值 急 剧 放 大 ， 导 致 过 早 损 坏 或 灾 难 性 破 坏 。 这 可 能 是 转 子 的 自 然 频 率 ， 也 常 常 起 源 于 支 承 框 架 ， 基 础 ，齿 轮 箱 或 甚 至 传 动 皮 带 。 如 果 转 子 处 在 或 接 近 共 振 ， 由 于 很 大

32、 的 相 位 漂 移 ， 几 乎 不 可 能 平 衡 掉 (共 振 时 相 位 漂 移 为 90 度 ， 通 过 共 振 时 相 位 漂 移 接 近 180 度 )。 往 往 需 要 提 高 或 降 低 自 然 频 率 来 改 变 自 然 频 率 。 自 然 频 率 通 常 不 随 转 速 变 化 ， 这 一 点 有 助 于 识 别 自 然 频 率 (除 非 在 大 型 平 面 轴 颈 轴 承 机 器 或 在 有 明 显 悬 臂 的 转 子 上 )。,79,第 六 类 机 械 松 动,80,径 向,A 型 机 械 松 动,底 板,A 型,机 器 地 脚,混 凝 土 基 础,81,6. 1 A型

33、 松 动 这 种 频 谱 是 机 器 底 脚 ， 底 板 或 基 础 的 结 构 松 动 / 减 弱 引 起 的 ， 或 者 由 基 础 上 恶 化 的 水 泥 浆 ， 松 动 的 地 脚 螺 栓 ， 或 者 框 架 或 者 基 础 变 形 ( 即软 脚 ) 引 起 的 。 相 位 分 析 可 以 揭 示 在 螺 栓 或 机 器 底 脚 与 基 础 底 板 或 基 础 本 身 垂 直 方 向 测 量 之 间 的 相 位 差 约 90 度 到 180 度 。,82,径 向,B 型 机 械 松 动,B 型,83,6. 2 B 型 松 动 这 种 频 谱 通 常 是 由 螺 栓 松 动 ， 框 架

34、结 构 或 轴 承 座 裂 纹 引 起 的 。,84,C 型 机 械 松 动,C 型,85,6. 3 C 型 松 动 这 种 频 谱 通 常 是 由 零 部 件 之 间 配 合 不 良 引 起 的 ， 由 于 松 动 的 零 部 件 对 转 子 的 动 态 力 产 生 非 线 性 的 响 应 ， 所 以 ， 将 产 生 许 多 谐 波 频 率 。 引 起 时 域 波 形 截 断 和 在 频 谱 中 提 高 噪 声 地 平 。 C 型 松 动 往 往 是 由 轴 承 衬 套 在 其 盖 内 松 动 ， 轴 承 松 动 和 在 轴 上 旋 转 ， 滑 动 轴 承 或 滚 动 轴 承 间 隙 过 大

35、 ， 叶 轮 在 轴 上 松 动 等 引 起 的 。 C型 松 动 的 振 动 相 位 往 往 是 不 稳 定 的 ， 这 一 次 测 量 到 下 一 次 测 量 可 能 变 化 很 大 ， 尤 其 是 如 果 转 子 在 轴 上 的 位 置 从 这 一 次 起 动 到 下 一 次 起 动 漂 移 的 话 。 机 械 松 动 往 往 是 非 常 定 向 的 ， 在 一 个 轴 承 座 的 径 向 方 向 每 隔 30 度 测 量 的 振 动 值 完 全 不 同 。 而 且 ， 松 动 往 往 引 起 精 确 的 1/2 或 1/3 转 速 频 率 的 亚 谐 波 频 率 (0. 5 X， 1.

36、 5X ， 2. 5X 等 等 )。,86,第 七 类 转 子 摩 擦,87,转 子 摩 擦,截 断 ， 削 平 的 波 形,径 向,共 振,88,7. 转 子 摩 擦 当 旋 转 件 与 静 止 件 相 接 触 时 ， 转 子 摩 擦 产 生 类 似 于 机 械 松 动 产 生 的 频 谱 。 摩 擦 可 能 是 局 部 的 ， 也 可 能 是 整 个 转 子 一 周 都 摩 擦 。 通 常 ， 产 生 一 系 列 频 率 ， 往 往 激 起 一 个 或 多 个 共 振 。 根 据 转 子 自 然 频 率 的 位 置 ， 常 常 激 起 转 速 的 整 分 数 倍 亚 谐 波 频 率 ( 1

37、/ 2 ， 1/ 3 ， 1/ 4 ， 1/ 5 ， 1/12 等 ) 。 转 子 摩 擦 可 激 起 许 多 高 频 (类 似 于 粉 笔 在 黑 板 上 拖 动 时 产 生 的 宽 带 噪 声 )。 如 果 轴 与 巴 氏 合 金 相 接 触 引 起 摩 擦 时 ， 它 可 能 非 常 严 重， 非 常 短 促 。整 个 轴 圆 周 全 部 角 度 摩 擦 可 产 生“ 反 进 动 ” ， 即 转 子 以 临 界 转 速 频 率 回 转 ， 但 是 ， 方 向 与 轴 的 旋 转 方 向 相 反 (可 导 致 灾 难 性 破 坏 的 固 有 的 不 稳 定 )。,89,第 八 类 滑动轴承

38、故障,90,径 向,噪 声 地 平 说 明 间 隙 过 大 / 松 动,滑动轴承磨损 / 间隙过大,91,8.1 滑 动 轴 承 磨 损 故 障 或 间 隙 故 障 滑 动 轴 承 磨 损 后 期 的 证 据 通 常 是 出 现 一 个 完 整 的 系 列 的 转 速 频 率 谐 波 (直 到 10 阶或 20 阶 ) 。 破 碎 的 滑 动 轴 承 常 产 生 比 水 平 方 向 振 动 大 的 垂 直 方 向 的 振 动 ， 也 可 能 只 有 1 转 速 频 率 的 一 个 明 显 的 尖 峰 。 间 隙 过 大 的 滑 动 轴 承 可 让 小 的 不 平 衡 ， 不 对 中 引 起 大

39、 的 振 动 ， 如 果 轴 承 间 隙 调 整 达 到 规 定 的 要 求 ， 则 振 动 很 小 。,92,径 向,油 膜 涡 动 不 稳 定,93,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上图所示。油膜的平均周

40、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速度之半。据统计，约为0.400.48X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。, 回转频率,/2, 回转频率,94,8. 2 油 膜 涡 动 不 稳 定 油 膜 涡 动 不 稳 定 出 现 在( 0.40 到 0. 48 ) 转 速 频 率 范 围 内 ， 常 常 十 分 严 重 。 当 振 动 幅 值 超 过 轴 承 间 隙 的 百 分 之 四 十 时 ， 认 为 振 动 过 大 。 油 膜 涡 动 是 油 膜 激 起 的 振 动 ， 正

41、 常 工 作 状 态 的 偏 移 (姿 态 角 和 偏 心 率 ) 使 油 楔 “ 推 ” 轴 在 轴 承 内 作 环 绕 运 动 。 旋 转 方 向 不 稳 定 的 力 导 致 涡 动 ( 或 正 进 动 ) 。 油 膜 涡 动 是 不 稳 定 的 ， 因 为 它 增 大 离 心 力 ， 离 心 力 增 大 涡 动 力。 可 使 油 膜 不 再 能 支 承 轴 ， 并 且 ， 当 涡 动 频 率 与 转 子 自 然 频 率 一 致 时 ， 变 得 不 稳 定 。 改 变 滑 油 粘 度， 润 滑 油 压 力 和 外 部 预 载 ， 可 能 会 影 响 油 膜 涡 动 。,95,油 膜 振 荡

42、 不 稳 定,油 膜 涡 动,油膜振荡,质 量 不 平 衡,临 界 转 速,转 子 转 速,频 谱 图 表 明 当 轴 转 速 通 过 第 二 阶 临 界 转 速 时 油 膜 涡 动 变 为 油 膜 振 荡 不 稳 定,频 率,96,油膜振荡不稳定,随 着 转 子 转 速 的 提 高 ， 油 膜 涡 动 的 频 率 也 提 高 ， 两 者 保 持 一 个 近 乎 不 变 的 恒 定 比 ， 即 约 为 0.5 。 但 是 ， 当 转 子 回 转 频 率 约 为 其 一 阶 弯 曲 临 界 转 速 的 两 倍 时 ， 随 着 转 子 转 速 的 提 高 ， 涡 动 频 率 将 保 持 不 变 ，

43、 而 且 等 于 该 转 子 一 阶 弯 曲 临 界 转 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,97,8. 3 油 膜 振 荡 不 稳 定 如 果 机 器 处 在 或 高 于 2 转 子 自 然 频 率 运 转 时 ， 可 能 出 现 油 膜 振 荡 。 转 子 进 入 两 倍 临 界 转 速 时 ， 油 膜 涡 动 频 率 将 非 常 接 近 临 界 转 速 频 率 ，引 起 过 大 的 振 动 ， 油 膜 可 能 不 再 具 有 支 承 能 力 。 涡 动 速 度 实 际 将“ 锁 定 ” 在 转 子 临 界 转 速 ， 虽 然 机 器 转

44、速 愈 升 愈 高 ， 但 是 ， 这 个 尖 峰 不 能 通 过 它 ， 产 生 以 转 子 临 界 转 速 频 率 的 横 向 正 进 动 亚 谐 波 振 动 。 这 是 一 种 可 导 致 灾 难 性 破 坏 的 固 有 的 不 稳 定 的 振 动 。,98,第 九 类 滚动轴承故障,99,滚动轴承术语,接触角,滚动体直径,内环跑道,内环,保持架,外环,外环跑道,内径,外径,磁铁座固定的振动加速度计,滚动轴承术语,平均直径,100,6-77,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

45、,锥 形 滚 棒 轴 承,单 列,双 列,101,滚动轴承故障发展过程的四阶段,通常约百分之八十至九十的轴承寿命,1,2,3,4,1,X,2,3,4,阶段轴承剩余寿命的百分之十至二十,阶段轴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,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

46、得出的频率,102,滚动轴承故障发展的四个阶段,第一阶段 ：滚动轴承故障初始阶段 第二阶段 ：滚动轴承轻微故障阶段 第三阶段 ：滚动轴承宏观故障阶段 第四阶段 ：滚动轴承故障最后阶段,103,滚动轴承故障四种类型频率,第一种 频 率： 随机的，超声频率 - 振动尖峰能量( gSE )，高频加速度( HFD)和冲击脉冲( SPM )； 第二种频率： 轴承零部件的自振频率 - 在500到2000赫兹频率范围内，与转速无关 ； 第三种频率：旋转的故障频率 - 轴承的内环故障(BPFI)，外环 故障(BPFO)，滚动体故障(BSF)和保持架故障(FTF)； 第四种频率：和频与差频 - 轴承的若干故障频

47、率之间及与其它 振源频率之间相加或相减 注 ： BPFI-Inner race defect frequency 内环故障频率 BPFO-Outer race defect frequency 外环故障频率 BSF-Rolling element defect frequency滚动体故障频率 FTF-Cage defect frequency保持架故障频率,104,滚动轴承四种故障频率,滚 动 轴 承 保持架故 障 频率：FTF 滚动轴承滚动体旋转故障频率： BSF 滚动轴承外环故障频率：BPFO 滚动轴承内环故障频率：BPFI,注 ： BPFI-Inner race defect freq

48、uency 内环故障频率 BPFO-Outer race defect frequency 外环故障频率 BSF-Rolling element defect frequency滚动体故障频率 FTF-Cage defect frequency保持架故障频率,105,滚动轴承故障频率计算(1),滚动轴承保持架故障频率： FTF=(1/2)N1+（d/D）Cos +Ni 1-（d/D）Cos 滚动轴承滚动体旋转故障频率： BSF=(1/2)(D/d) |No-Ni| 1-(d/D)Cos 滚动轴承外环故障频率： BPFO=(1/2)n |No-Ni| 1-(d/D)Cos 滚动轴承内环故障频率：

49、 BPFI=(1/2)n |Ni- No| 1+(d/D)Cos 以上符号： d=滚动体直径； D=滚动轴承平均直径(滚动体中心处直径)； =径向方向接触角； n=滚动体数目； No=轴承外环角速度； Ni=轴承内环角速度(=轴转速). 注：1.滚动轴承没有滑动；2.滚动轴承几何尺寸没有变化；3.轴承外环和轴承内环都旋转.,106,滚动轴承故障频率计算(2),滚 动 轴 承 保持架故 障 频率： FTF=(N/2)1-（d/D）Cos 滚动轴承滚动体旋转故障频率： BSF=(N/2)(D/d)1-(d/D)Cos 滚动轴承外环故障频率： BPFO=(N/2)n1-(d/D)Cos 滚动轴承内环

50、故障频率： BPFI=(N/2)n1+(d/D)Cos 以上符号： d=滚动体直径； D=滚动轴承平均直径(滚动体中心处直径)； =径向方向接触角； n=滚动体数目； N=轴的转速。 注：1.滚动轴承没有滑动；2.滚动轴承几何尺寸没有变化；3.轴承外环固定不旋转.,107,滚动轴承故障频率计算(3)-经验公式,滚动轴承外环故障频率： BPFOr0.4Nn 滚动轴承内环故障频率： BPFIr0.6Nn 滚 动 轴 承 保持架故 障 频率： FTFr0.4N 以上符号： n=滚动体数目； N=轴的转速。 注：1.滚动轴承没有滑动；2.滚动轴承几何尺寸没有变化；3.轴承外环固定不旋转.4.当滚动体数

51、目在 6 至 12 范围内时以上公式计算结果很精确,108,滚动轴承故障频率计算(4)-估算公式,滚动轴承外环故障频率： BPFOeN(0.5n-1.2) 滚动轴承内环故障频率： BPFIeN(0.5n+1.2) 滚动轴承滚动体故障频率： BSFeN(0.2n-1.2/n) 滚动轴承保持架故障频率： FTFeN(0.5-1.2/n) 以上符号： n=滚动体数目； N=轴的转速。 注： 1.滚动轴承没有滑动；2.滚动轴承几何尺寸没有变化；3.轴承外环固定不旋转. 4.当滚动体数目在 6 至 12 范围内时以上公式计算结果很精确,109,滚动轴承故障频率之间的关系,滚动轴承外环故障频率与滚动轴承内

52、环故障频率之和等于转速与滚动体数目之乘积 ： BPFO +BPFT= n 滚动轴承外环故障频率除以滚动体数目得的商等于滚动轴承保持架故障频率： BPFO / n =FTF 以上符号： n=滚动体数目； N=轴的转速。 注： 1.滚动轴承没有滑动；2.滚动轴承几何尺寸没有变化；3.轴承外环固定不旋转. 4.当滚动体数目在 6 至 12 范围内时以上公式计算结果很精确,110,振动尖峰能量gSE技术,疲劳微裂纹在轴承滚道表面以下约0.127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. 000

53、1524 毫 米,111,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F

54、FT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 ),振动尖峰能量gSE技术,112,振动尖峰能量gSE检测电路的特性,5KHZ,65KHZ,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 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。,振动尖峰能量gSE技术,113,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。,振动尖峰能量gSE的信号处理框图,振 动 原 始 信 号,高 频 带 通 滤 波 器,峰 峰 检