振动分析参考中心

振动分析参考中心一、 不平衡1、静态不平衡特征：径向IX波峰（垂直或水平方向上）。如果机器失去平衡我们将得到频率等于转速的正弦时域波形，在转速频率（IX）处有一个高峰。最简 单的不平衡模型是将转动轴的重心简化到一个点。这种不平衡称为静态不平衡，因为即使是在旋转体 不旋转的情况下也能够表现出来，如果将其放在没 有摩擦的轴承中间，重心位置将自动回转到最低位 置。静态不平衡将会在旋转轴的两个承载轴承上产 生一个1X频率的作用力，作用于两个轴承上的作用 力的方向总是相同。从这两个轴承上采集到的振动IImbaance (static)x111: I I I 1 23斗56789 1UOrders图 1.1 静态不平衡信号同相。2、偶不平衡特征：径向1X波峰（垂直或水平方向上）。Imbalance (couple)如果机器出现不平衡我们将得到频率等于旋转 速度的正弦时域波形，频谱上在转速频率（IX）处 会产生一个高峰。一个旋转体如果存在偶不平衡， 就有可能形成静态平衡（放置在无摩擦的轴承上旋 转体看起来好象刚好平衡）。但当旋转体发生旋转的 时候，就会在它的两个承载轴承上产生离心作用力 并且它们的相位相反。图 1.2 偶不平衡3、垂直安装的机器图 1.3 垂直安装的机器特征：径向1X波峰（水平方向上）。当在径向（水平或切线方向）测量时，频谱又 将显示出强一倍频（IX）波峰。为了从泵的不平衡 中分离出马达不平衡，可能需要将两者拆解开来， 单独使马达旋转，检测其 1X 频谱。如果 1X 处的振 幅依然很高，那么故障就出在马达上，否则故障就 出在泵上面。4、悬吊式机器图 1.4 悬吊式机器特征：轴向和径向上高强度1X波峰（垂直或水 平方向上）。在外悬或悬臂式机器中，可以检测到在水平、 垂直和轴向上的高幅1X振动。我们能够检测到高幅 1X 振动是因为不平衡使轴发生弯曲，使得轴承座在 轴向发生移动。常见的悬吊式旋转体有短联轴器泵 轴向排风的风扇和小型涡轮机。二、 不对中 1、平行不对中 特征：径向2X波峰，径向IX低幅波峰（垂直或水平方向上）。 如果不对中轴的中心线平行但不共线，这样的不对中称为平行不对中（或相离不对中）。平行不对中 在各个轴的联结端产生剪切应力和弯曲变形。联轴器 两端的轴承，会在径向（垂直和水平方向上）上产生 高强度的1X和2X振动。在多数情况下，2X处的幅度 要高于IX。对于单纯的平行不对中，轴向上1X和2X 处的振幅都很小。沿联轴器检测到的振 动在轴向和径向上异相，并且轴向上的相位差为 180 度。图 2.1 平行不对中2、轴线角度不对中特征：轴向1X波峰，轴向2X低幅波峰，径向1X低幅波峰。 如果不对中的两个轴相交于一点但相互不平行， 这样的不对中称为轴线角度不对中。轴线角度不对中 会在轴上产生一个弯曲作用，在频谱上显示为高强度 的1X振动和在两端的轴承上的少量轴向2X振动。还 会有相当强的径向（水平和垂直方向上）1X和2X振 动，但是这些振动都是同相的。振动在轴向上相位差 为 180 度，而径向上同相。图 2.2 轴线角度不对中3、滚动轴承特征：在次同步频率出现波峰（带有谐波）。滚动轴承故障遵循典型模式，轴承会发出高频的尖叫声。现在主要的诊断工具有HFD、峰值能量、SEE 等。解调（包络线检测）和“峰值”也可以用来诊断 轴承故障。随着故障的发展，在频谱上的显示也会随 之发生变化。在不同步频率（如 3.9X、 6.45X 等）处 将出现波峰，并通常伴有谐波以及1X或保持架频率的 边频带。有四个重要的激振频率：球过内圈频率（BPI）, 球过外圈频率（BPO），保持架频率（FT）和球旋转频 率（BS）。激振频率的四个参数：球直径、球数、节径Parallel misalignmentX2 Ilx i i i 1 i i i i 1 n012-3 斗 56 了 El 910OrdersAngular misalignmentIX2X一n3x1 I0123一.2PPHi I 1 n斗5Orders特征：在1X和100/120 Hz附近出现极通边频带偏心转子在转子和定子间形成旋转变换的空气 流，产生了一个波动的振动源。你可以看到有二倍行 频存在，同时在二倍行频和1X波峰附近会有极通边频 带出现。极通频率等于滑差频率乘以极数，滑差频率 是机器的实际转速与同步速度之差。图 7.2 偏心转子3、转子弯曲Thermal rotor bowIX-.!pe1 i 11 i 1 i 1 i 1 i 1 i 1 i 1 i 1 n匚I123斗5Orders特征：径向1X波峰由于转子铜条电流的影响，使转子上受热不均 匀，导致转子出现倾斜或者弯曲。转子弯曲将导致不 平衡出现，并显示出不平衡的所有特征。如果这些现 象在转子冷却时不存在的话，就可以肯定存在这样的 问题。电动机局部受热情况严重的话，还可能会导致 损坏的铜条熔化。4、转子铜条断裂特征：在IX和其谐波附近出现极通边频带 转子铜条断裂会在1X及其谐波（2X, 3X等等）附近产生极通频率边频带。你将会看到出现非常复杂 的频谱，IX谐波及其附近的“裙状”极通边频带。极 通频率等于滑差频率乘以极数，滑差频率等于机器的 实际转速与同步速度之差。转子铜条损坏的感应电动 机将在电动机的二倍滑差频率处产生缓慢变化的振 动信号。这种现象被称为拍击，通常可以在测量的时 候听到。敲打的频率和振幅取决于电动机的负载（因 为它影响到滑差频率）。电动机电流分析对于分析转Cracked rotor bars 124X3斗5Orders图 7.4 转子铜条断裂子铜条的故障是非常有用的。5、转子铜条松动特征：转子铜条通过频率附近100/120 Hz边频带 如果存在转子铜条松动，转子铜条通过频率附近 将会出现波峰（100或120 Hz），即便你不知道转子 铜条的数量，如果你看到一个附有两倍行频边频带的 高频振动，你就可以基本判断有这类故障的存在。 转子铜条通过频率=转子铜条数x转速Loose rotor barsIXRBF 2xLFJ一.2PPHIl I图 7.5 转子铜条松动6、转子松动Loose rotor on the shaft2I 1 i 1 i 1 i 1 n345Orders特征：高强度的1X波峰及其谐波 有时转子会在轴上发生滑动，通常由于温度的 影响，这将会产生高幅的1X振动和谐波。载荷或电 压的突变都会引发这种振动。图 7.6 转子松动7、转子绕组松动图 7.7 转子绕组松动特征：径向100/120 Hz处高强度波峰如果电动机的定子绕组存在即便是很小的松 动，都会引起二倍行频处的振动幅度增加。这种情 况下的破坏是非常大的，可能会擦伤金属线的绝缘 层，导致电路短路和定子损坏。8、叠片短路图 7.8 叠片故障9、联接松动特征：径向 100/120 Hz 处高强度波峰 直流电动机的转子和定子都是由很多互相隔离 的叠片构成。如果叠片出现短路，会引起局部过热 导致叠片发生翘曲。叠片短路还会引起二倍行频处 的高强度振动。由此引发的弯曲变形会使 1X 处的振 动水平上升，经常会出现极通边频带。极通频率等 于滑差频率乘以极数，滑差频率是机器的实际转速 和同步速度的差值。Phasing - loose connectors1 1 i 1 i 1 i 1 i 1 i 1 n2 345Orders特征： 100/120 Hz 处高幅峰波并有 33/40 Hz 的边 频带由于连接松动而导致的相位问题可以引起二倍行频（100或120 Hz）处的高强度振动，同时还有 1/3 行频的边频带（33 或 40 Hz）。图 7.9 联接松动八、 变速箱分析1、齿轮啮合特征：径向100/120 Hz处的波峰通常会在轴的转速频率和齿轮啮合频率处出现波峰，但是幅值不高。可能会出现2X波峰，并且在齿 轮啮合频率附近有轴转速频率的边频带。对于直齿轮主要的振动是在径向，斜齿轮主要的振动是在轴向。啮合频率=齿数x轴的转速；输出转速=输入转 速 x 主动轮齿数/被动轮齿数时域波形分析对于变速箱时是很有用的，因为 在时域波形中你可以看到每个齿啮合对应的脉冲。 通常你可以通过研究时域波形得到齿数。根据故障 的特征，齿轮每旋转一转就可以看到一个脉冲，而 脉冲的幅值有大有小。Gearbox analysis (tooth wear)IX ix Pinion Gear mesh亍1GM,I t,1t |I tUr 1246i rri r 181U 121416i1118 20Orders图 8.1 齿轮啮合2、齿磨损特征：齿轮啮合频率附近的1X边频带 当齿轮的齿开始发生磨损的时候，会发生两件 事情，第一件是齿轮啮合频率处边频带的幅值升高 而边频带的振幅决定于齿轮的转速。第二件事情是 将出现齿轮固有频率的振动，固有频率振动也会有 边频带产生，并且它有很宽的基频。齿轮啮合频率=齿数x轴的转速；10i81 1 I 1 r2 46o121 斗 lh-11 n182 UOrders图8.2齿磨损输出速度=输入速度x主动轮齿数/被动轮齿数3、齿负载图 8.4 齿轮啮合侧隙Gearbox analysis (misalignment)2GM3JMI I I丨丨I JU 斗 S 12 lb 202428323 b 40OrdersGM特征：齿轮啮合频率谐波附近的 1X 边频带 不对中齿轮会在啮合频率处产生带有边频带的 啮合频率振动，但是有啮合频率的谐波是很常见的 在二倍和三倍啮合频率处谐波的蜂值还比较高。因 此，设置较高的频率范围（Fmax），使所有要测量的 频率都能看到，是很重要的。齿轮啮合频率=齿数 x 转速；图 8.5 齿轮不对中输出速度=输入速度x主动轮齿数/被动轮齿数特征：齿轮啮合频率处高强度波峰 齿轮啮合频率处振幅的大小决定于带动这个齿 轮的轴的对中程度和齿轮上的载荷。齿轮啮合频率 处的有波峰并不一定意味着存在故障。齿轮啮合频率=齿数 x 轴的转速；输出转速=输 入转速 x 主动轮齿数/被动轮齿数图 8.3 齿负载4、齿轮啮合侧隙 特征：啮合频率附近的 1X 边频带 齿轮啮合侧隙会在啮合频率附近产生轴转速频 率边频带，当存在这个问题的时候，齿轮啮合侧隙 波峰和齿轮的固有频率波峰将随着载荷的增加而减 弱。齿轮反抗频率=齿数 x 轴的转速；输出速度=输入速度x主动轮齿数/被动轮齿数5、齿轮不对中6、齿轮破裂或折断特征：径向高强度的IX波峰；齿轮固有频率；啮合频率处的IX边频带图 8.6 齿轮破裂或折断轮齿发生破裂或折断会在齿轮的旋转频率处将产生高强度振动，导致齿轮共振。在齿轮的旋转频率处 会产生边频带。然而，最好的方法是观察破裂或折 断的轮齿的时域波形，如果齿轮有12个齿，那其中 一个齿的波形就会和其他不同。脉冲的时间间隔等 于齿轮的旋转周期（齿上一固定点重复啮合的时间 差）。齿轮啮合频率=齿数 x 轴的转速；输出速度=输 入速度 x 主动轮齿数/被动轮齿数7、追逐齿频率特征：追逐齿频和 2XHT追逐齿频率是一个齿轮的一个齿与另外一个齿轮的某一特定齿相啮合的频率。如果齿轮传动比是整 数（例如 1，2，3）追逐齿频率就等于大齿轮的转速，每旋转一周相同的齿轮会啮合一次。这会在齿轮对 上引起不均匀的磨损，一个齿上出现的庇点由于与另一个齿上的同一个齿反复啮合，使得那个齿也发生磨 损。在实践中，追逐齿频率被用来检测大齿轮和 小齿轮的故障，故障可能是在制造或者安装的过 程中产生的。通常是一个很低的频率，你可以听 到齿轮箱里的“轰鸣”声。一对齿轮的追逐齿频 率是齿轮啮合频率被两个齿轮齿数的最小公倍数 平分得到。一般情况下，两齿轮齿数的图 8.7 追 逐 齿 频 率最小公倍数是两齿轮齿数的乘积。8、联轴器Coupling (non-parallel face)IX2X丨 23斗5h1111 17 s y luOrders特征：IX和2X波峰如果联轴器没有准确对中，例如法兰盘端面不 平行，在振动频谱上显示出与轴线角度不对中类似 的显示。图 8.8 齿轮啮合侧隙九、 带传动系统1、皮带磨损特征：皮带速度频率处的边频带 如果皮带发生磨损或者松动，你会皮带速度频率 处看到波峰和谐波。当有两个槽轮的时候，最高能产 生二倍皮带速度频率（2BR）的波峰。主要的激振频率 是“带频”或者“基带通过频率”。带频是指皮带上的 一个点通过一个固定参考点的频率。通常带频要低于 任何一个带轮的旋转频率。带频的计算方法如下： 从动轮转速=主动轮转速 x 主动轮直径/从动轮直径 带频=PI x槽轮的转速x槽轮直径/带长图 9.1 皮带磨损其中： PI=3.14162、偏心槽轮特征：径向高强度的1X波峰 偏心槽轮将产生一个很强的径向 1X 波峰， 特别是在平行于带的方向上。这种情况是十分常 见的，和不平衡差不多。这种情况可以通过移除 皮带进行检测。在另一个槽轮上也能检测到这样 的1X振动。Worn belts2BRBR IX血1 i 11 i 1 i 1 i 1 i 1 i 1 i 1 i 1 n0123斗5OrdersEccentricity:IX FanIX Motor一但 pel1 1 i 1 i 1 i 1 n2 3Orders3、槽轮不对中Misaligned sheavesIX5x特征：轴向高强度的IX波峰槽轮不对中会产生高强度的1X振动，主要在轴 向上。在这样的情况下，你会在轴向上看到皮带频 率的谐波。11 i 1 i 1 i 1 i 1 i 1 i 1 i 1 i 1 n0123 斗 5 自 V E； 910Orders图 9.3 齿轮啮合侧隙4、皮带共振图 9.4 齿轮啮合侧隙特征：径向高强度的1X波峰如果皮带的固有频率和主动槽轮或被动槽轮的 转速吻合，带的共振会引起很高的振幅。皮带的固 有频率可以通过改变皮带的长度或皮带的张紧力来 进行调整。