机械设备振动故障诊断(图解：15类39个机械振动故障及其特征频谱)

Posted 2023-05-29

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机械设备振动故障诊断(图解：15类39个机械振动故障及其特征频谱)

导读
今天分享一下15类常见的振动故障及其特征频谱：不平衡、不对中、偏心转子、弯曲轴、机械松动、转子摩擦、共振、皮带和皮带轮、流体动力激振、拍振、偏心转子、电机、齿轮故障、滚动轴承、滑动轴承。

一、不平衡

不平衡故障症状特征：

振动主频率等于转子转速
径向振动占优势
振动相位稳定
振动随转速平方变化
振动相位偏移方向与测量方向成正比

1力偶不平衡

力偶不平衡症状特征：

同一轴上相位差180°
存在1X转速频率而且占优势
振动幅值随提高的转速的平方变化
可能引起很大的轴向及径向振动幅值
动平衡需要在两个修正面内修正

2悬臂转子不平衡

悬臂转子不平衡症状特征：

径向和轴向方向存在1X转速频率
轴向方向读数同相位，但是径向方向读数可能不稳定
悬臂转子经常存在力不平衡和力偶不平衡两者，所以都需要修正

二、不对中

1角向不对中

角向不对中症状特征：

特征是轴向振动大
联轴器两侧振动相位差180°
典型地为1X和2X转速大的轴向振动
通常不是1X，2X或3X转速频率占优势
症状可指示联轴器故障

2平行不对中

平行不对中症状特征：

大的径向方向相位差180°的振动严重不对中时，产生高次谐波频率
2X转速幅值往往大于1X转速幅值，类似于角向不对中的症状
联轴器的设计可能影响振动频谱形状和幅值

3装斜的滚动轴承

装斜的滚动轴承症状特征：

振动症状类似于角向不对中
试图重新对中联轴器或动平衡转子不能解决问题
产生相位偏移约180°的侧面
对侧面或顶部对底部的扭动运动

三、偏心转子

偏心转子症状特征：

在转子中心连线方向上最大的1X转速频率振动
相对相位差为0°或180°
试图动平衡将使一个方向的振动幅值减小，但是另一个方向振动可能增大

四、弯曲轴

弯曲轴症状特征：

弯曲的轴产生大的轴向振动
如果弯曲接近轴的跨度中心，则1X转速频率占优势
如果弯曲接近轴的跨度两端，则2X转速频率占优势
轴向方向的相位差趋向180°

五、机械松动

1机械松动(A)

机械松动 (A) 症状特征：

机器底脚结构松动引起的
基础变形将产生“软底脚”问题
相位分析将揭示机器的底板部件之间垂直方向相位差约180°999999999999999999999999999999999

2机械松动(B)

机械松动(B)症状特征：

由地脚螺栓松动引起的
可能产生0.5X、1X、2X和3X转速频率振动时，由裂纹的结构或轴承座引起的

3机械松动(C)

机械松动(C)症状特征：

相位经常是不稳定的
将产生许多谐波频率

六、转子摩擦

转子摩擦症状特征

振动频谱类似于机械松动
通常产生一系列可能激起自激振动的频率
可能出现转速的亚谐波频率振动
摩擦可能是部分圆周或整圆周的

七、共振

共振症状特征：

当强迫振动频率与自振频率一致时，出现共振
轴通过共振时，相位改变180°，系统处于共振状态时，将产生大幅值的振动

八、皮带和皮带轮

1皮带共振

皮带共振症状特征：

如果皮带自振频率与驱动转速或被驱动转速频率一致，则可能出现大幅值的振动
改变皮带张力可能改变皮带的自振频率

2皮带磨损、松动或不匹配

皮带磨损、松动或不匹配症状特征：

往往2X转速频率占优势
振动幅值往往是不稳定的，有时是脉冲、频率或是驱动转速频率，或是被驱动转速频率
齿形皮带磨损或不对中，将产生齿轮皮带频率大幅值的振动
皮带振动频率低于驱动转速或被驱动转速频率

3偏心皮带轮

偏心皮带轮症状特征：

偏心或不平衡的皮带轮，将产生1x转速频率的大幅值的皮带轮振动
在皮带一致方向上的振动幅值最大
试图动平衡偏心皮带轮要谨慎

4皮带/皮带轮不对中

皮带/皮带轮不对中症状特征：

皮带轮不对中将产生1X转速频率的大幅值的轴向振动
电动机上振动幅值最大的往往是风机转速频率

九、流体动力激振

1叶片通过频率

流体动力激振症状特征：

如果叶片与壳体之间的间隙不均匀，叶片通过频率 (BPF) 振动的幅值可能很高
如果摩擦环卡在轴上，可能产生高幅值的叶片通过频率 (BPF) 振动
偏心的转子可能产生幅值过大的叶片通过频率 (BPF) 振动

2流体紊流

流体紊流症状特征：

在风机中，由于流道内气流的压力变化或速度变化，往往会出现气流紊流流动
将产生随机的，可能在0到30赫兹频率范围的低频振动

3气穴

气穴症状特征：

气穴将产生随机的，叠加在叶片通过频率( BPF) 上的高频宽带能量振动
通常说明进口压力不当
如果任凭气穴现象存在，将可能导致叶轮的叶片腐蚀和泵壳体腐蚀
声音听起来像砂石经过泵的声音

十、拍振

拍振症状特征：

拍振是两个频率非常接近的振动同相位和反相位合成的结果
宽带谱将显示为一个尖峰上下，波动本身在宽带谱上存在两个尖峰的频率之差就是拍频

十一、偏心转子

电源频率FL（中国为50赫兹=3000转/分）
极数P
转子条通过频率Fb=转子条数*转子转速
同步转速NS=2XFL/P
滑差频率FS=同步转速-转子转速

1定子偏心、绝缘短路和铁芯松动

定子偏心、绝缘短路和铁芯松动症状特征：

定子问题产生高幅值的电源频率，二倍 (2FL) 电磁振动
定子偏心产生不均匀的气隙，其振动的单向性非常明显
软底脚可能导致定子偏心

2同步电动机

同步电动机症状特征：

同步电动机的定子线圈松动产生
高幅值的线圈通过频率振动
线圈通过频率两侧将伴随1X转速频率的边带

3电源相位故障

电源相位故障症状特征：

相位问题将引起二倍电源频率
(2FL)伴有 (1/3) FL的边带
如果不修正电源故障，二倍电源频率 (2FL) 的电磁振动幅值可能超过25毫米/秒峰值
如果电源接头局部故障只是偶尔接触故障

4偏心转子

偏心转子症状特征：

偏心转子产生旋转的、可变的气隙，它产生脉冲振动
经常要求进行细化谱分析，以分离二倍电源频率 (2F) 与旋转转速的谐波频率

5转子断条

转子断条症状特征：

旋转转速及其谐波频率两侧伴随极通过频率(Fp)边带说明转子断条故障
在转子条通过频率(RBPF)两侧，伴随二倍电源频率(2FL)边带说明转子条松动
往往是转子条通过频率(RBPF)的二倍( 2XRBPF)和三倍 (3XRBPF )幅值很高，而转子条通过频率(RBPF)的基频 (1XRBPF)的幅值很小

十二、直流电机

直流电动机故障症状特征：

利用可控硅整流器频率 (SCR) 高于正常的幅值可检测直流电动机故障
这些故障包括：绕组线圈断裂，保险丝和控制板故障，可产生1X到5X电源频率的高幅值振动

十三、齿轮故障

正常状态频谱：

正常状态频谱显示1X和2X转速频率和齿轮啮合频率GMF
齿轮啮合频率GMF通常伴有旋转转速频率边带
所有的振动尖峰的幅值都较低，没有自振频率

1齿载荷的影响

齿载荷的影响症状特征：

齿轮啮合频率往往对载荷很敏感
高幅值的齿轮啮合频率GMF未必说明齿轮有故障
每次分析都应该在最大载荷下进行

2齿磨损

齿磨损症状特征：

激起自振频率同时伴有磨损齿轮的1X转速频率的边带说明齿磨损
边带是比齿轮啮合频率GMF更好的磨损指示
当齿轮的齿磨损时齿轮啮合频率的幅值可能不变

3齿轮偏心和侧隙游移

齿轮偏心和侧隙游移症状特征：

齿轮啮合频率GMF两侧较高幅值的边带说明，齿轮偏心侧隙游移和齿轮轴不平行
有故障的齿轮将调制边带
不正常的侧隙游移通常将激起齿轮自振频率振动

4齿轮不对中

齿轮不对中症状特征：

齿轮不对中总是激起二阶或更高阶的齿轮啮合频率的谐波频率，并伴有旋转转速频率边带
齿轮啮合频率基频(1XGMF)的幅值较小，而2X和3X齿轮啮合频率的幅值较高
为了捕捉至少2XGMF频率，设置足够高的最高分析频率Fmax很重要

5断齿/裂齿

断齿/裂齿症状特征：

断齿或裂齿将产生该齿轮的1X转速频率的高幅值的振动
它将激起自振频率振动，并且在其两侧伴有旋转转速基频边带
利用时域波形最佳指示断齿或裂齿故障
两个脉冲之间的时间间隔就是1X转速的倒数

6齿磨损

摆动的齿症状特征：

摆动的齿轮的振动是低频振动，经常忽略它

十四、滚动轴承

1滚动轴承故障发展的第一阶段

滚动轴承故障发展的第一阶段症状特征：

超声波频率范围 (>250K赫兹) 内的最早的指示，利用振动加速度包络技术（振动尖峰能量gSE）可最好地评定频谱

2滚动轴承故障发展的第二阶段

滚动轴承故障发展的第二阶段症状特征：

轻微的故障激起滚动轴承部件的自振频率振动
故障频率出现在500-2000赫兹范围内
在滚动轴承故障发展第二阶段的末端，在自振频率的左右两侧出现边带频率

3滚动轴承故障发展的第三阶段

滚动轴承故障发展的第三阶段症状特征：

出现滚动轴承故障频率及其谐波频率
随着磨损严重出现故障频率的许多谐波频率，边带数也增多
在此阶段，磨损可以用肉眼看见，并环绕轴承的圆周方向扩展

4滚动轴承故障发展的第四阶段

滚动轴承故障发展的第四阶段症状特征：

离散的滚动轴承故障频率消失，被噪声地平形式的宽带随机振动取代之
朝此阶段末端发展，甚至影响1X转速频率的幅值
事实上，高频噪声地平的幅值和总量幅值可能反而减小

十五、滑动轴承

1油膜振荡不稳定性

油膜振荡症状特征：

如果机器在2X转子临界转速下运转，可能出现油膜振荡
当转子升速到转子第二阶临界转速时，油膜涡动接近转子临界转速，过大的振动将使油膜不能支承轴
油膜振荡频率将锁定在转子的临界转速。转速升高，油膜涡动频率也不升高

2油膜涡动不稳定性

油膜涡动症状特征：

通常出现在旋转转速的42-48%频率范围内
有时，振动幅值非常大油膜涡动是固有地不稳定的，因为它增大离心力，所以增大涡动力

3滑动轴承磨损/间隙故障

滑动轴承磨损/间隙故障症状特征：

滑动轴承磨损故障后阶段将产生幅值很大的旋转转速频率的谐波频率振动
当存在过大的滑动轴承间隙时，很小的不平衡或不对中将导致很大幅值的振动

-End-

☞来源：鹰眼研究、化工707
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