振動及頻譜分析基礎(chǔ)培訓(xùn)

1、振動的基礎(chǔ)知識及振動測量振動的基礎(chǔ)知識及振動測量n狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷概述狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷概述n簡諧振動三要素簡諧振動三要素n振動波形振動波形n頻率分析和頻譜圖頻率分析和頻譜圖n旋轉(zhuǎn)機械振動測量框圖旋轉(zhuǎn)機械振動測量框圖n傳感器及其選用傳感器及其選用n基頻分量幅值和相位的測量基頻分量幅值和相位的測量n旋轉(zhuǎn)機械的振動圖示旋轉(zhuǎn)機械的振動圖示n定轉(zhuǎn)速：波形圖、頻譜圖、定轉(zhuǎn)速：波形圖、頻譜圖、 軸心軌跡軸心軌跡n變轉(zhuǎn)速：波德圖和極坐標(biāo)圖、三維頻譜圖、坎貝爾圖、變轉(zhuǎn)速：波德圖和極坐標(biāo)圖、三維頻譜圖、坎貝爾圖、軸心位置圖軸心位置圖n典型機械故障特征及頻譜圖典型機械故障特征及頻譜圖n現(xiàn)場動平衡原理現(xiàn)場動平衡原

2、理n診斷實例診斷實例n在設(shè)備運行運行中或在基本不拆卸基本不拆卸的情況下，n通過各種手段，掌握設(shè)備運行狀態(tài)掌握設(shè)備運行狀態(tài)，n判定產(chǎn)生故障的部位和原因故障的部位和原因，n并預(yù)測、預(yù)報設(shè)備未來的狀態(tài)。什么是狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷？什么是狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷？_是防止事故和計劃外停機的有效手段。_是設(shè)備維修的發(fā)展方向。簡易診斷和精密診斷簡易診斷和精密診斷狀態(tài)監(jiān)測（簡易診斷）狀態(tài)監(jiān)測（簡易診斷） 內(nèi)容：n識別有無故障n明確故障嚴(yán)重程度n作出故障趨勢分析由設(shè)備維修人員在現(xiàn)場進行故障診斷（精密診斷）故障診斷（精密診斷） 內(nèi)容：n確定故障部位n確定故障原因n提出維修建議由設(shè)備診斷人員在現(xiàn)場或中心進行狀態(tài)監(jiān)測和故障

3、診斷的過程狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的過程檢測縮小故障范圍狀態(tài)判別搜集征兆定期檢測故障定位原因分析維修決策趨勢分析正常參數(shù)開始尚可正常不可異常狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的作用狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的作用監(jiān)測與保護監(jiān)測與保護 監(jiān)測機器工作狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)故障及時報警，并隔離故障。 分析與診斷分析與診斷 判斷故障性質(zhì)、程度和部位。分析故障原因。 處理與預(yù)防處理與預(yù)防 給出消除故障的措施。防止發(fā)生同類故障。停產(chǎn)一天的損失有多大？停產(chǎn)一天的損失有多大？300MW發(fā)電機組 損失電720萬kWh，約￥144萬元30萬噸化肥裝置 損失化肥1000t， 約￥150萬元三峽2號水輪機組700MW 停機4小時損失￥400萬元先進維修制度的

4、作用先進維修制度的作用 保證機器精度，提高產(chǎn)品質(zhì)量 減少意外停車引起的生產(chǎn)損失 防止事故，杜絕災(zāi)難性故障 減少維修時間和維修費用（人力和財力） 改善環(huán)境，改善企業(yè)形象投資獲得最大和最長遠(yuǎn)的回報投資獲得最大和最長遠(yuǎn)的回報國家有關(guān)的條例摘錄國家有關(guān)的條例摘錄 逐步采用現(xiàn)代故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，發(fā)展以狀態(tài)監(jiān)測為基以狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)的預(yù)知維修體制礎(chǔ)的預(yù)知維修體制。 1983年國家經(jīng)委國營公交設(shè)備管理試行條例 企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極采用先進的設(shè)備管理方法和維修技術(shù)，采用以設(shè)以設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)的設(shè)備維修方法備狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)的設(shè)備維修方法，不斷提高設(shè)備管理和維修技術(shù)的現(xiàn)代化水平。 1987年國務(wù)院全民所用制公交設(shè)備

5、管理條例監(jiān)測和診斷的各種手段監(jiān)測和診斷的各種手段 振動：振動：適用于旋轉(zhuǎn)機械、往復(fù)機械、軸承、齒輪等。 溫度（紅外）：溫度（紅外）：適用于工業(yè)爐窯、熱力機械、電機、電器等。 聲發(fā)射：聲發(fā)射：適用于壓力容器、往復(fù)機械、軸承、齒輪等。 油液（鐵譜）油液（鐵譜） ：適用于齒輪箱、設(shè)備潤滑系統(tǒng)、電力變壓器等。 無損檢測：無損檢測：采用物理化學(xué)方法，用于關(guān)鍵零部件的故障檢測。 壓力：壓力：適用于液壓系統(tǒng)、流體機械、內(nèi)燃機和液力耦合器等。 強度：強度：適用于工程結(jié)構(gòu)、起重機械、鍛壓機械等。 表面：表面：適用于設(shè)備關(guān)鍵零部件表面檢查和管道內(nèi)孔檢查等。 工況參數(shù)：工況參數(shù)：適用于流程工業(yè)和生產(chǎn)線上的主要設(shè)備等

6、。 電氣：電氣：適用于電機、電器、輸變電設(shè)備、電工儀表等。xn振幅振幅 A (Amplitude) 偏離平衡位置的最大值。描述振動的規(guī)模。n頻率頻率 f (Frequency) 描述振動的快慢。單位為次/秒(Hz) 或次/分(c/min) 。 周期周期 T = 1/f 為每振動一次所需的時間，單位為秒。 圓頻率圓頻率 = 2 f 為每秒鐘轉(zhuǎn)過的角度，單位為弧度/秒n初相角初相角 (Initial phase) 描述振動在起始瞬間的狀態(tài)。簡諧振動的三要素簡諧振動的三要素 什么是振動？什么是振動？ 振動傳感器安裝在軸承座上，傳感器將拾取振動信號，并將此振動信號通過電纜線傳入到振動分析儀，如上圖所示

7、，這個在機器軸承座上測量振動的過程可模型化為一個質(zhì)量塊懸掛在彈簧上。在沒有力的作用之前，它一直保持靜止處于平衡位置處。 振動就是機器或機器零件從其平衡位置所做的往復(fù)運動。振動有三個重要的可測量的參數(shù)：幅值、頻率、相位。圖1 質(zhì)量塊位于平衡位置且沒有任何力的作用什么是振動什么是振動 當(dāng)有一個作用力施加在質(zhì)量塊上時，如向上托起質(zhì)量塊，如圖二所示，質(zhì)量塊向上運動，彈簧在這個力的作用下被壓縮。圖2 質(zhì)量塊被一個向上的力激勵 一旦這個質(zhì)量塊達到上部極限位置時，撤除作用力，質(zhì)量塊開始下落。質(zhì)量塊將下落通過平衡位置而繼續(xù)向下運動到它的下部極限位置處如圖三所示。圖3 撤除作用力后質(zhì)量塊的響應(yīng)什么是振動？什么是

8、振動？ 當(dāng)質(zhì)量塊達到下部極限位置時，它將停止向下運動，而再次改變方向通過平衡位置處移動到上部極限位置；然后停止而再返回到下部極限位置。 如果將一只鉛筆固定在這個作往復(fù)運動的質(zhì)量塊上，然后將記錄帶靠近它，這時質(zhì)量塊的振動響應(yīng)就會被記錄下來。圖4 對施加的激勵力連續(xù)響應(yīng)圖5 在恒速運動的記錄紙上記錄質(zhì)量塊的振動什么是振動？什么是振動？什么是振動頻率？什么是振動頻率？ 考察上圖可見，在記錄紙上畫出的振動軌跡是一條有一定幅值的、比較標(biāo)準(zhǔn)的正弦曲線。由振動的周期（T）可以計算出振動的頻率。如下圖所示：頻率的單位是用CPM或用Hz表示（1Hz60 CPM）。圖6 振動波形的位移和頻率什么是振動相位？什么是

9、振動相位？ 振動相位是一個振動部件相對于機器的另一個振動部件在某一固定參考點處的相對移動。也就是說振動相位是某一位置處的振動運動相對于另一位置處的振動運動，對所發(fā)生位置變化程度的度量。振動相位是一個很有用的設(shè)備故障診斷工具。如下圖所示，給出了兩個彼此同相位振動的系統(tǒng)，即兩個振動系統(tǒng)以零度相位差運動。圖9 兩個同相位振動的質(zhì)量塊振動系統(tǒng)什么是振動相位？什么是振動相位？ 圖10給出了，兩個相位差為90度的振動系統(tǒng)，即#2質(zhì)量塊超前#1質(zhì)量塊1/4周（或90度）運動，或#1質(zhì)量塊相對滯后#2質(zhì)量塊90度。 圖11給出了同樣的兩個質(zhì)量塊，相位差為180度時的振動情況，在任何時刻，#1質(zhì)量塊向下運動的同

10、時，#2質(zhì)量塊向上運動。圖10兩個相差90度相位角振動的質(zhì)量塊系統(tǒng)圖11 兩個相差180度相位角振動的質(zhì)量塊系統(tǒng)什么是振動相位？什么是振動相位？ 振動相位是以角度為單位，通常是利用頻閃燈或光電頭測量得到。下圖給出了，振動相位與機器振動間的關(guān)系。 在左側(cè)圖中，機器上的軸承1和軸承2之間的振動相位差為0度（同相振動），而在右側(cè)圖中的機器，軸承1和軸承2之間的振動相位差為180度（反相振動）。圖12 振動相位與機器振動間的關(guān)系什么是振動位移？什么是振動位移？ 位移就是質(zhì)量塊運動的總的距離，也就是說當(dāng)質(zhì)量塊振動時，位移就是質(zhì)量塊上、下運動有多遠(yuǎn)。位移的單位可以用m 表示。進一步可以從振動位移的時間波形

11、推出振動的速度和加速度值。圖7 從振動時間波形中了解振動速度什么是振動速度？ 振動速度是質(zhì)量塊在振蕩過程中運動快慢的度量。質(zhì)量塊在運動波形的上部和下部極限位置時，其速度為0，這是因為質(zhì)量塊在這兩點處，在它改變運動方向之前，必須停下來。質(zhì)量塊的振動速度在平衡位置處達到最大值，在此點處質(zhì)量塊已經(jīng)加速到最大值，在此點以后質(zhì)量塊開始減速運動。振動速度的單位是用mm/s來表示。什么是振動加速度？什么是振動加速度？ 振動加速度被定義為振動速度的變化率，其單位是用有多少個g來表示。在海平面處1.0g9.8m/s2。由下圖可見加速度最大值處是速度值最小值的地方，在這些點處質(zhì)量塊由減速到停止然后再開始加速。圖8

12、 從振動時間波形中了解振動加速度 當(dāng)一個機器的軸承座振動時，由于它連續(xù)不斷地在前后運動中改變運動速度，所以它經(jīng)受著力的加速作用。速度的變化率越大，也就是加速度值越大，施加在機器上的作用力也就越高。振動位移、速度、加速度之間的關(guān)系振動位移、速度、加速度之間的關(guān)系 )2sin(ddtAtxv)sin(dd222tAtxatAx sinn振動位移振動位移 (Displacement)n速度速度 (Velocity)n加速度加速度 (Acceleration) l位移、速度、加速度都是同頻率的簡諧波。l三者的幅值相應(yīng)為A、A、A 2。l相位關(guān)系：加速度領(lǐng)先速度90; 速度領(lǐng)先位移90。xvaxva什么

13、時候使用位移、速度或加速度？什么時候使用位移、速度或加速度？ 當(dāng)對機器振動進行分析時，重要的一點是盡可能多地收集到有關(guān)該機器的資料（如軸承類型和型號、每根軸的精確轉(zhuǎn)速、齒輪的齒數(shù)、葉輪的葉片數(shù)等）。不了解這些信息資料將會影響振動分析的準(zhǔn)確性。振動幅值是是振動分析中經(jīng)常使用的重要振動參數(shù)之一，它于機器存在的潛在故障問題的嚴(yán)重程度成正比，并且它也是顯示機器狀態(tài)的首選參數(shù)之一。振動幅值的測量類型可以是位移、速度或加速度。但總的來說更比較常用的是速度。 通常認(rèn)為當(dāng)測量的頻率范圍在600CPM(10Hz)以下時，采用位移測量單位是很有利的。振動幅值必須有相應(yīng)的振動頻率值做補充說明才能正確評估振動的嚴(yán)重程

14、度。而只是簡單地說“1X RPM 振動是2mils是不夠的，沒有足夠的信息評價機器的狀態(tài)是好還是不好。例如，在3600 CPM轉(zhuǎn)速下振動2mils pk-pk 要比在300 CPM轉(zhuǎn)速下振動2mils pk-pk 對設(shè)備的損壞程度要大得多（見圖22）。所以，在整個頻率范圍內(nèi)，單獨使用位移值是不能對機器進行評估的。什么時候使用位移、什么時候使用位移、速度或加速度？速度或加速度？圖20水平安裝轉(zhuǎn)動機械振動位移/速度等級圖表什么時候使用位移、速度或加速度？什么時候使用位移、速度或加速度？ 加速度也有類似于位移的缺點，但它所支持的頻率范圍是高頻。加速度在評價機器振動狀態(tài)時也具有頻率依賴性。例如，在18

15、000 CPM時，2gs要比在180000 CPM（3000Hz）時的2gs振動程度要嚴(yán)重得多。 如圖21所示。加速度一般推薦應(yīng)用在，當(dāng)機器內(nèi)部所產(chǎn)生的振源頻率超過300000 CPM（5000Hz）以上的場合。這些振源包括齒輪嚙合頻率、電機籠條通過頻率、葉片通過頻率等。不要忘記，這些振源在很多情況下會產(chǎn)生多階諧頻。 而振動速度在從600至120000 CPM（102000Hz）的頻率范圍內(nèi)幾乎不存在對頻率的依賴關(guān)系。所以當(dāng)機器的振源頻率范圍是在300到300000 CPM（5到5000Hz）時，一般選擇測量振動速度。振動速度的幅值直接與機器的狀態(tài)有關(guān)，無論其頻率是在10到1670 Hz之內(nèi)何

16、處。也就說一臺轉(zhuǎn)速為1800 RPM的機器，經(jīng)歷了0.30in/sec的振動似乎于另一臺轉(zhuǎn)速為10000 RPM，振動也為0.30in/sec的機器，具有同樣的振動損壞程度。什么時候使用位移、速度或加速度？什么時候使用位移、速度或加速度？圖21水平安裝轉(zhuǎn)動機械振動加速度/速度等級圖表振動為多大時認(rèn)為超過了允許值？振動為多大時認(rèn)為超過了允許值？ 圖20是一個幾年前推出的針對一般轉(zhuǎn)動機械的典型的振動位移/速度等級圖表。振動等級被分成“GOOD”,“FAIR”,“ROUGH”等，從這個圖表可清楚地看出位移對頻率的依賴程度。例如，一個2mils的pk-pk振動位移值，在相當(dāng)?shù)念l率范圍內(nèi)其振動嚴(yán)重程度從

17、優(yōu)秀可以變化到非常嚴(yán)重。從此例中可見，為了準(zhǔn)確評價機器的振動程度必須識別出頻率的大小。（在400 CPM時，2mils的振動，機器的狀態(tài)是優(yōu)秀，而在3600 CPM時，2mils的振動，機器的狀態(tài)就變得很差。而在這張圖中振動速度只需要幅值就可以評定機器的振動程度（如，從0.157到0.314in/sec的振動，都是振動較差）。 圖21是針對振動加速度的振動等級圖。振動加速度分級也是具有頻率依賴性。如例如，在18000 CPM時，2gs的振動是處于較差的范圍內(nèi)，而在180000 CPM（3000Hz）時的2gs振動側(cè)是處于優(yōu)秀的范圍內(nèi)。振動為多大時認(rèn)為超過了允許值？振動為多大時認(rèn)為超過了允許值？

18、圖22機械振動位移、加速度、速度比較 圖22給出了振動位移、速度、加速度間的相互關(guān)系，在較寬的頻率范圍內(nèi)振動速度是平坦的，而振動位移和振動加速度都分別趨于降低和增高。注意在圖22中可以看出，具有3種相等振動級別的振動幅值關(guān)系。振動為多大時認(rèn)為超過了允許值？振動為多大時認(rèn)為超過了允許值？ 圖23給出了針對同一檢測軸承故障的時域波形圖，所進行的FFT變換（a）位移頻譜圖（b）速度譜（c）加速度譜圖23 在一臺300RPM的風(fēng)機上測量振動位移、速度、加速度的比較振動為多大時認(rèn)為超過了允許值？振動為多大時認(rèn)為超過了允許值？ 注意在每一幅頻譜圖上，頻率為300CPM處的峰值，這是工作轉(zhuǎn)速頻率（通常稱為1

19、X RPM)。然而，三個頻譜圖，從位移譜到速度譜再到加速度譜變化過程中，注意到1XRPM峰值變得越來越小。見圖23A位移譜，顯然1XRPM是占主導(dǎo)地位，而在圖23速度譜中，它只比第2或第3個峰高一點，在加速度譜中1XRPM峰值幾乎消失。 由圖23可見，振動分析師能否在他的頻譜圖中看到極其重要的軸承故障頻率，主要取決于他對測量幅值類型的選擇。至于軸承故障頻率4860CPM和9720CPM，你會注意到這個頻率在速度和加速度譜圖(圖23B和圖23C）中清楚可見，在4860CPM的左右等距離兩側(cè)存在著頻率邊帶，頻率邊帶的存在,一般說明存在軸承嚴(yán)重磨損問題，所以在頻譜圖中觀察是否有頻率邊帶的存在是很重要

20、的。需要注意的是在位移頻譜圖中可以看出，幾乎丟失了4860CPM的邊帶頻率成分，甚至連軸承的第二個特征頻率成分9720CPM也完全消失。其原因是，位移譜傾向于“放大”或強調(diào)低頻振動而壓縮高頻成分（如圖22所示）。另一方面加速度譜強調(diào)的是高頻成分，傾向于壓縮低頻成分。振動為多大時認(rèn)為超過了允許值？振動為多大時認(rèn)為超過了允許值？ 見圖22注意到，對大多數(shù)轉(zhuǎn)動設(shè)備，速度譜要比位移譜和加速度譜有著更寬的頻率使用范圍，考慮速度譜的這一特性和速度譜與振動強度的直接聯(lián)系，公認(rèn)振動速度是最好的振動測量單位（特別是當(dāng)頻率低于2000Hz時）。圖22機械振動位移、加速度、速度比較振振 動動 的的 時時 域域 波波

21、 形形 名 稱 波 形 名 稱 波 形 若干幅值參數(shù)的定義若干幅值參數(shù)的定義 n瞬時值瞬時值 (Instant value) 振動的任一瞬時的數(shù)值。n峰值峰值 (Peak value) 振動離平衡位置的最大偏離。n平均絕對值平均絕對值 (Average absolute value)n均值均值 (Mean value) 又稱平均值或直流分量。n有效值有效值 (Root mean square value) TtxTx0avd 1TtxTx0d 1TtxTx02rmsd 1xpx = x(t)正峰值負(fù)峰值平均絕對值有效值平均值峰峰值各幅值參數(shù)是常數(shù)，彼此間有確定關(guān)系F峰值峰值 xp=A; 峰峰值

22、峰峰值 xp-p=2AF平均絕對值平均絕對值 xav=0.637AF有效值有效值 xrms=0.707AF平均值平均值簡諧振動的幅值參數(shù)簡諧振動的幅值參數(shù)0 x復(fù)雜振動的幅值參數(shù)復(fù)雜振動的幅值參數(shù)各幅值參數(shù)隨時間變化，彼此間無明確定關(guān)系正峰值負(fù)峰值峰峰值xrms振動監(jiān)測的振動監(jiān)測的特征值特征值n位移峰峰值：正、負(fù)兩方向間的最大振動距離n速度有效值：振動速度的均方根值，直接反映振動的能量。一臺設(shè)備上不同位置測量的速度有效值中最大的一個稱為該設(shè)備的振動烈度振動烈度n加速度峰值：常用于評價滾動軸承和齒輪的狀態(tài)按頻帶選擇測量參數(shù)的指南傳感器常用安裝方法及特點安裝方法及可用頻率范圍(+/-3 可分貝極限

23、)優(yōu) 點缺 點鋼探桿：11000Hz鋁探桿：1700Hz附著快速手持頻率范圍有限注意手持方法磁座：12000Hz附著快速手持頻率范圍有限機器上須有鐵磁性表面該表面必須干凈螺紋連接:110000Hz可用頻率范圍寬測量重現(xiàn)性最佳需有螺孔接頭費時間磁座使用方便而性能適中，是最常用的方法磁座使用方便而性能適中，是最常用的方法磁帶記錄儀頻譜分析儀打印機存儲設(shè)備繪圖儀測量電路基頻檢測儀記錄儀數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)汽輪機齒輪增速箱壓縮機渦流傳感器速度傳感器加速度傳感器鍵相傳感器旋轉(zhuǎn)機械振動測量框圖旋轉(zhuǎn)機械振動測量框圖磁電速度傳感器磁電速度傳感器接收形式：慣性式變換形式：磁電效應(yīng)典型頻率范圍：10Hz1000Hz

24、典型線性范圍：02mm典型靈敏度 ：20mV/mm/sn測量非轉(zhuǎn)動部件的絕對絕對振動振動的速度。n不適于測量瞬態(tài)振動瞬態(tài)振動和很快的變速過程變速過程。n輸出阻抗低，抗干擾力強。n傳感器質(zhì)量較大，對小型對象有影響。n在傳感器固有頻率附近有較大的相移。典型的磁電速度傳感器及其特性典型的磁電速度傳感器及其特性壓電加速度傳感器壓電加速度傳感器接收形式：慣性式變換形式：壓電效應(yīng)典型頻率范圍：0.2Hz10kHz線性范圍和靈敏度隨各種不同型號可在很大范圍內(nèi)變化。n測量非轉(zhuǎn)動部件的絕對振絕對振動動的加速度。n適應(yīng)高頻振動高頻振動和瞬態(tài)振動瞬態(tài)振動的測量。n傳感器質(zhì)量小，可測很高振級。n現(xiàn)場測量要注意電磁場、

25、聲場和接地回路的干擾。壓電加速度傳感器的典型結(jié)構(gòu)壓電加速度傳感器的典型結(jié)構(gòu)晶體片晶體片質(zhì)量塊預(yù)緊環(huán)出線口底座出線口三角剪切型三角剪切型 中心壓縮型中心壓縮型預(yù)壓簧片三角柱壓電加速度傳感器的典型特性壓電加速度傳感器的典型特性預(yù)緊環(huán)底座質(zhì)量塊出線口晶體片渦流位移傳感器渦流位移傳感器n不接觸測量不接觸測量，特別適合測量轉(zhuǎn)軸和其他小型對象的相對位移。n有零頻率響應(yīng)零頻率響應(yīng)，可測靜態(tài)位移和軸承油膜厚度。n靈敏度與被測對象的電導(dǎo)率和導(dǎo)磁率有關(guān)。n相移很小。接收形式：相對式變換形式：電渦流典型頻率范圍：020kHz典型線性范圍：05mm典型靈敏度 ：8.0V/mm (對象為鋼)渦流位移傳感器渦流位移傳感器

26、及前置器及前置器渦流傳感器的工作原理渦流傳感器的工作原理輸出電壓 u 正比于間隙 d且與測量對象的材質(zhì)有關(guān)渦流位移傳感器的典型特性渦流位移傳感器的典型特性傳感器與轉(zhuǎn)軸之間的間隙前置器輸出電壓（直流伏）軸承振動的測點布置軸承振動的測點布置軸振動的測點布置軸振動的測點布置軸承振動與軸振動的比較軸承振動與軸振動的比較軸 承 振 動軸 振 動測量設(shè)備 傳感器易于安裝、拆卸 測定振動容易 測量設(shè)備價格較低 傳感器安裝受限制 測定振動較軸承困難 測量設(shè)備價格高性能特點 測振靈敏度?。ó?dāng)軸輕而本體剛度大時，對振動變化反映遲鈍） 有關(guān)參考資料豐富，掌握的限值范圍廣 測量設(shè)備可靠性高 測振靈敏度高（在任何情況下

27、，對振動變化反映較靈敏） 可直接測得基本界限值（如不平衡，軸內(nèi)應(yīng)力等） 界限值不通用 測量設(shè)備（特別是傳感器）可靠性低環(huán)境影響 測量結(jié)果受周圍環(huán)境的影響小 測量結(jié)果受周圍環(huán)境的影響大應(yīng)用場合 監(jiān)測機械的所有各種振動 能得到更詳細(xì)的關(guān)于轉(zhuǎn)子的振動信息，可作高精度現(xiàn)場平衡數(shù)據(jù)n基頻是轉(zhuǎn)速頻率。n基頻分量的幅值和轉(zhuǎn)子的不平衡大小不平衡大小有關(guān)。n基頻分量的相位和不平衡在轉(zhuǎn)子上的不平衡在轉(zhuǎn)子上的方位方位有直接對應(yīng)關(guān)系。旋轉(zhuǎn)機械振動的旋轉(zhuǎn)機械振動的基頻分量的幅值和相位的測量基頻分量的幅值和相位的測量鍵相與相位參考脈沖鍵相與相位參考脈沖n在轉(zhuǎn)子上布置鍵相標(biāo)記K ，在軸承座上布置鍵相傳感器K（光電式或渦流式

28、），其輸出為相位參考脈沖。n參考脈沖是測量相位的基準(zhǔn)。n參考脈沖也可用于測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。KK1轉(zhuǎn)t參考脈沖振動相位與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的關(guān)系振動相位與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的關(guān)系n從參考脈沖到第一個正峰值的轉(zhuǎn)角 定義振動相位。n振動相位與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度一一對應(yīng)。在平衡和故障診斷中有重要作用。振動信號參考脈沖n波形圖波形圖 (Wave) 時間域內(nèi)的振動波形n頻譜圖頻譜圖 (Spectrum) 組成振動的各諧波成分n軸心軌跡軸心軌跡 (Orbit) 轉(zhuǎn)軸中心的振動軌跡，由水平和鉛垂兩方向波形合成旋轉(zhuǎn)機械的振動圖示旋轉(zhuǎn)機械的振動圖示 (定轉(zhuǎn)速定轉(zhuǎn)速)波形圖、頻譜圖及軸心軌跡波形圖、頻譜圖及軸心軌跡軸心軌跡的測定軸心軌跡的測

29、定n軸心軌跡(Orbit)是診斷旋轉(zhuǎn)機械故障的有力工具。n軸心軌跡可用基頻檢測儀和示波器得到，也可以用計算機完成。n軸心軌跡陣軸心軌跡陣n波德圖與極坐標(biāo)圖波德圖與極坐標(biāo)圖 (Bode & Polar Plot) 升（降）速時，基頻幅值和相位的變化n三維頻譜圖三維頻譜圖 (Cascade)n坎貝爾圖坎貝爾圖 (Campber) 各轉(zhuǎn)速下的頻譜圖的另一種表示n軸心位置軸心位置 判定軸頸靜態(tài)工作點軸頸靜態(tài)工作點和油膜厚度油膜厚度旋轉(zhuǎn)機械的振動圖示旋轉(zhuǎn)機械的振動圖示 (變轉(zhuǎn)速變轉(zhuǎn)速)軸心軌跡陣圖軸心軌跡陣圖汽輪發(fā)電機組一個軸承在不同轉(zhuǎn)速下的軸心軌跡陣波德圖和極坐標(biāo)圖波德圖和極坐標(biāo)圖n波德圖(B

30、ode Plot)和極坐標(biāo)圖(Polar Plot)兩者所含信息相同，都表示基頻振動的幅值和相位隨機器轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。n三維頻譜圖是頻頻譜的集合譜的集合。n本圖的第三個坐標(biāo)是轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速。n本圖表明在升、降速過程中振動頻譜的變化。n第三坐標(biāo)也可是時間、工藝參數(shù)等。三維頻譜圖三維頻譜圖 （譜陣圖）（譜陣圖）本圖的第三個坐標(biāo)是時間時間(日期)，反映頻譜的趨勢。三維頻譜圖三維頻譜圖 （譜陣圖）（譜陣圖）機器轉(zhuǎn)速振動頻率坎貝爾坎貝爾(Campber)圖圖 注：圓圈直徑代表振動的大小；斜線代表諧波次數(shù)。軸心位置的測定軸心位置的測定n軸心位置可以用計算機及其外設(shè)來繪制。渦流傳感器的輸出信號動態(tài)部分靜態(tài)部分軸心

31、軌跡軸心位置間隙變化平均間隙軸心位置的變化軸心位置的變化汽輪發(fā)電機中壓缸軸承汽輪發(fā)電機中壓缸軸承n升速時軸心位置逐漸升高。n到工作轉(zhuǎn)速時，偏心率為0.66；偏位角32。屬正常。n以后數(shù)月，軸承基礎(chǔ)下沉，導(dǎo)致軸心上浮，偏心率減少，偏位角接近90。n發(fā)生了油膜振蕩。n監(jiān)測軸心位置有助于發(fā)現(xiàn)機器的故障。故障診斷的方法及故障診斷的方法及典型故障特征分析典型故障特征分析精密診斷的方法精密診斷的方法n頻譜分析法n趨勢分析法 通頻值趨勢分析、頻譜趨勢分析n時域分析法 波形分析、相關(guān)函數(shù)分析n倒頻譜分析法n模態(tài)分析法n隨機減量法其他數(shù)學(xué)方法 模式識別法 模糊診斷法 故障樹診斷法 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法 小波分析法 灰色系

32、統(tǒng)法 分形幾何法精密診斷最常用的方法精密診斷最常用的方法n頻譜分析法頻譜分析法 每種故障有其對應(yīng)的特征頻率。 據(jù)此確定機器的故障性質(zhì)和嚴(yán)重程度。n趨勢分析法、頻譜趨勢分析法趨勢分析法、頻譜趨勢分析法 根據(jù)劣化曲線，振動的通頻幅值(特征頻率幅值)隨故障的發(fā)展而增大。 據(jù)此監(jiān)視機器的健康狀態(tài)，并推測其壽命。振動信號的頻率分析振動信號的頻率分析n把振動信號中所包含的各種頻率成分各種頻率成分分別分解出來的方法。n頻率分析的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是傅里葉變換傅里葉變換和快速傅里葉算法（FFT）。n頻率分析可用頻率分析儀頻率分析儀來實現(xiàn)，也可在計算機上用軟件來完成。n頻率分析的結(jié)果得到各種頻譜圖頻譜圖，這是故障診斷的有

33、力工具。各種振動的頻譜圖各種振動的頻譜圖名稱 波 形 頻 譜 名稱 波 形 頻 譜時間域時間域 頻率域頻率域FFTIFFT轉(zhuǎn)動機械常見故障的頻率特征轉(zhuǎn)動機械常見故障的頻率特征強迫振動類故障強迫振動類故障自激振動類故障自激振動類故障R: 轉(zhuǎn)動頻率故障名稱頻率特征轉(zhuǎn)動特征故障名稱頻率特征轉(zhuǎn)動特征不平衡1R同步正進動油膜渦動(0.40.49)R正進動熱彎曲1R同步正進動油膜振蕩等于低階固有頻率正進動不對中2R正進動氣隙振蕩等于低階固有頻率正進動磁拉力不平衡2NRN 為磁極對數(shù)正進動內(nèi)腔積液失穩(wěn)前 0.5R失穩(wěn)后為低階固有頻率正進動松 動1R, 2R 等也有 1.5R,2.5R 等轉(zhuǎn)子內(nèi)阻失穩(wěn)前 0.

34、5R失穩(wěn)后為低階固有頻率正進動齒輪故障嚙合頻率等于齒數(shù)R ，邊帶頻率徑向摩擦失穩(wěn)前小于低階固有頻率失穩(wěn)后等于低階固有頻率反進動滾動軸承外環(huán)故障內(nèi)環(huán)故障滾珠故障軸向摩擦失穩(wěn)前小于低階固有頻率失穩(wěn)后等于低階固有頻率轉(zhuǎn)子不平衡故障的頻譜轉(zhuǎn)子不平衡故障的頻譜n波形為簡諧波，少毛刺。n軸心軌跡為圓或橢圓。n1X頻率為主。n軸向振動不大。n振幅隨轉(zhuǎn)速升高而增大。n過臨界轉(zhuǎn)速有共振峰。透平風(fēng)機TOTI齒輪箱1X頻率(水平)1X頻率(水平)1X頻率(鉛垂)1X頻率(鉛垂)軸向很小軸向很小轉(zhuǎn)子不平衡的類型轉(zhuǎn)子不平衡的類型不平衡類型特 征消除措施質(zhì)量不平衡低速晃動小平衡初始彎曲低速晃動大靜態(tài)校直熱彎曲振動隨負(fù)荷增

35、大，但有滯后低速盤車部件位移或脫落振動階躍增加，然后穩(wěn)定停車檢查部件結(jié)垢振動緩慢增加，軸向振動和軸向推力增大，機器效率降低清垢聯(lián)軸器不平衡相鄰軸承振動大，相位相同平衡轉(zhuǎn)子不對中故障的頻譜轉(zhuǎn)子不對中故障的頻譜 n出現(xiàn) 2X 頻率成分。n軸心軌跡成香蕉形或8字形。n軸向振動一般較大。n本例中，出現(xiàn)葉片通過頻率。電機水泵POPIMOMI1X 頻率2X 頻率葉片通過頻率轉(zhuǎn)子不對中的類型轉(zhuǎn)子不對中的類型正確對中 e = 0, = 0平行不對中 e 0, = 0角度不對中 e = 0, 0綜合不對中 e 0, 0不同聯(lián)軸節(jié)的情況不同聯(lián)軸節(jié)的情況聯(lián)軸節(jié)類型 不對中形式 振 動 特 征剛性聯(lián)軸節(jié) 平行不對中

36、有2X成分 角度不對中 軸向振動1X成分大 軸向振動大，有2X及高次諧波齒式聯(lián)軸節(jié) 徑向振動可能有2X、3X、4X 聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)振動的相位常相反膜片聯(lián)軸節(jié) 有nX 成分（n為螺釘數(shù)）轉(zhuǎn)子系統(tǒng)松動故障的頻譜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)松動故障的頻譜n波形出現(xiàn)許多毛刺。n譜圖中噪聲水平高。n出現(xiàn)精確的倍頻2X，3X等成分。n松動結(jié)合面兩邊，振幅有明顯差別。電機水泵POPI轉(zhuǎn)速的精確倍頻成分本例中最高出現(xiàn)16X成分噪聲水平高松動故障引起的間入諧量松動故障引起的間入諧量n未松動時的未松動時的頻譜頻譜n松動時的頻松動時的頻譜譜 出現(xiàn)0.5X，1.5X，2.5X，3.5X.等頻率成分D 節(jié)圓直徑d 滾珠直徑 接觸角z 滾珠數(shù)R

37、 軸的轉(zhuǎn)速頻率滾動軸承故障的特征頻率滾動軸承故障的特征頻率 dD外環(huán)故障頻率內(nèi)環(huán)故障頻率滾珠故障頻率保持架碰外環(huán)保持架碰內(nèi)環(huán)RDdzf)cos1 (2RDdzf)cos1 (2RDddDf22cos)(1RDdf)cos1 (21RDdf)cos1 (21典型的軸承故障發(fā)展過程典型的軸承故障發(fā)展過程Detection by Lubricant AnalysisDetection by Listen and FeelDetection by VibrationDetection by Acoustic Emissions 滾動軸承故障發(fā)展過程的四階段滾動軸承故障發(fā)展過程的四階段通常約百分之八十至

38、九十的軸承壽命通常約百分之八十至九十的軸承壽命12341X234階段軸承剩余壽命的百分之十至二十階段軸承剩余壽命的百分之五至十階段軸承剩余壽命的百分之一至五階段一小時至軸承剩余壽命的百分之一災(zāi)難性破壞災(zāi)難性破壞累積的損傷時間滾動軸承四種類型故障頻率1.隨機的，超聲頻率 ,HFD ,SPM；2.軸承零部件自振頻率-500至2000赫茲范圍，與轉(zhuǎn)速無關(guān)； 3.旋轉(zhuǎn)的故障頻率-內(nèi)環(huán)BPFI，外環(huán)BPFO，滾動體BSF和保 持架FTF故障頻率4.和頻與差頻-軸承若干故障頻率之間及其它振源頻率相加或相減得出的頻率滾動軸承故障發(fā)展過程四階段典型特征n第一階段第一階段：1.噪聲正常；2.溫度正常；3.可用超

39、聲，振動解調(diào)譜、聲發(fā)射測量出來，軸承外環(huán)有缺陷；4.振動總量較小，無離散的軸承故障頻率尖峰；5.軸承剩余壽命大于B-10規(guī)定的百分之十。n第二階段第二階段：1.噪聲略增大；2.溫度正常；3.超聲，聲發(fā)射，振動解調(diào)譜通頻值明顯增大，軸承外環(huán)有缺陷；4.振動總量略增大(振動加速度總量和振動速度總量)；5.在對數(shù)刻度的頻譜上可清楚地看到軸承故障頻率，而在線性刻度的頻譜上則很難看到；噪聲地平明顯提高；6.軸承剩余壽命大于B-10規(guī)定的百分之五。n第三階段第三階段：1.可以聽到噪聲；2.溫度略升高；3.非常高的超聲，聲發(fā)射，解調(diào)譜通頻值，軸承外環(huán)有故障；4.振動加速度總量和振動速度總量大增；5.在線性刻

40、度頻譜上清楚地看出軸承故障頻率及其諧波頻率和邊帶頻率；6.振動頻譜的噪聲地平明顯提高；7.軸承剩余壽命大于B-10規(guī)定的百分之一。n第四階段第四階段：1.噪聲的強度改變；2.溫度明顯升高；3.超聲，聲發(fā)射，振動解調(diào)譜通頻值迅速增大，隨后逐漸減小，軸承外環(huán)處于損壞之前的故障狀態(tài)；4.振動速度總量和振動位移總量明顯增大，振動加速度總量減小；5.頻率較低的軸承故障頻率尖峰占優(yōu)勢，振動頻譜中噪聲地平非常高；6.軸承剩余壽命大于B-10規(guī)定的百分之零點二。 滾滾動動軸軸承承故故障障發(fā)發(fā)展展的的四四個個階階段段第一階段第一階段第二階段第二階段第三階段第三階段第四階段第四階段A.僅出現(xiàn)滾動軸承故障頻率(沒有

41、1X邊帶頻率)B.滾動軸承跑道圓周上出現(xiàn)輕微磨損時，便出現(xiàn)軸承故障頻率的諧波頻率C.磨損明顯時軸承故障頻率兩側(cè)出現(xiàn)1X轉(zhuǎn)速邊帶頻率，還可出現(xiàn)其它的軸承故障頻率只是 解調(diào)demo值有明顯指示解調(diào)demo值明顯增大，開始出現(xiàn)軸承零件共振頻率并伴有1X轉(zhuǎn)速頻率邊帶 解調(diào)demo值開始時減小，卡死前可能劇增。出現(xiàn)高頻隨機譜，軸承壽命成問題。滾動軸承故障發(fā)展的四個階段滾動軸承故障發(fā)展的四個階段Stage 1Stage 2Stage 3Stage 4no apparent change on typical velocity spectrumdefects harmonic frequencies app

42、eardefects fundamental frequencies also appearand may exhibit sidebandsdefects harmonic frequencies develop multiplesidebands (haystack), fundamental freqs. growand also develop sidebandsdefects “fund.”frequency rangedefects “harmonic”frequency range滾動軸承故障的頻譜滾動軸承故障的頻譜 n軸承每一種零件有其特殊的故障頻率。n隨著故障發(fā)展，它的幅值增

43、加，并有諧波；諧波兩邊產(chǎn)生邊頻。n還可用非頻率域的診斷方法，如共振解調(diào)。電機離心泵PIPO1X2X頻率故障基本頻率6.71X基本頻率的四個諧波帶滾動軸承的機械的頻譜特帶滾動軸承的機械的頻譜特點點 不平衡不對中松動滾動軸承故障頻率0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50RFrequency in order3.53.02.52.01.51.00.50Velocity in mm/s pk帶滑動軸承的機械的頻譜特點帶滑動軸承的機械的頻譜特點不對中松動引起的諧波不平衡油膜渦動、碰摩0 2 4 6 8 10 12 14 16Frequency in orderDisplacemen

44、t in m pk to pk12.510.07.55.02.50齒輪故障的頻譜齒輪故障的頻譜n齒輪嚙合頻率GMF等于齒數(shù)乘以齒輪轉(zhuǎn)速頻率。n齒輪嚙合頻率兩邊有邊頻，間距為1X。n隨著齒輪故障發(fā)展，邊頻越來越豐富，幅值增加。n可用倒頻譜作進一步分析。OUBSISOL齒輪箱上輥下輥輸入軸嚙合頻率GMF上邊頻下邊頻2X齒輪振動的特點齒輪振動的特點 評定齒輪狀態(tài)的關(guān)鍵頻率之一是齒輪的嚙合頻率(齒輪的齒數(shù)X轉(zhuǎn)速)。然而，應(yīng)該指出，齒輪的嚙合頻率(GMF)不像軸承故障頻率那樣的重要。所有嚙合的齒都產(chǎn)生一定幅值的嚙合頻率和其他頻率。此外，所有嚙合頻率都有一定幅值的配對齒輪的或每個齒輪的轉(zhuǎn)速的邊帶。然而，如

45、果齒輪狀態(tài)良好，并且彼此恰當(dāng)?shù)貙?zhǔn)(沒有明顯的不對中，齒輪游移或齒輪偏心)，則齒輪嚙合頻率(GMF)及其諧波頻率和那些邊帶頻率的幅值應(yīng)該很小，尤其是那些邊帶。用振動分析可以檢測齒輪的故障用振動分析可以檢測齒輪的故障 1齒輪的齒的磨損 2齒輪的齒承受過大的負(fù)載 3齒輪偏心或齒隙游移 4裂的、破裂的或斷的齒輪的齒 5齒輪組合狀態(tài)問題 6. 齒輪的齒擺動故障對于齒輪振動分析的若干說明對于齒輪振動分析的若干說明1應(yīng)該在每個可達的軸承座上進行振動測量。圖 表示在位置3處雙列軸承及位置4到位置7的四個錐形滾棒軸承上進行振動測量。重要之點是，振動傳感器應(yīng)該盡可能固定在靠近支承本身的地方。往往會遇到，在距軸承

46、有一定距離的地方測量振動。然而，這種情況下，應(yīng)確保框架或內(nèi)部腹板直接連到軸承座上，在這些地方布置傳感器并盡可能接近，進行振動測量。2應(yīng)該在三個方向(水平，垂直和軸向方向)進行振動測量，尤其是當(dāng)某些齒輪主要在一個方向產(chǎn)生力，或者根據(jù)負(fù)載，一次監(jiān)測與下一次監(jiān)測可能不一樣的其他情況下。 傘齒輪，兩級減速齒輪箱分析的典型設(shè)置 對于齒輪振動分析的若干說明對于齒輪振動分析的若干說明3通常，遇到螺旋，斜齒和傘齒輪時，在軸向方向產(chǎn)生明顯的振動。 這些類型齒輪最佳的狀態(tài)監(jiān)測往往在軸向方向。4通常，對直齒圓柱齒輪，在徑向方向評定最好，但有時可能會存在 明顯的軸向振動，尤其是如果齒的對準(zhǔn)有問題時。為了評定齒輪的狀

47、態(tài)，往往必須測量非常高頻率的振動。至少要評定3X嚙合頻率的頻率 范圍Fmax=3.25 X GMF，經(jīng)常遇到在齒嚙合頻率基頻(GMF)處沒有什 么振動，但是在2X齒嚙合頻率或3X齒嚙合頻率(2GMF或3GMF)處，出現(xiàn) 比在GMF基頻處振動10倍大得多的振動。因此，如果不測量這些高頻率 范圍內(nèi)的信號，必將忽略了潛在的，明顯的故障。5在大多數(shù)利用計算機軟件的預(yù)測維修程序中，因為在低速諧波頻率與 齒輪嚙合頻率本身之間頻率變化很廣，所以在每個齒輪位置必須進行 兩個頻率范圍的兩種測量。這些情況下，用低的頻率范圍評定諸如不 平衡、不對中、松動和電氣故障等，用另一高頻率范圍評定齒輪的狀 態(tài)。齒輪振動頻譜分

48、量的識別齒輪振動頻譜分量的識別齒輪正常時的頻譜齒輪正常時的頻譜 正常齒輪的頻譜表示高速齒輪和低速齒輪的轉(zhuǎn)速，齒輪的嚙合頻率(GMF)和非常小的齒輪嚙合頻率的諧波頻率。齒輪的嚙合頻率(GMF)通常在它們的兩側(cè)有高、低速齒輪的轉(zhuǎn)速頻率邊帶。所有尖峰的幅值都很小，沒有激起齒輪的自然頻率。已知齒輪的齒數(shù)時，建議頻率范圍Fmax設(shè)定為3.25XGMF(最低)，如果不知道齒輪的齒數(shù)，把頻率范圍Fmax設(shè)定為每根軸的轉(zhuǎn)速的200倍。 齒輪磨損齒輪磨損故障故障 齒磨損的關(guān)鍵指示是激起齒輪的自然頻率 (Fn)和在此齒輪自然頻率兩側(cè)伴有磨損的齒的轉(zhuǎn)速頻率邊帶。當(dāng)齒磨損明顯時，雖然邊帶的幅值高并且在齒輪嚙合頻率(G

49、MF)兩側(cè)出現(xiàn)的邊帶數(shù)增多，但是齒輪嚙合頻率(GMF)的幅值可能變化也可能不變化。邊帶是比齒輪嚙合頻率(GMF)本身更好的齒磨損的指示。而且，雖然齒輪嚙合頻率的幅值是可以接受的，但是2GMF或3GMF(尤其是3GMF)的幅值經(jīng)常很高。齒輪承受大的負(fù)載齒輪承受大的負(fù)載 齒輪嚙合頻率(GMF)往往對齒的負(fù)載非常敏感。齒輪嚙合頻率(GMF)的幅值高未必一定指示有故障，尤其是如果邊帶頻率幅值保持較小，沒有激起齒輪自然頻率的時候。為了頻譜比較有意義，每次測量分析都應(yīng)該在系統(tǒng)處于最大負(fù)載下運轉(zhuǎn)時進行。齒輪在大負(fù)載下的作用下振動頻譜的特征齒輪偏心和齒隙游移齒輪偏心和齒隙游移 1偏心和齒隙游移兩者激起齒輪自振

50、頻率和齒輪嚙合頻率。它們也可能在齒輪自振頻率和齒輪嚙合頻率兩側(cè)產(chǎn)生許多邊帶。 2如果某齒輪偏心，它將調(diào)制齒輪自振頻率和齒輪嚙合頻率，齒輪自振頻率和齒輪嚙合頻率兩側(cè)都有偏心的齒輪1X轉(zhuǎn)速頻率的邊帶。如果偏心齒輪與嚙合的齒輪一起被強制壓向齒底下的話，偏心的齒輪可產(chǎn)生很大的力，應(yīng)力和振動。齒輪偏心和齒隙游移的頻譜齒輪不對中齒輪不對中 齒輪不對中幾乎總是激起第二階或高階齒輪嚙合頻率(GMF)諧波頻率，并且它們都伴有轉(zhuǎn)速邊帶。往往只顯示小的齒輪嚙合頻率 (GMF)的幅值，但是2 x(GMF)或3(GMF)的幅值較高。設(shè)定足以采集至少3(GMF)諧波頻率的F max最高頻率范圍很重要。而且，2(GMF)兩

51、側(cè)常伴有2轉(zhuǎn)速頻率邊帶。請注意， 由于齒不對中，齒輪嚙合頻率(GMF)及其諧波頻率的左側(cè)和右側(cè)的邊帶頻率的幅值不等，引起不均勻磨損。齒輪的破碎或斷齒齒輪的破碎或斷齒 有一個裂紋的，破碎或斷的齒輪將產(chǎn)生這個齒輪1X轉(zhuǎn)速及齒輪自振頻率，并且，在齒輪自振頻率兩側(cè)有齒輪轉(zhuǎn)速的邊帶大的振動。這個特性與有大的、明顯的剝落的齒的齒輪的特性一樣。當(dāng)然，不平衡的齒輪也會引起1X轉(zhuǎn)速頻率的大振動。因此，如下圖所示的時域波形對確定主要問題是不平衡還是齒輪的斷齒問題大有幫助。狀態(tài)良好的齒輪與有一個裂的或斷齒的齒輪的時域波形的比較 齒輪的破碎或斷齒齒輪的破碎或斷齒 如上圖所示，發(fā)現(xiàn)狀態(tài)良好的齒輪顯示平穩(wěn)的，正弦波形(假

52、定支承該齒輪軸的軸承沒有故障)。然而，裂的，破碎的或斷的齒，齒輪每次進入和退出嚙合時，產(chǎn)生一個明顯的尖峰。觀察時域波形，可以確定故障是齒輪的齒或是像滾動軸承故障那樣其他沖擊事件造成的。在滾動軸承情況下，如果兩次沖擊之間的時間間隔相當(dāng)于該齒輪的轉(zhuǎn)速，這就代表了齒故障的強有力證據(jù)。例如，參見圖11.6，如果轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/的齒輪，顯示每O10秒一個尖峰(0.10秒周=10周秒=600周分)，則這就是裂的，破碎的或斷的齒的強有力的證據(jù)。 如果在一根裝有一個以上齒輪的軸上采集頻譜，并且顯示明顯的時域波形和頻譜中伴有斷齒齒輪轉(zhuǎn)速邊帶的自振頻率，這未必清楚指示就是軸上齒輪有故障問題。這種情況下，對軸上每個

53、齒輪進行沖擊自振頻率試驗，并識別嚙合的齒輪中哪個齒輪有故障問題。齒輪組合狀態(tài)問題齒輪組合狀態(tài)問題 齒輪組合狀態(tài)數(shù) 低速齒輪齒數(shù)為15 高速齒輪齒數(shù)為9 因此將產(chǎn)生三種不同的 磨損圖象：低速齒輪的齒號將接觸高速齒輪的齒: 1-10-4-13-7 1-7-4 2-11-5-14-8 2-8-5 3-12-6-15-9 3-9-6第一種組合為: 低速齒輪1#齒與高速齒輪l#齒嚙合。低速齒輪I#齒將只能與高速齒輪的l#，7#和4#齒嚙合。低速齒輪l#齒不可能與高速齒輪的其他齒嚙合。 第二種組合： 低速l#齒與高速2#齒嚙合。則低速l#齒將只能與高速2#。8#和5#齒嚙合不可能與其他高速齒嚙合。第三種組

54、合： 低速l#齒與高速3#齒嚙合，則低速l#齒將只能與高速3#，9#和6#齒嚙合，不可能與高速齒輪的其他齒嚙合。 齒輪組合狀態(tài)問題齒輪組合狀態(tài)問題 這對齒輪開始組裝低速1#齒和高速1#齒嚙合：如果下次重新安裝時，變?yōu)榈退?#齒與高速2#齒嚙合。那么將產(chǎn)生一種新的磨損圖象。這樣標(biāo)準(zhǔn)的嚙合頻率fm很明顯。此外還有13嚙合頻率分量。此分量原來的磨損圖象與新產(chǎn)生的磨損圖象相互作用造成復(fù)雜的嚙合作用結(jié)果。形成許多和頻及差頻幅值和頻率調(diào)制。齒輪組合狀態(tài)通過頻率齒輪組合狀態(tài)通過頻率fafa fa=fm/Na fa=fm/Na 赫茲 以上例子，低速齒輪齒數(shù)為15，高速齒輪齒數(shù)為9，則Na=3(這對齒輪齒數(shù)的最

55、大公約數(shù)為3，即只有3種組合的可能)。所以，這對齒輪的組合狀態(tài)通過頻率為 fa=fm3。齒輪組合狀態(tài)問題齒輪組合狀態(tài)問題 齒輪組合狀態(tài)頻率(GAPF)可產(chǎn)生齒輪嚙合頻率的分?jǐn)?shù)倍頻率(如果NA大于1)。這字面上意味著(TpNA)齒輪的齒將接觸，產(chǎn)生NA磨損圖象，這里，給定齒輪組合狀態(tài)中的N A等于大齒輪齒數(shù)和小齒輪齒數(shù)的最大公約數(shù)(NA=組合狀態(tài)因子)。如果齒輪有制造缺陷，則將出現(xiàn)齒輪組合狀態(tài)頻率(GAPF)(或其諧波頻率)。如果污染顆粒通過齒輪嚙合，導(dǎo)致吸入污染顆粒時嚙合的齒進入和退出嚙合中或者重新定位齒輪時使嚙合的齒損壞，于是在定期監(jiān)測的頻譜中突然出現(xiàn)齒輪組合狀態(tài)頻率(GAPF)。齒齒擺動故

56、障擺動故障 如果低速齒輪和高速齒輪都有故障，高、低速齒輪的各自的故障同時進入嚙合時，將對振動產(chǎn)生最大的影響，這就是齒擺動頻率。齒擺動頻率非常低，一般在次聲(低于20赫茲)范圍。由于頻率非常低，因此，常規(guī)振動傳感器及頻譜分析儀難以檢測，需要低頻檢測技術(shù)。齒齒擺動故障擺動故障 大齒輪和小齒輪兩者存在故障時出現(xiàn)齒擺動頻率(fHT），大小齒輪的故障可能在制造時造成的，或由于錯誤的處理，或在現(xiàn)場造成的。它可引起十分大的振動，但是由于它主要出現(xiàn)在低于600轉(zhuǎn)/分的低頻范圍內(nèi)，所以常被測量不當(dāng)丟失。有這種齒重復(fù)故障的齒輪裝置通常從松動中發(fā)出“轟鳴”聲。有故障的小齒輪和大齒輪的兩者同時進入嚙合時發(fā)生最大效應(yīng)，

57、(在某些傳動中，可能僅每10到20轉(zhuǎn)出現(xiàn)一次，取決于fHT公式)。請注意，T大齒輪和T小齒輪分別指大齒輪和小齒輪的齒數(shù)。N A是以上定義的組合狀態(tài)因子，常常調(diào)制齒輪嚙合頻率(GMF)和齒輪轉(zhuǎn)速頻率尖峰兩者。 兩級螺桿式空氣壓縮機測點分布齒輪故障分析舉例齒輪故障分析舉例齒輪故障分析舉例齒輪故障分析舉例 1. 如上圖所示是一臺兩級螺桿式壓縮機。其結(jié)構(gòu)包括一個驅(qū)動大齒輪、在低壓級和高壓級上的兩個從動齒輪、及兩對用于齒輪潤滑的帶動油泵的傳動齒輪組成。 我們已經(jīng)知道，齒輪已經(jīng)磨損了的特征之一是齒輪嚙合頻率成分的基頻（1XGMF）及其諧頻幅值增大，然而，僅考察齒輪嚙合頻率成分幅值的變化所帶來的問題是，齒輪

58、嚙合頻率成分的幅值有時隨著負(fù)荷的變化而大幅度變化。齒輪磨損齒輪負(fù)荷增大齒輪故障分析舉例齒輪故障分析舉例2、但是值得關(guān)注的是，當(dāng)齒輪嚙合頻率成分的幅值增加的同時在齒輪嚙合頻率成分的周圍的邊頻帶數(shù)量也增加。這些邊頻帶成分是以與之相互嚙合齒輪的轉(zhuǎn)速頻率相間隔的。請見圖6.11D，這里有3個齒輪嚙合頻率成分，分別是齒輪油泵的嚙合頻率OPMF及其諧頻2X OPMF和3X OPMF。值得注意的是，只是在2X OPMF兩側(cè)有4個邊帶頻率成分是存在，其間隔頻率近似為2719 RPM，為油泵驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)速頻率，見圖6.11C Fop。圖6.11D齒輪故障分析舉例齒輪故障分析舉例3、通常，當(dāng)齒輪是處于完好的狀態(tài)，并

59、且相互嚙合的兩齒輪安裝對中良好，那么，齒輪嚙合頻率的基頻（1X GMF）成分的幅值與其2X GMF和3X GMF的幅值相比是最高的。此外，通常，在齒輪嚙合頻率的基頻（1X GMF）成分兩側(cè)也只有一簇邊帶成分存在，其間隔為每個齒輪的轉(zhuǎn)速RPM。例如參見圖6.11C，齒數(shù)為55的齒輪工作轉(zhuǎn)速為1780 RPM，齒數(shù)為36的齒輪工作轉(zhuǎn)速為2719 RPM，為油泵軸的工作轉(zhuǎn)速。此時該對齒輪的嚙合頻率為（GMFop）97900CPM（55X1780RPM）。如果這對齒輪齒形狀態(tài)和對中狀況良好，那么在該對齒輪的嚙合頻率為（GMFop）97900 CPM 及其諧頻處，通常有較低的幅值出現(xiàn)，同時來自輸入軸的轉(zhuǎn)

60、速1780 RPM和來自輸出軸的轉(zhuǎn)速2719 RPM，在嚙合頻率為（GMFop）97900的兩側(cè)所形成的邊帶幅值也是很低的。 處于完好狀態(tài)的齒輪嚙合齒輪故障分析舉例齒輪故障分析舉例 而見圖6.11D，在2X油泵齒輪嚙合頻率（2X OPMF）處，有4個邊頻帶簇存在，每個邊頻帶都是以油泵的轉(zhuǎn)速頻率2719 RPM相間隔。這個現(xiàn)象顯示出有潛在問題的存在。由圖可見，由于油泵齒輪嚙合頻率的基頻（1X OPMF）成分的幅值和3X OPMF的幅值都較低，又由于在2X油泵齒輪嚙合頻率（2X OPMF）的兩側(cè)存在如此多的2719 RPM邊頻帶，由此得出結(jié)論，油泵齒輪相互之間的對中情況可能出現(xiàn)了問題。接下來的解體檢查發(fā)現(xiàn)