常見故障頻譜分析

常見故障頻譜分析2020年4月

目錄典型故障識別1二、典型頻譜分析2三、案例介紹32一、典型故障識別31X頻以下：軸承保持架、油膜渦動、紊流、低頻響應(yīng)1X-10X頻：

－不平衡，1X

－不對中，1X，2X

－軸彎曲，1X，2X－松動，1X－10X－葉片通過頻率，葉片數(shù)X工頻大于10X頻：－軸承故障（軸承內(nèi)外圈，滾動體）－齒輪故障－氣蝕（高頻噪聲，類似敲擊聲）題外：傳感器有探針，磁座，膠粘接，螺栓連接主要四種連接方式，接近振源原則（常用軸承說下）二、典型頻譜分析

61、不平衡：靜不平衡/質(zhì)量不平衡特征：徑向1X波峰（垂直或水平方向上）。如果機器失去平衡我們將得到頻率等于轉(zhuǎn)速的正弦時域波形，在轉(zhuǎn)速頻率（1X）處有一個高峰。最簡單的不平衡模型是將轉(zhuǎn)動軸的重心簡化到一個點。這種不平衡稱為靜態(tài)不平衡，因為即使是在旋轉(zhuǎn)體不旋轉(zhuǎn)的情況下也能夠表現(xiàn)出來，如果將其放在沒有摩擦的軸承中間，重心位置將自動回轉(zhuǎn)到最低位置。靜態(tài)不平衡將會在旋轉(zhuǎn)軸的兩個承載軸承上產(chǎn)生一個1X頻率的作用力，作用于兩個軸承上的作用力的方向總是相同。從這兩個軸承上采集到的振動信號同相。一、不平衡二、典型頻譜分析

62、偶不平衡：力不平衡特征：徑向1X波峰（垂直或水平方向上）。如果機器出現(xiàn)不平衡我們將得到頻率等于旋轉(zhuǎn)速度的正弦時域波形，頻譜上在轉(zhuǎn)速頻率（1X）處會產(chǎn)生一個高峰。一個旋轉(zhuǎn)體如果存在偶不平衡，就有可能形成靜態(tài)平衡（放置在無摩擦的軸承上旋轉(zhuǎn)體看起來好象剛好平衡）。但當(dāng)旋轉(zhuǎn)體發(fā)生旋轉(zhuǎn)的時候，就會在它的兩個承載軸承上產(chǎn)生離心作用力，并且它們的相位相反。（作用力相反）一、不平衡63、垂直安裝的機器特征：徑向1X波峰（水平方向上）。當(dāng)在徑向（水平或切線方向）測量時，頻譜又將顯示出強一倍頻（1X）波峰。為了從泵的不平衡中分離出馬達不平衡，可能需要將兩者拆解開來，單獨使馬達旋轉(zhuǎn)，檢測其1X頻譜。如果1X處的振幅依然很高，那么故障就出在馬達上，否則故障就出在泵上面。一、不平衡二、典型頻譜分析

64、懸吊式機器特征：軸向和徑向上高強度1X波峰(垂直或水平方向上)。在外懸或懸臂式機器中，可以檢測到在水平、垂直和軸向上的高幅1X振動。我們能夠檢測到高幅1X振動是因為不平衡使軸發(fā)生彎曲，使得軸承座在軸向發(fā)生移動。常見的懸吊式旋轉(zhuǎn)體有短聯(lián)軸器泵、軸向排風(fēng)的風(fēng)扇和小型渦輪機。（相位不穩(wěn)定）注意和軸承偏翹區(qū)分一、不平衡二、典型頻譜分析

6一、不平衡含義、故障特征和原因

結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理

制造和安裝誤差

材質(zhì)不均勻

轉(zhuǎn)子的腐蝕、磨損、結(jié)垢

零部件的松動及脫落不同原因引起的轉(zhuǎn)子不平衡故障規(guī)律接近，但各有特點，在分析時需仔細了解設(shè)備運行歷史1、含義：不平衡所產(chǎn)生的離心力始終作用在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，就在轉(zhuǎn)子或軸承的測點處產(chǎn)生一次振動響應(yīng)，因此它的振動頻率就是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速頻率：f=1/60*nn為轉(zhuǎn)速2、故障特征：在轉(zhuǎn)子徑向測點的頻譜圖上，工頻有突出的峰值工頻的高次諧波幅值很低，在時域上的波形接近于一個正弦波3、原因：

二、典型頻譜分析

61、平行不對中特征：徑向2X波峰，徑向1X低幅波峰（垂直或水平方向上）。如果不對中軸的中心線平行但不共線，這樣的不對中稱為平行不對中（或相離不對中）。平行不對中在各個軸的聯(lián)結(jié)端產(chǎn)生剪切應(yīng)力和彎曲變形。聯(lián)軸器兩端的軸承，會在徑向（垂直和水平方向上）上產(chǎn)生高強度的1X和2X振動。在多數(shù)情況下，2X處的幅度要高于1X。對于單純的平行不對中，軸向上1X和2X處的振幅都很小。沿聯(lián)軸器檢測到的振動在軸向和徑向上異相，并且軸向上的相位差為180度。二、不對中二、典型頻譜分析

62、軸線角度不對中特征：軸向1X波峰，軸向2X低幅波峰，徑向1X低幅波峰。如果不對中的兩個軸相交于一點但相互不平行，這樣的不對中稱為軸線角度不對中。軸線角度不對中會在軸上產(chǎn)生一個彎曲作用，在頻譜上顯示為高強度的1X振動和在兩端的軸承上的少量軸向2X振動。還會有相當(dāng)強的徑向（水平和垂直方向上）1X和2X振動，但是這些振動都是同相的。振動在軸向上相位差為180度，而徑向上同相。二、不對中二、典型頻譜分析

6二、不對中的含義故障特征和原因

轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間的連接對中，主要反映在連軸節(jié)的對中程度上

轉(zhuǎn)子軸頸在軸承中的安裝對中，這與是否形成良好的油膜和適當(dāng)?shù)妮S承負荷有關(guān)

■安裝誤差■不均勻的熱膨脹■管道力■轉(zhuǎn)子彎曲■機殼變形■地基不均勻下沉■地震影響二、典型頻譜分析

61、旋轉(zhuǎn)松動特征：徑向1X諧波（嚴重時出現(xiàn)0.5X諧波）。軸頸（軸套）和滾動軸承（軸承松動）間如果出現(xiàn)過量余隙，則會產(chǎn)生1X諧波，有時甚至能擴展到10X。過大的滑動軸承游隙可能會產(chǎn)生后面所示的0.5X諧波。它們通常被稱為半階分量或次諧波。產(chǎn)生的主要原因是摩擦或嚴重的沖擊作用，有時甚至?xí)a(chǎn)生1/3階的諧波。主要有零部件安裝不當(dāng)引起。三、松動二、典型頻譜分析

62、結(jié)構(gòu)松動特征：水平方向上1X波峰。機器和它的基礎(chǔ)之間出現(xiàn)松動，在剛性比較弱的地方就會出現(xiàn)1X振動，這通常發(fā)生在水平方向上，但有時也要根據(jù)實際情況確定。如果松動嚴重，往往會產(chǎn)生低階1X諧波。很難分辨是不平衡、基礎(chǔ)松動或者是柔性化，特別是在垂直安裝的機器上。如果水平方向1X振動比垂直方向上的1X振動振幅大的多，很可能就是松動所致。如果水平方向1X振動比垂直方向上的1X振動振幅小或相等，那么其出現(xiàn)不平衡的可能性就比較大?；A(chǔ)松動或基礎(chǔ)柔性化是緊固連接件的螺栓松動、腐蝕或裂紋所致。注意：如果機器安裝基礎(chǔ)的彈性比較強，其水平軸向的振動要強的多。在這種情況下，相位可以作為輔助識別的手段，機器和基礎(chǔ)在垂直方向的振動相位差為180度。（此類振動是由于地腳螺栓、胎板或水泥漿松動引起，會產(chǎn)生1倍頻的振動）三、松動二、典型頻譜分析

63、軸承座松動特征：徑向1X、2X和3X波峰。頻譜有上顯示1X，2X和3X處有振動分量，但通常沒有其它諧波，在嚴重的情況下還會有0.5X的的波峰。相位也被用來輔助識別這種故障。軸承和基礎(chǔ)間有180度的相位差三、松動二、典型頻譜分析

61、共振特征：頻譜中通常只在一個方向有“峰丘”出現(xiàn)。共振是激振頻率達到機器的固有頻率時發(fā)生的一種現(xiàn)象。固有頻率是指一個結(jié)構(gòu)在外部驅(qū)動力作用下發(fā)生振動的頻率。在單個軸方向上，在“峰丘”上存在一個高幅的波峰。例如，泵的葉片通過頻率在6X的波峰，只在水平方向上出現(xiàn)振動加劇。如果增加（或者減少）激振頻率使共振現(xiàn)象不再發(fā)生，振幅會明顯減小。四、共振、軸彎曲、偏翹軸承二、典型頻譜分析

62、軸彎曲特征：軸向1X波峰。軸的彎曲會引起軸向高強度1X振動。如果在軸的中心附近出現(xiàn)彎曲，其主導(dǎo)波峰通常出現(xiàn)在1X處，如果是在靠近聯(lián)軸器的地方則還會出現(xiàn)2X波峰。軸向垂直和水平方向的測量通常也能得到1X和2X波峰，這兒最關(guān)鍵的就是軸向測量。相位測量對于診斷軸的彎曲故障是非常有用的。在軸向上測得的兩端在1X處的相位，其相位差為180度。（水平或者垂直沒有）四、共振、軸彎曲、偏翹軸承二、典型頻譜分析

63、軸承翹曲特征：軸向1X、2X和3X波峰。軸承偏翹，屬于是不對中的一種，會產(chǎn)生明顯的軸向振動。波峰通常位于1X、2X和3X處。對懸吊式的泵或風(fēng)扇進行檢測的時候，如果出現(xiàn)了很強的軸向振動，就很可能會與不對中或不平衡相混淆。但是在2X和3X處的波峰則說明軸承發(fā)生偏翹的可能性要高于不平穩(wěn)。四、共振、軸彎曲、偏翹軸承二、典型頻譜分析

61、磨損、游隙特征：1X諧波當(dāng)滑動軸承存在游隙問題的時候，頻譜圖特征和旋轉(zhuǎn)松動很相似。在1X處將出現(xiàn)強的諧波，多數(shù)情況下，垂直軸向上的振動要高于水平方向。在更嚴重的情況下，頻譜中還會出現(xiàn)半階甚至1/3階的諧波。

五、滑動軸承、轉(zhuǎn)子摩擦和偏心二、典型頻譜分析

62、油膜渦動特征：徑向0.38-0.48X波峰。發(fā)生油膜渦動時，會在0.38X～0.48X之間出現(xiàn)高強度振動。波峰從來不在剛好0.5X處出現(xiàn)，而是在稍低的頻率出現(xiàn)。渦動是由于過大的間隙和輕微的徑向載荷，使得形成油膜，使軸頸在軸承內(nèi)做低于0.5倍轉(zhuǎn)速的振動。（如上海春曉平臺透平發(fā)電機A機透平端軸承發(fā)生油膜渦動）五、滑動軸承、轉(zhuǎn)子摩擦和偏心二、典型頻譜分析

63、轉(zhuǎn)子摩擦特征：徑向1X諧波（嚴重時有0.5X諧波）。摩擦表現(xiàn)出和旋轉(zhuǎn)松動相似的特征：1X諧波和0.5X諧波。摩擦還會引起一個或多個共振（在這里所舉的例子中出現(xiàn)在4X處）。五、滑動軸承、轉(zhuǎn)子摩擦和偏心二、典型頻譜分析

64、偏心特征：徑向1X波峰（水平和垂直方向上）。偏心發(fā)生在旋轉(zhuǎn)體（齒輪、軸承、轉(zhuǎn)子等）旋轉(zhuǎn)中心和幾何中心線相分離的情況下。偏心的轉(zhuǎn)子/軸承將產(chǎn)生高強度的徑向1X分量，特別是在平行于轉(zhuǎn)子/齒輪的方向上。這種現(xiàn)象非常常見，類似于不平衡的情況。五、滑動軸承、轉(zhuǎn)子摩擦和偏心二、典型頻譜分析

61、葉片故障特征：葉片通過頻率處的波峰。所有的泵、風(fēng)扇和壓縮機通常在其葉片通過頻率處都有波峰出現(xiàn)。葉片通過頻率等于葉片數(shù)乘以軸的轉(zhuǎn)速。如果葉片間的間隙和固定式擴散器沒有保持相等，其波峰也會增大。它也可能是由于流道阻塞引起。

泵葉片通過頻率=葉片數(shù)xRPM

風(fēng)扇葉片通過頻率=葉片數(shù)xRPM六、氣動裝置和液壓裝置二、典型頻譜分析

62、紊流特征：50～2000CPM的隨機振動。紊流是由于通過風(fēng)扇/送風(fēng)機的空氣速度或壓力變化引起的。這種情況下會產(chǎn)生低頻的隨機振動，其頻率范圍通常是在50～2000CPM之間。

六、氣動裝置和液壓裝置二、典型頻譜分析

63、氣穴（氣蝕中文，空穴）特征：高頻“噪音”。氣穴通常產(chǎn)生隨機的高頻振動或“噪音”。通常可以在頻譜上觀察到“峰丘”出現(xiàn)。氣穴現(xiàn)象通常是由于抽汲壓力不足（如吸入口壓力過低）引起的。它的聲音聽起來就好像是泵里面有砂礫一樣。

六、氣動裝置和液壓裝置二、典型頻譜分析

64、往復(fù)式機械特征：四沖程引擎--0.5X處的波峰；二沖程引擎--1X處的波峰。往復(fù)機器的振動強度通常都很高。對于四沖程的引擎，每兩轉(zhuǎn)引擎點火一次，會產(chǎn)生高強度的0.5X波峰。二沖程的引擎，例如很多柴油機，引擎每轉(zhuǎn)都要點火，因此可以看到高強度的1X波峰。

六、氣動裝置和液壓裝置二、典型頻譜分析

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七、變速箱分析變速箱分析包括增減速齒輪，螺桿，羅茨風(fēng)機、行星齒輪等，都需要計算齒輪轉(zhuǎn)速和嚙合頻率齒輪故障常見形式：★齒面磨損★齒面膠合和擦傷★齒面接觸疲勞★彎曲疲勞★斷齒通常故障頻譜會顯示齒輪嚙合頻率及其諧波，同時在其嚙合頻率上有邊頻，邊頻大小通常為工頻。建議最大頻率至少設(shè)置為3.25倍的嚙合頻率，如不知齒輪齒數(shù)，將最大頻率設(shè)置為200倍的轉(zhuǎn)軸頻率二、典型頻譜分析

61、齒輪嚙合特征：徑向1x/2X處的波峰通常會在軸的轉(zhuǎn)速頻率和齒輪嚙合頻率處出現(xiàn)波峰，但是幅值不高?？赡軙霈F(xiàn)2X波峰，并且在齒輪嚙合頻率附近有軸轉(zhuǎn)速頻率的邊頻帶。對于直齒輪主要的振動是在徑向，斜齒輪主要的振動是在軸向。

嚙合頻率=齒數(shù)x軸的轉(zhuǎn)速；輸出轉(zhuǎn)速=輸入轉(zhuǎn)速x主動輪齒數(shù)/被動輪齒數(shù)時域波形分析對于變速箱時是很有用的，因為在時域波形中你可以看到每個齒嚙合對應(yīng)的脈沖。通常你可以通過研究時域波形得到齒數(shù)。根據(jù)故障的特征，齒輪每旋轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)就可以看到一個脈沖，而脈沖的幅值有大有小。

七、變速箱分析二、典型頻譜分析

62、齒磨損特征：齒輪嚙合頻率附近的1X邊頻帶當(dāng)齒輪的齒開始發(fā)生磨損的時候，會發(fā)生兩件事情，第一件是齒輪嚙合頻率處邊頻帶的幅值升高，而邊頻帶的振幅決定于齒輪的轉(zhuǎn)速。第二件事情是將出現(xiàn)齒輪固有頻率的振動，固有頻率振動也會有邊頻帶產(chǎn)生，并且它有很寬的基頻。齒輪嚙合頻率=齒數(shù)x軸的轉(zhuǎn)速；輸出速度=輸入速度x主動輪齒數(shù)/被動輪齒數(shù)

七、變速箱分析二、典型頻譜分析

61、皮帶磨損特征：皮帶速度頻率處的邊頻帶如果皮帶發(fā)生磨損或者松動，會在皮帶速度頻率處看到波峰和諧波。當(dāng)有兩個槽輪的時候，最高能產(chǎn)生二倍皮帶速度頻率（2BR）的波峰。主要的激振頻率是“帶頻”或者“基帶通過頻率”。帶頻是指皮帶上的一個點通過一個固定參考點的頻率。通常帶頻要低于任何一個帶輪的旋轉(zhuǎn)頻率。帶頻的計算方法如下：從動輪轉(zhuǎn)速=主動輪轉(zhuǎn)速x主動輪直徑/從動輪直徑帶頻=PIx槽輪的轉(zhuǎn)速x槽輪直徑/帶長

八、帶傳動系統(tǒng)二、典型頻譜分析

62、偏心槽輪特征：徑向高強度的1X波峰偏心槽輪將產(chǎn)生一個很強的徑向1X波峰，特別是在平行于帶的方向上。這種情況是十分常見的，和不平衡差不多。這種情況可以通過移除皮帶進行檢測。在另一個槽輪上也能檢測到這樣的1X振動。

八、帶傳動系統(tǒng)二、典型頻譜分析

63、槽輪不對中特征：軸向高強度的1X波峰槽輪不對中會產(chǎn)生高強度的1X振動，主要在軸向上。在這樣的情況下，你會在軸向上看到皮帶頻率的諧波。

八、帶傳動系統(tǒng)二、典型頻譜分析

64、皮帶共振特征：徑向高強度的1X波峰如果皮帶的固有頻率和主動槽輪或被動槽輪的轉(zhuǎn)速吻合，帶的共振會引起很高的振幅。皮帶的固有頻率可以通過改變皮帶的長度或皮帶的張緊力來進行調(diào)整。

八、帶傳動系統(tǒng)二、典型頻譜分析

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九、滾動軸承故障1、滾動軸承組成二、典型頻譜分析

6九、滾動軸承故障2、滾動軸承檢測方法二、典型頻譜分析

6九、滾動軸承故障3、