機械設備典型故障

的振動特性羅克韋爾自動化-恩泰克

1設備故障引起的機械振動2常見的設備故障不平衡偏心轉子軸彎曲不對中松動轉子與定子摩擦滑動軸承滾動軸承齒輪故障力不平衡力偶不平衡動不平衡懸臂轉子不平衡角不對中平行不對中軸承不對中聯軸節故障結構框架/底座松動軸承座松動軸承等部件松動齒輪磨損齒輪偏心齒輪不對中質量不平衡

A同頻占主導，相位穩定。如果只有不平衡，1X幅值大于等于通頻幅值的80％，且按轉速平方增大。通常水平方向的幅值大于垂直方向的幅值，但通常不應超過兩倍。同一設備的兩個軸承處相位接近。水平方向和垂直方向的相位相差接近90度。典型的頻譜相位關系力不平衡質量不平衡

B典型的頻譜相位關系力偶不平衡同頻占主導，相位穩定。振幅按轉速平方增大。需進行雙平面動平衡。偶不平衡在機器兩端支承處均產生振動，有時一側比另一側大較大的偶不平衡有時可產生較大的軸向振動。兩支承徑向同方向振動相位相差180。質量不平衡

C動不平衡是前兩種不平衡的合成結果。仍是同頻占主導，相位穩定。兩支承處同方向振動相位差接近典型的頻譜相位關系動不平衡質量不平衡

Ｄ懸臂轉子不平衡在軸向和徑向都會引起較大1X振動。軸向相位穩定，而徑向相位會有變化。懸臂式轉子可產生較大的軸向振動，軸向振動有時甚至超過徑向振動。兩支承處軸向振動相位接近。往往是力不平衡和力偶不平衡同時出現典型的頻譜相位關系懸臂轉子不平衡偏心轉子

當旋轉的皮帶輪、齒輪、電機轉子等有幾何偏心時，會在兩個轉子中心連線方向上產生較大的1X振動；偏心泵除產生1X振動外，還由于流體不平衡會造成葉輪通過頻率及倍頻的振動。垂直與水平方向振動相位相差為0或180。采用平衡的辦法只能消除單方向的振動。典型的頻譜相位關系軸

彎

曲

振動特征類似動不平衡，振動以1X為主，如果彎曲靠近聯軸節，也可產生2X振動。類似不對中、通常振幅穩定，如果2X與供電頻率或其諧頻接近，則可能產生波動。軸向振動可能較大，兩支承處相位相差180度。振動隨轉速增加迅速增加，過了臨界轉速也一樣。典型的頻譜相位關系不對中有資料表明現有企業在役設備30％－50％存在不同程度的不對中，嚴重的不對中會造成設備部件的過早損壞，同時會造成能源的浪費。不對中既可產生徑向振動，又會產生軸向振動；既會造成臨近聯軸節處支承的振動，也會造成遠離聯軸節的自由端的振動。不對中易產生2X振動，嚴重的不對中有時會產生類似松動的高次諧波振動。相位是判斷不對中的最好判據。不

對

中

A

角不對中產生較大的軸向振動，頻譜成分為1X和2X；還常見1X、2X或3X都占優勢的情況。如果2X或3X超過1X的30％到50％，則可認為是存在角不對中。聯軸節兩側軸向振動相位相差180度。典型的頻譜相位關系角不對中不

對

中

B典型的頻譜相位關系平行不對中平行不對中的振動特性類似角不對中，但徑向振動較大。頻譜中2X較大，常常超過1X，這與聯軸節結構類型有關。角不對中和平行不對中嚴重時，會產生較多諧波的高諧次（4X~8X）振動。聯軸節兩側相位相差也是180度。不

對

中

C軸承不對中或卡死將產生1X,2X軸向振動，如果測試一側軸承座的四等分點的振動相位，對應兩點的相位相差180度。通過找對中無法消除振動，只有卸下軸承重新安裝。典型的頻譜相位關系軸承不對中不

對

中

D如果聯軸節的短節過長或過短，通常會產生明顯的3X振動。齒型聯軸節卡死會引起軸向和徑向振動，通常軸向大于徑向，頻譜以1X為主，兼有其它諧頻，也有出現4X為主的實例。振動隨負荷而變，1X明顯。松動的聯軸節將引起嚙合頻率及葉片通過頻率的振動，其周圍分布1X旁瓣。聯軸節故障對中不良設備的軸心軌跡機械松動松動本身不是純粹的故障，不會直接產生振動，但它可放大故障的作用。A結構框架或底座松動B軸承座松動C軸承等部件配合松動A.結構框架/底座松動振動特征:

類似不平衡或不對中，頻譜主要以1X為主。振動具有局部性，只表現在松動的轉子上。同軸承徑向振動垂直，水平方向相位差0或180度。底板連接處相鄰結合面的振動相位相差180度。如果軸承緊固是在軸向，也會引起類似不對中的軸向振動。

包括如下幾方面的故障支腳、底板、水泥底座松動/強度不夠；框架或底板變形；緊固螺絲松動。B.由于結構/軸承座晃動或開裂引起的松動振動特征:主要以2X為特征(主要是徑向2X超過1X的50%)幅值有時不穩定振動只有伴隨其它故障如不平衡或不對中時才有表現，此時要消除平衡或對中將很困難。在間隙達到出現碰撞前，振動主要是1X和2X；出現碰撞后，振動將出現大量諧頻。

包括如下幾方面的故障

結構或軸承座開裂支承件長度不同引起的晃動部件間隙出現少量偏差時(尚無碰撞)

緊固螺絲松動。C.軸承在軸承座內松動或部件配合松動振動特征:常常出現大量的高次諧頻，有時10X，甚至20X，松動嚴重時還會出現半頻及諧頻(0.5X,1.5X..)成分。半頻及諧頻往往隨不平衡或不對中等故障出現。振動具有方向性和局部性。振動幅值變化較大，相位有時也不穩定。包括如下幾方面的故障軸承在軸承座內松動軸承內圈間隙大軸承保持架在軸承蓋內松動軸承松動或與軸有相對轉動轉子摩擦轉子在轉動過程中與定子的摩擦會造成嚴重的設備故障在摩擦過程中,轉子剛度發生改變從而改變轉子系統的固有頻率,可能造成系統共振。往往會激起亞諧波振動(1/2X,1/3X.),嚴重時出現大量的諧頻(1/2X,1.5X,2.5X...)，并伴隨有噪音。軸徑和滑動軸承鎢金干摩電動機轉子與定子接觸葉輪與擴壓器口接觸汽輪機葉片與靜葉嚴重摩擦輕微摩擦軸與汽封摩擦聯軸器罩摩軸皮帶摩擦皮帶罩葉片摩擦外罩典型的摩擦波形

潤滑油不足引起的頻譜滾動軸承有資料顯示僅有10％～20％的軸承達到或接近設計壽命.其余部分因為如下各種原因達不到設計壽命:

潤滑不當,使用錯誤的潤滑劑；潤滑劑或軸承內混入贓物或雜質；運輸或存放不當；選型不當、安裝錯誤等.

振動監測的最終目的是通過跟蹤軸承狀態了解何時需要更換軸承.位移：不易用于軸承的監測。加速度：可早期發現軸承的故障征兆，應與速度聯用。使用包絡技術或gSE監測參數的選擇第一階段：軸承故障出現在超聲段20K～60KHz,它們可用gSE、高頻(HFD)g來測量、評定。例如：某軸承在第一階段的尖峰能量值為0.25gSE(實測數值與測試位置和機械轉速有關)。第二階段：輕微的軸承故障開始“敲擊”出軸承元件的固有頻率段，一般在500～2KHz范圍內；本階段后期表現為在固有頻率附近出現邊頻（例：0.25gSE～0.5gSE）滾動軸承故障譜特征(1)第三階段：軸承出現磨損故障頻率和諧波出現；磨損發展時出現更多故障頻率諧波，并且邊帶數目增多，振動尖峰能量值繼續增大。第四階段：這一階段甚至影響1X分量，并引起其它倍頻分量2X、3X等的增大。軸承故障頻率和固有頻率開始“消失”被隨機振動或噪音代替，高頻量和尖峰能量值很大。滾動軸承故障譜特征(2)滾動軸承故障頻譜滾動軸承故障前后gSE譜滑動軸承滑動軸承摩擦后期通常出現一系列倍頻成分（多達10X～20X）。老的滑動軸承往往產生垂直方向比水平方向振幅更大的振動。間隙過大的滑動軸承可能會導致不平衡、不對中等引起的振動更大。摩擦/間隙過大的頻譜油膜振蕩松動，1/2X,1/3X等成分，隨負荷變化較大烏金脫落，1/2X及諧頻，幅值小于松動譜瓦塊損壞，1/3X渦動，調油溫有效滑動軸承損壞及松動頻譜齒輪故障(1)正常的頻譜出現所有轉軸的1X和嚙合頻率(GMF)。齒輪嚙合頻率的兩側有轉速邊帶，其峰值較小。齒磨損：齒輪固有頻率出現，且有磨損