典型机械的振动监测与诊断
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旋转机械发生振动的主要原因及其比率
（以钢铁工业为例）
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第三章 典型机械的振动监测与诊断
§3.1 转子系统的监测与诊断 §3.2 滚动轴承的监测与诊断 §3.3 齿轮(箱)的监测与诊断
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§3.1 转子系统的监测与诊断
一、转子系统的异常现象 二、转子系统的简易诊断 三、转子系统的精密诊断
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轴承松动产生更多的方波，多于正弦波，并 形成更多的谐波
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•轴承松动的特征:
•1X的径向振动谐波大； •当松动严重时，产生更多的方波，多于正弦波，并形成更多的 谐波，甚至在极端情况下会产生半谐波(1.5，2.5，3.5等)。
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松动的故障诊断
波形出现许多毛刺。 谱图中噪声水平高。 出现精确2X，3X…等成分，最高可达16X。 松动结合面两边，振幅有明显差别。
下运行时，通过各台机械的同一部位进行测定和互相比较 来掌握其劣化程度的方法。
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•大 型 旋 转 机 械 振 动 标 准
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以轴承振动位移峰峰值作评定标准
• 水电部汽轮机组振动标准(双振峰)
•转速/rpm
•1500 •3000
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•标准/mm

•优
•良 •合格
•30
•50
•70
•20
•30
•50
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•一、滚动轴承发生的异常现象
•损伤的轴承表面
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•疲劳剥落（点蚀） 滚动体在滚道上由于
反复承受载荷，工作到一定时间后，首先在接 触表面一定深度处形成裂纹（该处的剪应力最 大），然后逐渐发展到接触表面，使表层金属 呈片状剥落下来，形成剥落凹坑，这种现象称 为疲劳剥落。疲劳剥落使轴承在工作时发生冲 击性振动。在正常工作条件下，疲劳剥落是轴 承失效的主要原因。
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•返回
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•判断标准的确定
•绝对判断标准：是根据对某类机械长期使用、观察、维
修与测试后的经验总结，并由企业、行业协会或国家颁布 ，作为一标准供工程实践使用。
•相对判断标准：是对机器的同一部位定期测定，并按时
间先进行比较，以正常情况下的值为初始值，根据实测值与 该值的比值来判断的方法。
•类比判断标准：是指数台同样规格的机械在相同条件
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不对中振动的特征
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不对中的特征
•波形特征：总体模样类似正弦波
•2X •频谱特征：存在较大的2X转频的频率分量
•1
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•不对中的危害
•振动值变大 •轴承失效 •密封失效 •联轴节磨损 •效率降低 •能量损失 •过热
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•良好的不对中
减少生产损失 延长设备的生产时间 减少轴承和密封失效 减少设备的振动 减少联轴节的磨损 降低维修成本
•返回
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•三、转子系统的精密诊断
不平衡 不对中
松动
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不平衡
旋转机械最常见的故障
• 由于设计、制造、安装中转子材质不均匀、 结构不对称、加工和装配误差等原因和由于机器 运行时结垢、热弯曲、零部件脱落、电磁干扰力 等原因而产生质量偏心。
• 转子旋转时，质量不平衡将激起转子的振动 。
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不平衡的分类：
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•一、转子系统的异常现象
低频：不平衡、不对中（不同轴）、松动、润滑油起泡 中频：压力脉动、通过叶片时的振动 高频：空穴作用、流体噪声振动
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•返回
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•二、转子系统的简易诊断
诊断对象（设备）的选定 测定参数选定 测定点的选定 测定周期的确定 判断标准的确定 简易诊断实例
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•测定参数选定
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趋势分析
• 趋势分析是把所测得的特征数据值和预报值按一定的时间 顺序排列起来进行分析。这些特征数据可以是通频振动、1X振 幅、2X振幅、0.5X振幅、轴心位置等，时间顺序可以按前后各次 采样、按小时、按天等。
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瀑布 图
•利用瀑布图可以判断机器的临界转速、振动原因和阻尼大小
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相邻的加固表面 (结构松动) 基础面 (结构松动)
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只在松动方向振幅很大（垂直的或水平的）
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•结构松动特征:
•1X、2X径向振动大(经常2X较大)，也有可能有较小3X径向振动； •可能只在松动方向振幅很大 (垂直的或水平的)； •很容易发现邻近表面上的背景振动； •低速运动的研究是诊断此类状态的有效工具。
发生振动. 但是，如果力很小或没有，可能只增大很少的
振动量. 为了明白这一点, 假设一台理想的机器 – 没有
任何机械故障，没有任何振动. 现在松动固定地脚的螺钉
，. . . 什么也没发生因为没有力会把机器抬高离开基础
.
许多位置会发生影响振动测量的松动:
轴承 / 转轴 (轴承松动)
轴承 /支架 (轴承松动) 轴承的内部裂纹 (轴承松动)
如伴有光滑压痕，则是由于过载所致，或安 装时承受较大冲击载荷，或过大的过盈量； 如伴有粗糙压痕，则是微动磨损所致。
强力安装，过载或润滑不足，间隙过小，生 锈。
7.推力轴承滚道上有偏心分布的点蚀凹坑 装配偏心或加载偏心
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故障 形式
故障现象
1.内、外圈上有贯穿裂纹
故障原因
冲击载荷过大；配合太紧；装配不匀称；轴承 座不圆；轴圆度误差大；热裂纹发展，旋转爬 行；微动磨损和胶着现象的发展。
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不对中的故障诊断
出现2X频率成分。
轴心轨迹成香蕉形或8字形。
振动有方向性。
•MO
轴向振动一般较大。
•MI •PI •PO
•电机
•水泵
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•2X频率 •1X频率
•叶片通 •过频率
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•返回
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松动
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松动不是振动源而是放大器. 这意味着当部件松
动时, 无论产生的力有多大，都会很容易使受影响的部件
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•轴向很小 •1X频率(垂直) •1X频率(水平) •轴向很小 •1X频率(垂直) •1X频率(水平)
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一台射流泵正常运转时在工频（1800r／min）处幅值最大，达
1.5μm。3个月后再测量，同一处的最大峰值已是2.83μm，达
到泵安全运行的报警值。拆机修理发现一异物缠绕在叶轮上，
•机械部离心鼓风机和压缩机振动标准
•标准
mm •主轴轴
承 •齿轮轴
承
•≤3000
•50 •
•转速 ( r/min)
•≤6500
•≤10000
•>1000 0-16000
•≤40
•≤30 •≤20
•≤40
•≤40 •≤30
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•IEC汽轮机振动标准
•标准（mm ）
•转速( r/min)
•≤1000 •1500 •3000 •3600 •≥6000
✓ 振动频率和转速频率一致，转速频率的高次 谐波幅值很低，时域波形接近正弦波； ✓ 刚性转子不平衡产生的离心力与转速的平方 成正比，而在轴承座测得的振动随转速增加 而加大，但不一定与转速的平方成正比，这 是由于轴承与转子之间的非线性所致； ✓ 在临界转速附近，振幅出现峰值，且相位在 临界转速前后相差近180°。
2.内、外圈内表面有轴向裂纹
发生旋转爬行或微动磨损
裂 3.内、外圈上有周向裂纹
轴承座变形；装配不均匀；过载
纹 4.动圈（内圈或外圈）端面上有径向裂纹 动圈运转期间与轴承座或轴肩发生碰撞或摩擦
和 5.滚子轴承座圈上挡边断裂 断
挡边上装配压力分布不均匀；装配时锤击力过 大
裂 6.保持架开裂或断裂
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•返回
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•测定点的选定
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旋转机械振动分析征兆变化一般规律
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旋转机械振动分析征兆变化一般规律
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•返回
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•测定周期的确定
与设备劣化速度有关：劣化缓慢--〉采用较长周期
劣化变快--〉缩短测定周期
劣化加剧--〉连续实时测定
高速旋转机械：汽轮压缩机、汽轮机--〉每日测定 一般旋转机械：水泵、风扇、鼓风机--〉每周测定
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不平衡振动的特征
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•不平衡的特征
不平衡的波形特征：类似正弦波
•1X
•不平衡的频谱特征：转频能量占主要成分
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•不平衡故障的危害
•1、加大了设备振动水平； •2、加大了设备轴承的负载； •3、加速了设备轴承的磨损、失效。
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不平衡的故障诊断
波形为简谐波，少毛刺。 轴心轨迹为圆或椭圆。 1X频率为主。 轴向振动不大。 振幅随转速升高而增大。 过临界转速有共振峰。
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故障 形式
故障现象
故障原因
1.滚道表面无光泽
磨 2.滚道表面有光亮带 粒 3.滚动体磨损痕迹不规则 磨 4.滚道、滚动体与保持架接触部位磨损 损 5.滚道与滚动体松动
润滑不良，轴承中有粗糙研磨物 轴承中有细小研磨物 研磨引起振动 润滑不良；有异物落入；生锈 润滑不良，过滤不良，研磨颗粒进入，由 磨损引起松动。
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•平行不对中
D
D D
D
•角度不对中
D
D D
D
•组合不对中
D
D
D D
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•完全对中
•角度不对中
•平行不对中
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转轴中心线在联轴 器处相交。注意联 轴器无位移，并且 轴承的径向和轴向 位移大。
转轴中心线在轴承 处相交。 注意到联 轴器径向位移大， 轴承径向位移小， 轴向位移大。
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•角度不对中的特征:
•1、1X rpm轴向振动大, 可能在 2X & 3X有谐波. •2、2X rpm 轴向可能和1X 的轴向同样大或更大. •3、径向振动在1X, 2X 和 3X可能比轴向振幅小. •4、径向振动取决于转轴中心线在何处与装配中心线相交。 •通过联轴器的轴向相位变化明显 (> 60°)。