与 转速相一致。
转子不平衡
按过程： 原始不平衡 渐发性不平衡 突发性不平衡
按机理： 静失衡、力偶失衡、准静失衡、动失衡
刚性转子不平衡形式
静不平衡： 偶不平衡： 动不平衡 = 静不平衡 + 偶不平衡
转子不平衡振动机理
y
F
O
O' G
ea
G e wt
y a O'
Ox
x
无阻尼时，O、O’、G三点成一直线
x e
1
k
m
2
e
1
n
2
当 n时， ，x
当 n时，x e
AC
Ox e
临界转速
临界角速度： c n
k m
临界转速：nc
30
c
结论：当转速 ω 非常高时，圆盘质 心C与两支点的连线相接近，圆盘接 近于绕质心C旋转，于是转动平稳。
为确保安全，轴的工作转速一定要 避开它的临界转速
转子故障的常见形式
实际转子总存在阻尼 1.工作介质、轴承油膜的黏性阻尼，滑动面之间的摩 擦阻尼，轴材料不完全弹性的内摩擦阻尼，转子轴承 系统因变形能耗产生的结构阻尼 2.阻尼力与速度成正比，力的方向与速度方向相反
转子不平衡振动机理
设：偏心距e，转子质量M，轴刚度k，阻尼系数c，转速n（r/min），
角速度=2n/60，离心力F=Me2，分解为两方向的力为：
1.振动的时域波形为近似正弦波 2.频谱图中，谐波能量集中在基频，并且出现较小 的高频谐波 3.振幅对转速的变化比较敏感。 4.当工作转速一定时，相位稳定。 5.从轴心观察其进动特征为同步正进动。
转子不对中
• 轴承不对中: 轴颈在轴承中偏斜
l1
l2
l3
F
L1
L2
轴承不对中的振动机理
• 轴承不对中实际上反映的是轴承坐标高和左右位置的偏差。由 于结构 上的原因，轴承在水平方向和垂直方向上具有不同的刚 度和阻尼，不对中的存在加大了这种差别。虽然油膜既有弹性 又有阻尼，能够在一 定程度上弥补不对中的影响，但不对中过 大时，会使轴承的工作条件 改变，在转子上产生附加的力和力 矩，甚至使转子失稳或产生碰磨。
H
n
2
1
n
2 2
2
n
2
arc tan
2
n1Leabharlann n2 H()----幅频响应函数，表示振幅Y随频率比 /n的变化而变化的放大系数， 当 /n 1时出现共振峰； ()---相频响应函数，当 /n 1时出现节点。
转子不平衡的特征
实际工程中，由于轴在各个方向上的刚度有差别，特别是支撑刚度各 向不同，因而转子对平衡质量的响应在x，y方向的振幅不同，且其相 位差也不是刚好90。，于是轴心轨迹不是圆而是椭圆。
等
转子或其他部 件的共振等
叶片、流体以及 其他的相关振动
电机相关振 动
轴承等滚动 元件相关振
动
齿轮等转动件 的偏心、磨损
转子：摩擦、不 平衡、不对中等
临界转速
AC
Ox e
m(e x)2 kx
x
e k
m 2
1
e
n2 2
1
n时，x
临界转速
AC
Ox e
当ɷ> n 时，质心位于O、A之间，OC=x-e
1.平行不对中
2.偏角不对中
3. 偏角平行不对中
齿式联轴器平行不对中
联轴器的中间齿套与半联轴器组成移动幅，不能相对转动。当转子轴线之间存
在径向位移时，中间齿套与半联轴器间会产生滑动而作平面圆周运动，中间齿 套的中心是沿着以径向位移为直径作平面圆周运动。
振源综述
1. 电机：电器相关振动 2. 带传动系统 3. 支撑、紧固元件：机械性松弛 4. 配合元件：平行、偏角不对中及装配误差等 5. 轴承：滚动元件相关振动 6. 齿轮：偏心、磨损等 7. 转子：摩擦、不平衡、不对中、油膜涡动、转轴裂
纹等。
振源示意图
带传动相关振 支撑紧固元件
动
相关振动
配合元件：平 行、偏角不对 中及装配误差
• 由于旋转机械的结构及零部件设计加工、安装调试、 维护检修等方 面的原因和运行操作方面的失误，使得机器在运行过程中会引起振动， 其振动类型可分为径向振动、轴向振动和扭转振动三类，其中过大的 径向振动往往是造成机器损坏的主要原因，也是状态监测 的主要参 数和进行故障诊断的主要依据。
• 旋转机械的主要故障来源是其转动部件—转子系统。因此，研究旋转 机械的机械转子系统故障诊断方法具有重要意义。
旋转机械故障诊断
Fault Diagnosis of Rotating Machinery
XXX
目录
• 概述 • 旋转机械的动力学基础 • 不平衡不对中的诊断及对策 • 轴上裂纹及其诊断方法
概述
• 旋转机械是指主要功能是由旋转动作来完成的机械，尤其是指转速较 高的机械。旋转机械广泛应用于大型石油、化工、冶金、电力等行业。
• 轴承不对中同时又使轴颈中心和平衡位置发生变化，使轴系的 载荷重新分配，负荷大的轴承油膜呈现非线性，在一定条件下 出现高次谐波振动；负荷较轻的轴承易引起油膜涡动进而导致 油膜振荡。支撑负荷的变化还会使轴系的临界转速和振型发生 变化
转子不对中
• 轴系不对中：联轴器不在同一直线上，通常讲的不对中即是轴系不对 中。造成轴系不对中的原因主要有安装误差，温度变化热变形、基础 沉降不均匀等。会导致轴向、径向交变力，引起轴向、径向振动。
Fx t F cos t Me2 cos t Fy t F sin t Me2 sin t
两力相差90，振动方程式为：
My cy ky Me2 sin t 归一化后： y 2 n y n y e2 sin t
其中：阻尼系数
c , 0 1 2Mn
自振频率 n
k M
；激振频率 2n 。 60
• 1、转子不平衡 • 2、转子不对中 • 3、碰磨 • 4、油膜涡动 • 5、转轴裂纹等
转子不平衡
转子不平衡是由于转子部件质量偏心或者转子部件出现缺损等 造成的故障。即：由于质心与旋转中心不重合而产生不平衡。
F（t）
Fsint
t
M
c
e
y( t)
k
c
(a) 转子系统
(b) 振动模型
交变的力(方向、大小周期性变化)会引起振动 转子转动一周，离心力方向改变一次，因此不平衡振动的频率
转子不平衡振动机理
上式的通解为：
y(t) Deωnt sin[ 1 2 n ] Y sin(t ψ)
公式第一部分为瞬态解，是衰减的自由振动，很快消失； 公式第二部分为稳态解，是强迫振动：
yt Y sin(t )
其中：
Y eH
e
n
2
1
n
2
2
2
n
2
转子不平衡振动机理