机械故障诊断—第四章旋转机械故障诊断.ppt

3.非定常强迫振动 非定常强迫振动是由外来扰动力而引起的一种强迫振动。其特点是与扰动力具有相同的频率；振动本身反过来会影响扰动力的大小与相位；振动的幅值和相位都是变化的。比如转子轴上某一部位出现不均匀的热变形，就相当于给转子增加了不平衡质量，它将会使振动的幅值和相位都发生变化。反过来，振动幅值和相位的变化又影响不均匀热变形的大小与部位，从而使强迫振动连续不断地发生变化。 二、旋转机械常见故障及其特点 1.不平衡 转子不平衡是旋转机械的常见故障之一。在制造与维修过程中，虽都要对转子作仔细平衡，使不平衡量小于限定值。但经过一段时间的运行，不平衡量会逐渐增大。由于转子处于高速运行状态，偏心量的少许增加，都会使惯性离心力剧增，使机器的功能下降，甚至无法继续运行。 转子不平衡引起的振动有以下特点： 振幅随转速的上升而增加； 振动的频率与转子的旋转频率相同； 振动方向以径向为主； 振动相位常保持一定角度。 当不平衡重量只存在于一个平面内时，这种不平衡称为静不平衡；而当 在多个平面内有不平衡情况时，就是动不平衡。 2.不同轴 所谓旋转轴不同轴，是指用联轴器连接起来的两根轴的中心线有偏移。存在不同轴时，容易发生轴向振动，使转子发生暂时或永久变形，使轴承和联轴器工作情况恶化、机械寿命缩短等。不同轴较轻时，其频率成分为旋转基本频率；不同轴严重时，会产生旋转基本频率的高次成分。造成不同轴的主要原因有制造精度差、安装不良、热变形不均匀、联轴器松动、地基下沉等。 对于不平衡引起的振动，振幅的增大与转速的平方成比例；对于不同轴引起的振动，振幅大体为一常数，与转速的变化无关。 3.松动 松动现象是由螺栓紧固不牢引起的，或由于基础松动、过大的轴承间隙等引起的。松动会使设备发生严重振动。松动引起的振动特征如下： （1）振动方向常表现为上下方向的振动； （2）振动频率除旋转基本频率fr外，可发生高次谐波（2fr，3fr，…）成分，也会发生1/2fr，1/3fr，…等分数谐波和共振； （3）振动相位无变化； （4）振动形态使转速增减、位移突然变大或减小。 4.自激振动 自激振动的产生不是由于机械受到外来周期性持续激振力，而是由于机械内部运动本身所产生的交变力。一旦振动停止，交变力自然消失。在自激振动情况下，振动无特殊方向性；振动频率是机械的固有频率或临界频率，于转速或外来激振的频率无关；相位会发生变化，在某一转速下振动形态也会发生变化。旋转机械常见的自激振动有涡动、振荡(油膜振荡、密封振荡、磨擦振荡等)、韵荡、参数失稳等。 与强迫振动相比，自激振动出现比较突然，振荡强度比较严重，短时间内就会对机械造成严重破坏。 5.油膜涡动和油膜振荡 油膜涡动是一种在某突然开始的转速下，在轴承中发生的一种流体力不稳定现象。其特点是振动频率约为转子转动频率的一半，故又称为半速涡动；随着转子转速的上升，油膜涡动频率也随之上升；当转子转速上升到临界转速二倍以上时，涡动频率不再上升，而始终为临界转速，并出现强烈振动，这就是油膜振荡。 油膜振荡的原因是油膜涡动与转子共振二者相互作用的结果，因而也称为共振振荡。根据线性化理论，一旦这种振动出现，就会产生相当大的共振振幅，增加转子中心与轴承中心的偏离程度，容易导致转子疲劳破坏。 第二节 转子不平衡的故障机理与诊断 转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的故障。 据统计，旋转机械约有一半以上的故障与转子不平衡有关。因此，对不平衡故障的研究与诊断也最有实际意义。 一、不平衡的种类 造成转子不平衡的具体原因很多，按发生不平衡的过程可分为原始不平衡、渐发性不平衡和突发性不平衡等几种情况。 原始不平衡是由于转子的制造误差、装配误差以及材质不均匀等原因造成的，如出厂时动平衡没有达到平衡精度要求，在投用之初，便会产生较大的振动。 渐发性不平衡是由于转子上不均匀结垢，介质中粉尘的不均匀沉积，介质中颗粒对叶片及叶轮的不均匀磨损以及工作介质对转子的磨蚀等因素造成的。其表现为振值随运行时间的延长而逐渐增大。 突发性不平衡是由于转子上零部件脱落或叶轮流道有异物附着、卡塞造成，机组振值突然显著增大后稳定在一定水平上。 不平衡按其机理又可分为静失衡、力偶失衡、准静失衡、动失衡等四类。 二、不平衡故障机理 设转子的质量为M，偏心质量为m，偏心距为e，如果转子的质心到两轴承连心线的垂直距离不为