机械振动与故障诊断基本知识.docVIP

旋转机械状态监测与故障诊断 讲 义 陈 国 远 深圳市创为实技术发展有限公司 2005年8月 目 录 第一章 状态监测的基本知识 4 一、有关的名词和术语 4 1. 振动的基本参量：幅值、周期（频率）和相位 4 2. 通频振动、选频振动、工频振动 6 3. 径向振动、水平振动、垂直振动、轴向振动 6 4. 同步振动、异步振动 7 5. 谐波、次谐波、亚异步、超异步 7 6. 相对轴振动、绝对轴振动、轴承座振动 7 7. 自由振动、受迫振动、自激振动、随机振动 7 8. 高点和重点 8 9. 刚度、阻尼和临界阻尼 8 10. 共振、临界转速、固有频率 9 11. 分数谐波共振、高次谐波共振和参数激振 9 12. 涡动、正进动和反进动 9 13. 同相振动和反相振动 10 14. 轴振型和节点 10 15. 转子挠曲 11 16. 电气偏差、机械偏差、晃度 11 17. 偏心和轴心位置 11 18. 间隙电压、油膜压力 11 二、传感器的基本知识 12 1. 振动传感器 12 2. 电涡流振动位移传感器的工作原理 13 3. 电动力式振动速度传感器的工作原理 13 ⒋ 压电式加速度传感器的工作原理 14 第二章 状态监测常用图谱 15 1．波德图 15 2．极坐标图 16 3．频谱瀑布图 16 4．极联图 17 5．轴心位置图 18 6．轴心轨迹图 18 7．振动趋势图 19 8．波形频谱图 20 第三章 旋转机械的故障诊断 22 1. 不平衡 22 2. 不对中 23 3. 轴弯曲和热弯曲 26 4. 油膜涡动和油膜振荡 27 5. 蒸汽激振 30 6. 机械松动 33 7. 转子断叶片与脱落 33 8. 摩擦 38 9. 轴裂纹 40 10. 旋转失速与喘振 40 11. 机械偏差和电气偏差 43 第一章 状态监测的基本知识 一、有关的名词和术语 机械振动是指物体围绕其平衡位置附近来回摆动并随时间变化的一种运动。机械振动通常以其幅值、周期（频率）和相位来描述，它们是描述振动的三个基本参量。以下介绍在振动测量和分析中经常用到的有关名词和术语。 1. 振动的基本参量：幅值、周期（频率）和相位 a．幅值：表示物体动态运动或振动的幅度，它是机械振动强度的标志，也是机器振动严重程度的一个重要指标。机器运转状态的好坏绝大多数情况是根据振动幅值的大小来判别的。振幅的大小可以表示为峰－峰值（P－P）、单峰值（0－P）、有效值（RMS）或平均值（Average）。峰－峰值等于正峰和负峰之间的最大偏差值，峰值等于峰－峰值的1/2。只有在纯正弦波的情况下，均方根值才等于峰值的0.707倍，平均值等于峰值的0.637倍。而平均值在振动测量中一般则很少使用。 图1－1 振动的峰－峰值、单峰值、有效值和平均值 它们之间的换算关系是：峰峰值＝2×单峰值＝2×21/2×有效值 表述振动幅值的大小通常采用振动的位移、速度或加速度值为度量单位。一般在振动测量中，除特别注明外，振动位移（D）以峰－峰值表示，单位一般是微米（μm）或密耳（mil）；振动速度（V）常用有效值表示，单位用毫米／秒（mm/s）或英寸／秒（IPS）。振动速度的有效值又称为“振动烈度”。有的行业的设备振动标准就是以“振动烈度”来作为基础的。振动加速度（A）积分一次即为振动速度；而振动速度再积分一次就成了振动位移。 即： V＝2πfD； A＝2πfV＝（2πf）2D 以上仅仅是对简谐振动而言是正确的，因其频率f值为一常数；而对于一个复杂振动或波形来说，由于其振动频率f值的多重性而会带来误差。 b．周期：物体完成一个完整的振动所需要的时间，以T0表示。单位一般是用“秒”来表示。例如一个单摆，它的周期就是重锤从左运动到右，再从右运动回左边起点所需要的时间。 c．频率：是指振动物体在单位时间（1秒）内所产生振动的次数，即Hz，以f0表示。很显然，f0＝1／T0。对于旋转机械的振动来说，存在下述令人感兴趣的频率：a）转动轴的旋转频率；b）各种振动分量的频率；c）机器自身和基础或其它附着物的固有频率。 由于某些机器故障仅仅在某些特定的频率下才产生振动，这种现象就有助于区别各种不同种类的机器故障。例如：不平衡故障的结果一定会导致工频能量的异常升高。但是，反过来我们必须注意到，振动频率和机器故障的关系并不是一一相对应的。也就是说，某一特定频率的振动，可能和多种机器的故障有关联。因此，我们不要企图将某一固定的振动频率与某一特定的机器故障建立直接的联系。在对旋转机械进行振动分析与故障诊断时，振动的频率是非常重要的参量，是分析振动原因的重要依据，它有助于我们对机器的故障进行判别，根据振动频率可以初步查明振动的性质和来源。但是，它仅仅只是一种参量而已。为了得