机械故障诊断学第6章旋转机械的振动监测与诊断.pptVIP

第6章 旋转机械的振动监测与诊断 本章主要介绍以下内容： 旋转机械的振动及故障概论； 旋转机械故障的诊断信息表达和分析； 旋转机械故障的简易诊断方法； 旋转机械故障的精密诊断原理及典型故障分析； 现场平衡技术。 6-1旋转机械的振动及故障概论 旋转机械的核心----转轴组件，它包括： 转子、轴、齿轮传动件、叶轮、联轴器； 滑动轴承、滚动轴承； 支座、定子、机座； 密封、密封装置。 6-1-1转子系统、转子振动和转子故障间的关系 1、机械设备振动特点 振动存在的广泛性 振动监测的有效性 振动的可识别性 振动识别的复杂性----振动特性受系统、故障的影响（系统固有特性不同、故障激励传递通道不同、测点不同及其传递通道不同等）。 2、系统、振动、故障间的关系 设系统为定常线性系统，其输入为x(t),输出为y(t)， 其拉氏变换为X（s）,Y（s）其中s=?+i?为复变量。 则可定义： H(s)= Y（s）/ X（s） 6-1 为系统的传递函数，用以描述系统的特性。 由于傅氏变换只是拉氏变换的一种特例（ ?=0时，s=i? ）。 这时H(s)= H（ i? ）称为系统的频响系数。 由于FFT运算很方便，故常用H（ i? ）代替H(s)， 这时系统特性可表示为 H(i? )= Y（ i? ）/ X（ i? ） 6-2 由此可得： Y（ i? ）= H(i? ) X（ i? ） 6-3 式6-3为图6-1 的具体数学表达式， 它表明设备的振动现象由故障激励和系统特性所共同决定。 6-1-2转子系统、转子振动和转子故障的分类 1、振动分类： 横向振动----振动发生在包括转轴的横向xoy平面内，大多数故障所激发的振动为此类振动； 轴向振动----振动发生在转轴轴线z方向上，某些故障如不对中将会激发轴向 振动； 扭转振动----沿转轴轴线发生的扭振，多盘转子的柔性轴将会产生扭振。 2、系统分类----以临界转速分类 ⑴刚性转子系统----工作转速在一阶临界转速以下的系统。 一阶临界转速：转子系统有多个自振频率，当转速逐渐增大到横向振动的一阶自振频率时，将发生一阶共振，所对应的转速称为一阶临界转速。 判别依据：一般工作频率100Hz的机械系统属于刚性转子系统，该系统一般采用滚动轴承。 同步振动：工作频率=激振频率。 强迫振动：对线性系统，在周期激振下的稳态响应。 ⑵柔性转子系统----工作转速在一阶临界转速以上的系统 判别依据：一般工作频率100Hz的机械系统属于柔性转子系统。 振动特点：振动频率（自激振动）工作频率，并与一阶横向自振频率有关。 自激振动：振动过程中，由于系统内部不断有能量输入而产生的共振现象，在设备诊断中又称为亚同步振动。 ⑶两种系统振动特点比较 3、故障分类 图6-3旋转机械故障分类 6-2旋转机械故障诊断信息的表达和分析 本节主要介绍以下内容： 波形分析法 频谱分析法（FFT分析） 轴心轨迹分析法 速度跟踪分析方法 统计分析方法 诊断信息研究的新发展 6-2-1波形分析法 波形分析法是通过观察振动波形的特征来获取诊断信息。 振动波形：振动位移、速度或加速度随时间变化的曲线。 与同步振动有关的各种故障所激发的振动都属于周期函数，其基本成分是以基频（工作频率）成分为主及若干高次谐波函数再附加随机噪声所组成，如图6-4所示。 6-2-2频谱分析法 1、频谱分析的类型 幅值谱与相位谱 振动信号的x(t)付氏变换： 应用广泛，可提供两方面信息： 信号的频率及其谐波分量的组成 分量中那些成分的幅值最为突出 图6-7为一台透平压缩机转子振动的幅值谱 阶比幅值谱 ----将频谱图的频率轴改为工作频率的倍数来表示，提供与图6-7相同的信息，如图6-8所示。 （自）功率谱图----信号的自功率密度函数Sx(f) Sx(f)表示信号样本中所含能量沿频率轴的分布情况，多 用于以随机信号为主的信号分析中，其提供的信息与幅值谱基本相同。 优点：能量集中的谱峰突出、能显示频带能量分布水平、用途广泛。 例：滚动轴承的功率谱图如图6-9所示,其中有三个能量集中敏感带，0~8Hz，24~30Hz，68~72Hz。 2、频谱分析方法 频谱的最基本信息：谱峰的高低和频率特征 分析方法： 谱图分段：fr区、 fr区、 fr区 不同位置（水平、垂直）的频谱图对比 不同地点的谱图差别 6-2-3 轴心轨迹分析法轴心轨迹----转子轴心点相对于轴承座运动而形成的轨迹。 轴心轨迹的测量 轴心轨迹的分析方法 轴心轨迹携带的诊断信息表现为： 轴心轨迹的形状