转动机械常见故障及其频率特征

A型机械松动故障特征
A型机械松动包括如下故障： a.结构松动或机器底角，基础平板和混凝土基 础弱（刚性差）。 b.变形或破碎的砂浆 c.框架或基础变形（软底角）。 D。地角螺栓松动 频普特征： 1.1X频率分量占优势（通常径向垂直大于水 平），大的振动往往很肯定只是一个转子。 2.每个轴承座水平于垂直相位差180度，此时应 把重点关注在基础底板上
共振
当强迫振动频率与某自振频率一致时便发生了共振。自 振频率可以是转子的自振频率，经常是支承框架， 基础，甚至传动皮带的自振频率。强迫振动频率包 括不平衡，不对中，松动，轴承故障，齿轮故障等。
共振的特征： 1.对动平衡的努力没有效果。 2.高度定向的振动，如果发生共振，通常共振方向的振 动比其它两个方向的振动大5-15倍 3.在机器共振方向，振动幅值和相位随转速的变化很大， 完全通过共振时相位几乎变化180度。 4.共振尖峰在其基础处有较宽的裙围，而非共振的尖峰 的裙围更窄
C型机械松动故障特征
C型机械松动是最常见的松动，包括 如下故障： a.轴承在轴承座中松动。 b.轴承内部间隙过大 c. 轴承衬套松动。 d.轴承在轴上松动或转动 频普特征： 1.在振动频普中存在可能高达10X甚 至20X的转速频率分量。 2.若干谐波频率的振动幅值明显，将 可能产生转速的1/2X间隔的频率， 此时将说明更严重的松动 3.C型松动结果通常不稳定测量的相 位
B型机械松动故障特征
B型机械松动包括如下故障： a.结构裂纹或轴承座裂纹。 b.偶尔发生一些轴承座固定螺栓松动 c. 轴承松动或零部件配合不当还不严重时。 频普特征： 1.径向2X频率分量振动幅值超过1X转速频率幅 值50%。 2.振动幅值不太稳定 3.如果存在这种松动，将极难平衡和对中机器， 从而无法明显使机器振动减小。 4.如果是轴承松动或配合不当，继续发展，将 出现C型松动
叶片通 过频率
不同联轴节的情况
联轴节类型 刚性联轴节 不对中形式 平行不对中 角度不对中 振动特征 有2X成分 轴向振动1X成分大 轴向振动大，有2X及高次谐波 径向振动可能有2X、3X，4X… 联轴节两侧振动的相位常相反
齿式联轴节
膜片联轴节
有nX 成分（n为螺钉数）
机械松动故障的分类
机械松动的分类： A型结构框架或基础松动（主要为1X转速频率） B型由于摇动运动或裂纹的结构或轴承座引起的 松动（主要是2X转速频率） C型轴承在轴承座中松动或两个部件之间配合不 量引起的松动（常常产生多个谐波频率） 注意：机械松动不只是振动的原因，还将加剧 振动的状态，即机械松动将加剧由不平衡， 不对中等引起的振动。所以，在这种状况下 首先必须解决松动的状态。
O1 e O2 ￠
滑动轴承磨损/间隙过大
滑动轴承磨损后期的证据通常 是出现一个完整的系列的 转速频率谐波（直到10阶 或20阶）。此时常产生比 水平方向振动大的垂直方 向的振动。间隙过大的滑 动轴承可让小的不平衡， 不对中引起大的振动，如 果轴承间隙达到规定的要 求，则振动很小。 注意：在磨损早期，油膜本身 开始发生变化，甚至可能 进入转子不稳定，以此检 测早期磨损故障。
案例一 B3301动平衡故障
案例二 P4302B电机基础松动故障
本例中最高 出现16X成 分
转速的精确 倍频成分 噪声水平高
滑动轴承油膜涡动不稳定
油膜涡动是转子中心绕轴承中心转动的亚同步现象，其回转频率即振动 频率约为转子转速频率的一半，约为0.4－0.48X转速频率之间，所 以也常称为半速涡动或半频涡动。 如下若干状态可引起油膜涡动： 1.予载力轻 2.过大的轴承磨损和过大的间隙 3.润滑油特性改变 4.油膜压力提高，不适当的轴承设计 利用油膜涡动本身通常发生在40%到48%倍转速频率可以很容易识别油 膜涡动 临时修正措施包括改变油温（因此改变油的粘度），有意引入小量不平 衡或不对中，以增大负荷，加热或冷却支承角，临时偏移对中，刮 削轴承两侧或轴承表明开槽，以改变润滑油压力等。
泵在过高的流量能力或过低的进口压力下工作 时，往往会发生气蚀。它对内部零件有十 分大的破坏力，有连续气蚀的泵，往往叶 轮有严重的凹坑或冲刷腐蚀。 气蚀的特征； 1.指示气蚀的经典频普往往在约20000r/m到约 120000r/m范围内随机的宽带能量。 2.发生气蚀时，GSE将增大许多。 3.气蚀往往发生奇特的噪声，象卵石通过泵的 声音
滑动轴承故障
滑动轴承通过在旋转的轴颈与静止的轴承孔间形成的流 体膜工作。 评定滑动轴承的一个关键项目：稳定性 偏心距和姿态角是轴承稳定性的关键指示 当轴承负荷减小或转子转速提高时，姿态角增大，轴承 稳定性降低，出现转子不稳定，此时任何干扰轴承 载荷的外力都可引起轴承的不稳定状态，通常只有 明显降低转速才能稳定转子，使其返回正常转速， 直到下次出现干扰为止。出现不稳定状态时的振动 本身实际上是与转速亚同步的振动（低于转速的振 动） 滑动轴承故障包括有：1.滑动轴承磨损/间隙过大；2.油 膜涡动不稳定；3.油膜振荡不稳定
转动机械常见故障及其振 动频普分析特征
（滚动轴承故障未包括在内）
确定报警值和危险值的方法
• 绝对法
根据相应的国际标准、国家标准、行业标准等， 如： ISO， GB， API 等。
• 相对法
以机器正常状态的振动值作为基数，自己和自己比。
• 类比法
与同类机器的振动值作比较。
相对法确定振动限值
1 2 3 4 5 6 旋转机械 滑动轴承 滚动轴承 齿 轮

1X频率(铅垂 ) 1X频率(水平 )
轴向很小


1X频率(铅垂 ) 1X频率(水平 )
转子偏心的频谱特征
偏心的转子就是轴的中心线与转子的中心线不重合的转子，这就导致
了在旋转的中心线的一侧比另一侧更大的重量，从而引起轴以不规则 的轨迹的摆动。
某些较常见的偏心的转子，包括偏心的皮带轮，齿轮，电动机的转子
振动一倍，C泵应定为有故障
转子不平衡的类型
不平衡类型 质量不平衡 初始弯曲 热弯曲 部件位移或脱落 部件结垢 联轴器不平衡 低速晃动小 低速晃动大 振动随负荷增大，但有滞后 振动阶跃增加，然后稳定 振动缓慢增加 相邻轴承振动大，相位相同 特 征 消除措施 平衡 静态校直 低速盘车 停车检查 清垢 平衡
0
平行不对中 e 0,
=0
角度不对中 e = 0,
0
综合不对中 e 0,
0
不对中故障的频谱
MO MI PI PO
2X 频率
电机

水泵
1X 频率



平行不对中在径向出现明显的 2X,3X频率分量，而且往往大于 1X频率分量。 角度不对中往往出现大的轴向振 动，而且径向轴向以1X频率分量 为主。 不对中振动随负荷的增加而成正 比增加，但转速影响不大。 角度不对中时，联轴器两端轴向 相位差180度，平行不对中时， 联轴器两端径向相位差180度
TO
பைடு நூலகம்TI
转子不平衡故障的频谱特征
轴向很小
透平

齿轮箱 风机
不平衡对转速的变化敏感（与转速 平方成正比） 1X频率峰值很大，较少伴随其它倍 频。 1倍频水平方向与垂直方向峰值比不 超过3:1（当超过6:1时，通常说明 是其它故障，列如共振） 1倍频轴向振动远远低于径向振动 同一轴承水平方向与垂直方向相位 差约为90度，内侧轴承与外侧轴承 水平方向振动相位差应接近于垂直 方向振动的相位差
本例中最 高 出现16X成 分
转速的精 确 倍频成分 噪声水平 高
转子摩擦故障特征
当旋转件与静止件相接触时，将产生转子摩擦。 可能是局部摩擦，也可能是转子一周的摩擦， 此时的损坏可能是灾难性的 转子摩擦频普特征： 1.产生摩擦的方向其振动频普中出现转速的整 分数倍亚谐波频率（1/2，1/3，1/4）及他们 的丰富的谐波频率分量 2.时域波形出现削波或截断。
轴弯曲的频普特征

弯曲的轴引起大的轴向振动。如果弯曲接近轴的 中心通常1X转速频率占优势，如果弯曲接近联轴 器，则还产生高于通常值的2X转速频率分量。 弯曲轴两个轴承之间的轴向方向相位变化接近 180度。


在弯曲的轴中，振动的幅值可能随转速的平方和 负荷一起变化。
转子不对中的类型
正确对中 e = 0, =
流体动力激振
叶片通过频率（BPF)=叶片数目×转速频率。 能引起大的叶片通过频率的原因有： 1.泵中旋转叶片与静止的扩压器之间的间隙在 圆周方向上不均匀； 2.叶片通过频率和系统的某自然频率一致 3.耐磨环磨损严重导致间隙不均匀 4.轴弯曲导致的间隙不均匀 5.管道的突然弯曲，流体阻塞等。
气蚀（气穴）
报警值 ＝(2~3) 正常值 危险值 ＝(4~6) 正常值
7 8
转机振动标准举例(轴承振动)
ISO10816
振动烈度 mm/s 范 围 0.28 0.45 0.71 1.12 1.8 2.8 4.5 7.1 11.2 18 28 45 71 限 值 I级 设 备 分 级 II 级 III 级 IV 级
振动烈度： 振动速度的有效值 测量频率范围 10～1000Hz
0.28 0.45 0.71 1.12 1.8 2.8 4.5 7.1 11.2 18 28 45
A B C
A B C
A
A
I 级：小型机械 例15kW以下电机
B C D B C D
II级：中型机械
例15～75kW以下电机 和300kW以下机械 III级：大型机械，刚性基础 600～12000r/min IV 级：大型机械，柔性基础 600～12000r/min
D
D
A－优，B－良，C－报警，D－危险
类比法确定振动限值
设备号 测点
A
B
C
D
A
B
振动 烈度 cm/s
①H 0.06 0.06 0.06 0.06 ②H 0.07 0.05 0.07 0.07 ③H 0.06 0.07 0.14 0.05 ④H 0.07 0.06 0.17 0.07
C
D
C泵的振动超过同类诸泵的
和泵叶轮等
偏心转子的频普特征

1X频率峰值占优势。
试图动平衡偏心的转子常将减小一个方向的振动， 而增大另一个径向方向的振动
偏心的转子可能引起一个径向方向比其它径向方 向明显大的振动 同一轴承水平方向与垂直方向相位差约为0度或 者180度（不同于不平衡的90度）


轴弯曲的频谱特征
弯曲的轴可在机器中产生过大的振动，根据弯曲的程度和位置不同， 产生的振动大小不同。与偏心的轴一样，其作用有时可用动平衡减轻。 （然而，往往不能用动平衡减轻弯曲轴的振动，如果轴有明显的弯曲， 不可能达到轴的满意的动平衡）
带滑动轴承的机械的频谱特点
12.5
油膜涡动、碰摩
Displacement in m pk to pk 10.0
不平衡
7.5 不对中 5.0 松动引起的谐波
2.5
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Frequency in order
滑动轴承油膜振荡不稳定
随着转子转速的提高，油膜涡动的 频率也提高，并保持在0.40.48倍之间。但是当机器处在 或高于2倍转子临界转速时，将 可能出现油膜振荡。转子进入2 倍临界转速时，油膜涡动频率 非常接近临界转速频率，此时 产生共振，引起过大的振动。 随着转子转速的提高，油膜振 荡频率将锁定保持不变，而且 等于转子一阶临界转速频率。
共振的解决办法
不仅必须研究机器转子的共振，还应研究激起支承框架， 基础甚至连接管道的自振频率。疲劳故障经常发生 在连接框架或管道上，就是因为它们对来自机器的 强迫振动频率发生共振。解决问题要求或是降低机 器中强迫振动频率源，报共振框架体与机器分开， 改变转子转速或改变框架自身的自振频率。 解决共振问题所需措施小结： 1.改变结构刚性，从而改变系统自振频率。 2.增加或减轻重量，也可改变自振频率（只适合于局部 共振） 3.增加隔振的机理，列如管道的膨胀节。 4.共振尖峰在其基础处有较宽的裙围，而非共振的尖峰 的裙围更窄 5.精确的动平衡