转动机械常见故障的频率特征
5 旋转机械常见故障特征
特征频 常伴 振动稳 振动 相位 轴心 时域 率 频率 定性 方向 特征 轨迹 波形 1× 简谐 稳定 径向 稳定 椭圆 波形
转子不平衡振动敏感参数
1 振动 随转 速变 化 明显 2 振动 随负 荷变 化 不明 显 3 振动 随油 温变 化 不变 4 振动 随流 量变 化 不变 5 振动 随压 力变 化 不变 6 其它 识别 方法 低速 时趋 于零
转子不平衡产生的原因
转子不平衡产生的原因
转子不平衡类型
力不平衡
力偶不平衡
转子不平衡类型
动不平衡
悬臂转子不平衡
转子不平衡动力学特性
x = Acos(Ωt +θ )
me λ2 A= • M (1− λ2 )2 + 4ζ 2 λ2
2ζλ tanθ = 1− λ2
转子不平衡振动特征
1 2 3 4 5 6 7
转子不对中故障形式
轴线平行不对中
角度不对中
综合不对中
转子不对中故障轴心轨迹
∆α
∆y Z
∆α / 2
Z
∆L
(b)
Z
∆y
∆L
(a)
∆L
(c)
轴线平行不对中
角度不对中
综合不对中
转子不对中故障特征
1）齿式联轴器不对中故障的特征频率为轴转 角频率的2 角频率的2倍。 由不对中故障产生的对转子的激振力幅， 2）由不对中故障产生的对转子的激振力幅， 随转速的升高而加大，因此， 随转速的升高而加大，因此，高速旋转机 械应更加注重转子的对中要求。 械应更加注重转子的对中要求。 激励力幅与不对中量成正比， 3）激励力幅与不对中量成正比，随不对中量 的增加，激励力幅呈线性加大。 的增加，激励力幅呈线性加大。
转动机械常见故障及其频率特征资料重点
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
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：
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
轴向很小
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。
消除措施 平衡 静态校直 低速盘车 停车检查 清垢 平衡
TO
TI
转子不平衡故障的频谱特征
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
1234 56 78
滚动轴承 齿轮
报警值 ＝(2~3) 正常值 危险值 ＝(4~6) 正常值
转机振动标准举例(轴承振动)
ISO10816
振动烈度 mm/s
设备分级
范 围 限 值 I 级 II 级 III 级 IV 级
0.28 0.45 0.71 1.12 1.8 2.8 4.5 7.1 11.2 18 28 45 71
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
旋转机械常见设备故障
感谢聆听 请批评指正!
1. 原始时域波形的形状接近一个纯正弦波； 2. 振动信号的频谱图中，谐波能量主要是集中在转子的
工作频率（1X）上，即基频振动成分所占的比例很大， 而其它倍频成分所占的比例相对较小；
×××转子不平衡的波形频谱图
3. 在升降速过程中，当转速低于临界转速时，振幅随转 速的增加而上升。当转速越过临界转速之后，振幅随 转速的增加反而减小，并趋向于一个较小的稳定值。 当转速等于或接近临界转速时，转子将会产生共振， 此时的振幅具有最大峰值；
3. 动态不平衡
• 动态不平衡 ： –转子上可能同时存在着静态不平衡和偶不平衡，这种情 况称之为动态不平衡。
• 静态不平衡和偶不平衡的区分： –对于静态不平衡，在机器两端是同相的。对于偶不平衡， 机器两端的相位相差180度。然而，在大多数情况下，都 是动态不平衡（静态不平衡和偶不平衡的组合）。
4. 悬吊式不平衡
8. 在外伸转子不平衡情况下可能会产生很大的轴向振动。 在转子外伸 端不平衡时，支承转子的两轴承的轴向 振动相位相同；
9. 因介质不均匀结垢时，工频幅值和相位是缓慢变化的。
不平衡的分类
1. 静态不平衡
• 特征:径向1X波峰 （垂直或水平方向 上）。
• 静态不平衡 频谱图
特征:径向1X波峰（垂直或水平方向上） 如果机器失去平衡我们将得到频率等于转速的正弦时域波形，在转速 频率（1X）处有一个高峰。 最简单的不平衡模型是将转动轴的重心简化到一个点。这种不平衡称 为静态不平衡，因为即使是在旋转体不旋转的情况下也能够表现出来，如 果将其放在没有摩擦的轴承中间，重心位置将自动回转到最低位置。 静态不平衡将会在旋转轴的两个承载轴承上产生一个1X频率的作用力， 作用于两个轴承上的作用力的方向总是相同。从这两个轴承上采集到的振 动信号同相。
旋转机械振动分析
1.联轴器连接的两轴中心线偏移。
2.振动频率与旋转频率一致或与旋转频率
成倍
1.基础螺丝松动或轴承磨损引起的振动。
2.振动频率含有旋转频率的高次成分。 1.常发生在定制给油的滑动轴承上。 2.是因轴承的力学特征引起的振动。 3.振动频率是轴的固有频率。 1. 在泵、风机等产生压力的结构中，每次
- 11 -
-8-
·用 Mc 作注意状态基准，Md 作为危险 状态基准时:
a. 尽管设备处于正常状态，但判定 为不明状态的概率仍有 2.3%，判 定为危险状态的概率仍有 0.1%
b. 当 对 象 设 备 处 于 不 明 状 态 时 ， （检测值等于 Mc 时）判定正常 或不明状态的概率各为 50%，判 定为危险状态的概率为 15.9%
c. 当检测值等于 Md 时，对象设备达到危险状态，这时，判定为 正常状态的概率仍有 15.9%。
为减少判断误差，应遵守各项注意事项进行检测，这些注意事项 对任何一种检测值的分散性都减小的（用标准差的平方表示检测值的 分散程度）。特别是取三次读数的平均值作为检测值时，分散性就减 小到 1/3，误判概率就能降低。 ·从正常状态的振动测定结果求得的 Mc 和 Md 这些标准，还有待于根 据设备特征，过去的维修数据，今后的维修数据，实施维修的状况， 再求得最佳的绝对判定基准。（通过过去与现在的实际情况而定出） （三） 相互判定基准
-5-
不良状态。 绝对标准是经过大量振动试验，现场振动测试以及一定的理论研
究而总结出来的标准。 （二）相对判定基准 同一部位定期检测，将正常时的振动值作为初始值，看定期检测
值是初始值的几倍，以此来判断设备状态。 一般振动值为原始基准 2 倍时，需加强监测，低频振动增大到原
旋转机械常见振动故障及原因分析
旋转机械常见振动故障及原因分析旋转机械是指主要依靠旋转动作完成特定功能的机械，典型的旋转机械有汽轮机、燃气轮机、离心式和轴流式压缩机、风机、泵、水轮机、发电机和航空发动机等，广泛应用于电力、石化、冶金和航空航天等部门。
大型旋转机械一般安装有振动监测保护和故障诊断系统，旋转机械主要的振动故障有不平衡、不对中、碰摩和松动等，但诱发因素多样。
本文就旋转设备中，常见的振动故障原因进行分析，与大家共同分享。
一、旋转机械运转产生的振动机械振动中包含着从低频到高频各种频率成分的振动，旋转机械运转时产生的振动也是同样的。
轴系异常（包括转子部件）所产生的振动频率特征如表1。
二、振动故障原因分析1、旋转失速旋转失速是压缩机中最常见的一种不稳定现象。
当压缩机流量减少时，由于冲角增大，叶栅背面将发生边界层分离，流道将部分或全部被堵塞。
这样失速区会以某速度向叶栅运动的反方向传播。
实验表明，失速区的相对速度低于叶栅转动的绝对速度，失速区沿转子的转动方向以低于工频的速度移动，这种相对叶栅的旋转运动即为旋转失速。
旋转失速使压缩机中的流动情况恶化，压比下降，流量及压力随时间波动。
在一定转速下，当入口流量减少到某一值时，机组会产生强烈的旋转失速。
强烈的旋转失速会进一步引起整个压缩机组系统产生危险性更大的不稳定气动现象，即喘振。
此外，旋转失速时压缩机叶片受到一种周期性的激振力，如旋转失速的频率与叶片的固有频率相吻合，将会引起强烈振动，使叶片疲劳损坏造成事故。
旋转失速故障的识别特征：1）振动发生在流量减小时，且随着流量的减小而增大；2）振动频率与工频之比为小于1X的常值；3）转子的轴向振动对转速和流量十分敏感；4）排气压力有波动现象；5）流量指示有波动现象；6）机组的压比有所下降，严重时压比可能会突降；7）分子量较大或压缩比较高的机组比较容易发生。
2、喘振旋转失速严重时可以导致喘振。
喘振除了与压缩机内部的气体流动情况有关，还同与之相连的管道网络系统的工作特性有密切的联系。
15类39个机械振动故障及其特征频谱，讲解的非常详细，你学会了吗
15类39个机械振动故障及其特征频谱，讲解的非常详细，你学会了吗15类常见的振动故障及其特征频谱: 不平衡、不对中、偏心转子、弯曲轴、机械松动、转子摩擦、共振、皮带和皮带轮、流体动力激振、拍振、偏心转子、电机、齿轮故障、滚动轴承、滑动轴承。
一、不平衡不平衡故障症状特征：•振动主频率等于转子转速•径向振动占优势•振动相位稳定•振动随转速平方变化•振动相位偏移方向与测量方向成正比1、力偶不平衡力偶不平衡症状特征：•同一轴上相位差180°•存在1X转速频率而且占优势•振动幅值随提高的转速的平方变化•可能引起很大的轴向及径向振动幅值•动平衡需要在两个修正面内修正2、悬臂转子不平衡悬臂转子不平衡症状特征：•径向和轴向方向存在1X转速频率•轴向方向读数同相位，但是径向方向读数可能不稳定•悬臂转子经常存在力不平衡和力偶不平衡两者，所以都需要修正二、不对中1、角向不对中角向不对中症状特征：•特征是轴向振动大•联轴器两侧振动相位差180°•典型地为1X和2X转速大的轴向振动•通常不是1X，2X或3X转速频率占优势•症状可指示联轴器故障2、平行不对中平行不对中症状特征：•大的径向方向相位差180°的振动严重不对中时，产生高次谐波频率•2X转速幅值往往大于1X转速幅值，类似于角向不对中的症状•联轴器的设计可能影响振动频谱形状和幅值3、装斜的滚动轴承装斜的滚动轴承症状特征：•振动症状类似于角向不对中•试图重新对中联轴器或动平衡转子不能解决问题•产生相位偏移约180°的侧面•对侧面或顶部对底部的扭动运动三、偏心转子偏心转子症状特征：•在转子中心连线方向上最大的1X转速频率振动•相对相位差为0°或180°•试图动平衡将使一个方向的振动幅值减小，但是另一个方向振动可能增大四、弯曲轴弯曲轴症状特征：•弯曲的轴产生大的轴向振动•如果弯曲接近轴的跨度中心，则1X转速频率占优势•如果弯曲接近轴的跨度两端，则2X转速频率占优势•轴向方向的相位差趋向180°五、机械松动1、机械松动(A)机械松动 (A) 症状特征：•机器底脚结构松动引起的•基础变形将产生“软底脚”问题•相位分析将揭示机器的底板部件之间垂直方向相位差约180°2、机械松动(B)机械松动(B)症状特征：•由地脚螺栓松动引起的•可能产生0.5X、1X、2X和3X转速频率振动时，由裂纹的结构或轴承座引起的3、机械松动(C)机械松动(C)症状特征：•相位经常是不稳定的•将产生许多谐波频率六、转子摩擦转子摩擦症状特征•振动频谱类似于机械松动•通常产生一系列可能激起自激振动的频率•可能出现转速的亚谐波频率振动•摩擦可能是部分圆周或整圆周的七、共振共振症状特征：•当强迫振动频率与自振频率一致时，出现共振•轴通过共振时，相位改变180°，系统处于共振状态时，将产生大幅值的振动八、皮带和皮带轮1、皮带共振皮带共振症状特征：•如果皮带自振频率与驱动转速或被驱动转速频率一致，则可能出现大幅值的振动•改变皮带张力可能改变皮带的自振频率2、皮带磨损、松动或不匹配皮带磨损、松动或不匹配症状特征：•往往2X转速频率占优势•振动幅值往往是不稳定的，有时是脉冲、频率或是驱动转速频率，或是被驱动转速频率•齿形皮带磨损或不对中，将产生齿轮皮带频率大幅值的振动•皮带振动频率低于驱动转速或被驱动转速频率3、偏心皮带轮偏心皮带轮症状特征：•偏心或不平衡的皮带轮，将产生1x转速频率的大幅值的皮带轮振动•在皮带一致方向上的振动幅值最大•试图动平衡偏心皮带轮要谨慎4皮带/皮带轮不对中皮带/皮带轮不对中症状特征：•皮带轮不对中将产生1X转速频率的大幅值的轴向振动•电动机上振动幅值最大的往往是风机转速频率九、流体动力激振1、叶片通过频率流体动力激振症状特征：•如果叶片与壳体之间的间隙不均匀，叶片通过频率 (BPF) 振动的幅值可能很高•如果摩擦环卡在轴上，可能产生高幅值的叶片通过频率 (BPF) 振动•偏心的转子可能产生幅值过大的叶片通过频率 (BPF) 振动2、流体紊流流体紊流症状特征：•在风机中，由于流道内气流的压力变化或速度变化，往往会出现气流紊流流动•将产生随机的，可能在0到30赫兹频率范围的低频振动3、气穴气穴症状特征：•气穴将产生随机的，叠加在叶片通过频率( BPF) 上的高频宽带能量振动•通常说明进口压力不当•如果任凭气穴现象存在，将可能导致叶轮的叶片腐蚀和泵壳体腐蚀•声音听起来像砂石经过泵的声音十、拍振拍振症状特征：•拍振是两个频率非常接近的振动同相位和反相位合成的结果•宽带谱将显示为一个尖峰上下，波动本身在宽带谱上存在两个尖峰的频率之差就是拍频十一、偏心转子•电源频率FL（中国为50赫兹=3000转/分）•极数P•转子条通过频率Fb=转子条数*转子转速•同步转速NS=2XFL/P•滑差频率FS=同步转速-转子转速1、定子偏心、绝缘短路和铁芯松动定子偏心、绝缘短路和铁芯松动症状特征：•定子问题产生高幅值的电源频率，二倍 (2FL) 电磁振动•定子偏心产生不均匀的气隙，其振动的单向性非常明显•软底脚可能导致定子偏心2、同步电动机同步电动机症状特征：•同步电动机的定子线圈松动产生•高幅值的线圈通过频率振动•线圈通过频率两侧将伴随1X转速频率的边带3、电源相位故障电源相位故障症状特征：•相位问题将引起二倍电源频率•(2FL)伴有 (1/3) FL的边带•如果不修正电源故障，二倍电源频率 (2FL) 的电磁振动幅值可能超过25毫米/秒峰值•如果电源接头局部故障只是偶尔接触故障4、偏心转子偏心转子症状特征：•偏心转子产生旋转的、可变的气隙，它产生脉冲振动•经常要求进行细化谱分析，以分离二倍电源频率(2F) 与旋转转速的谐波频率5、转子断条转子断条症状特征：•旋转转速及其谐波频率两侧伴随极通过频率(Fp)边带说明转子断条故障•在转子条通过频率(RBPF)两侧，伴随二倍电源频率(2FL)边带说明转子条松动•往往是转子条通过频率(RBPF)的二倍( 2XRBPF)和三倍 (3XRBPF )幅值很高，而转子条通过频率(RBPF)的基频 (1XRBPF)的幅值很小十二、直流电机直流电动机故障症状特征：•利用可控硅整流器频率 (SCR) 高于正常的幅值可检测直流电动机故障•这些故障包括：绕组线圈断裂，保险丝和控制板故障，可产生1X到5X电源频率的高幅值振动十三、齿轮故障正常状态频谱：•正常状态频谱显示1X和2X转速频率和齿轮啮合频率GMF•齿轮啮合频率GMF通常伴有旋转转速频率边带•所有的振动尖峰的幅值都较低，没有自振频率1、齿载荷的影响齿载荷的影响症状特征：•齿轮啮合频率往往对载荷很敏感•高幅值的齿轮啮合频率GMF未必说明齿轮有故障•每次分析都应该在最大载荷下进行2、齿磨损齿磨损症状特征：•激起自振频率同时伴有磨损齿轮的1X转速频率的边带说明齿磨损•边带是比齿轮啮合频率GMF更好的磨损指示•当齿轮的齿磨损时齿轮啮合频率的幅值可能不变3、齿轮偏心和侧隙游移齿轮偏心和侧隙游移症状特征：•齿轮啮合频率GMF两侧较高幅值的边带说明，齿轮偏心侧隙游移和齿轮轴不平行•有故障的齿轮将调制边带•不正常的侧隙游移通常将激起齿轮自振频率振动4、齿轮不对中齿轮不对中症状特征：•齿轮不对中总是激起二阶或更高阶的齿轮啮合频率的谐波频率，并伴有旋转转速频率边带•齿轮啮合频率基频(1XGMF)的幅值较小，而2X和3X齿轮啮合频率的幅值较高•为了捕捉至少2XGMF频率，设置足够高的最高分析频率Fmax 很重要5、断齿/裂齿断齿/裂齿症状特征：•断齿或裂齿将产生该齿轮的1X转速频率的高幅值的振动•它将激起自振频率振动，并且在其两侧伴有旋转转速基频边带•利用时域波形最佳指示断齿或裂齿故障•两个脉冲之间的时间间隔就是1X转速的倒数6、齿磨损摆动的齿症状特征：•摆动的齿轮的振动是低频振动，经常忽略它十四、滚动轴承1、滚动轴承故障发展的第一阶段滚动轴承故障发展的第一阶段症状特征：•超声波频率范围(>250K赫兹) 内的最早的指示，利用振动加速度包络技术（振动尖峰能量gSE）可最好地评定频谱2、滚动轴承故障发展的第二阶段滚动轴承故障发展的第二阶段症状特征：•轻微的故障激起滚动轴承部件的自振频率振动•故障频率出现在500-2000赫兹范围内•在滚动轴承故障发展第二阶段的末端，在自振频率的左右两侧出现边带频率3、滚动轴承故障发展的第三阶段滚动轴承故障发展的第三阶段症状特征：•出现滚动轴承故障频率及其谐波频率•随着磨损严重出现故障频率的许多谐波频率，边带数也增多•在此阶段，磨损可以用肉眼看见，并环绕轴承的圆周方向扩展4、滚动轴承故障发展的第四阶段滚动轴承故障发展的第四阶段症状特征：•离散的滚动轴承故障频率消失，被噪声地平形式的宽带随机振动取代之•朝此阶段末端发展，甚至影响1X转速频率的幅值•事实上，高频噪声地平的幅值和总量幅值可能反而减小十五、滑动轴承1、油膜振荡不稳定性油膜振荡症状特征：•如果机器在2X转子临界转速下运转，可能出现油膜振荡•当转子升速到转子第二阶临界转速时，油膜涡动接近转子临界转速，过大的振动将使油膜不能支承轴•油膜振荡频率将锁定在转子的临界转速。
转动机械常见故障及其频率特征31页PPT
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
转动机械常见故障及其频率特征
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
31
机械故障诊断—第四章 旋转机械故障诊断
2
制造原因
1制造误差大 2材质不均匀 3动平衡精度低 1转子上零部件安装错误 2零件漏装
3
安装维修
1转子有较大预负荷
4
操作运行
1介质带液，造成腐蚀 2介质脏，造成结垢
1超速、超负荷运行 2入口阻力大，导致部件损坏，进人 流道松动
1转子回转体结垢 2转子腐蚀
图4.1 转子力学模型
由于有偏心质量m和偏心距e的存在，当转子转动 时将产生离心力、离心力矩或两者兼而有之。离心 力的大小与偏心质量m、偏心距e及旋转角速度ω有 F me 2 。众所周知，交变的力(方向、大小 关，即 均周期性变化)会引起振动，这就是不平衡引起振动 的原因。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与转速相一致。
例2：某52万吨／年尿素装置CO2压缩机组低压缸转子，大修后开车振动值 正常，但在线监测系统发现其振动值有逐步增大的趋势。其时域波形为 正弦波，分析其频谱，以1×频为主，分析其矢量域图，相位有一个缓慢 的变化。如图4.7所示。
(a)时域波形
(b)幅值谱
(c)振动趋势
(d)矢量域图
图4.7 CO2压缩机渐变不平衡振动特征
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： 1. 振幅随转速的上升而增加； 2. 振动的频率与转子的旋转频率相同； 3. 振动方向以径向为主； 4. 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。
最新国际标准ISO-10816是ISO-2372的升级版
节圆直径 滚珠直径 接触角 滚珠数 轴的转速
保持架碰外环 保持架碰内环
f
f
1 d (1 cos ) R 2 D
1 d (1 cos ) R 2 D
滚动轴承故障的频谱
PI
PO
1X 2X 频 率 故障基本 频率6.71X
电机
离心泵
• 轴承每一种零件有 其特殊的故障频率。 • 随着故障发展，它 的幅值增加，并有 谐波；谐波两边产 生边频。 • 还可用非频率域的 诊断方法，如共振 解调。
轮的故障诊断
强 迫 振 动 类 故 障
不对中 磁拉力 不平衡 松 动
正进动
齿轮故障
反进动自 激 振 动 类 来自 障滚动轴承R: 转动频率
TO
TI
转子不平衡故障的频谱
轴向很小
齿轮 风机 透平 箱 • 波形为简谐波，少毛刺。 • 轴心轨迹为圆或椭圆。 • 1X频率为主。 • 轴向振动不大。 • 振幅随转速升高而增大。
基本频率的 四个谐波
带滚动轴承的机械的频谱特点
3.5
3.0 Velocity in mm/s pk
不平衡
不对中
2.5
2.0
松动
滚动轴承故障频率
1.5
1.0
0.5
0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50×R Frequency in order
倒频谱分析诊断法
• 倒频谱分析用于识别频谱图中的周期 结构 • 倒频谱的定义和有关的术语 • 倒频谱分析主要应用于滚动轴承和齿
滚动轴承的振动
• 轴承的故障诊断与状态监测是机械设备故 障诊断技术的重要内容。 • 旋转机械的故障中轴承的损坏故障约占 30%。 • 轴承的运行质量除轴承元件本身的加工质 量外，轴承的安装及装配质量影响很大。
15类39个机械振动故障及其特征频谱讲解的非常详细你学会了吗
15类39个机械振动故障及其特征频谱讲解的非常详细你学会了吗学会了。
机械振动故障是指机械设备在运行中出现的振动异常现象，它是机械设备磨损、松动、不平衡、共振等问题的表现。
了解机械振动故障及其特征频谱对于检测和预防故障具有重要意义。
下面将详细介绍15类39个机械振动故障及其特征频谱。
1.不平衡故障：当旋转部件不平衡时会引起振动，其特征频谱多在主轴转速及其倍频处出现。
2.轴承故障：常见的轴承故障有滚动体故障、内外圈故障和滚道故障。
其特征频谱包含滚动体抛出频率、倒流频率、内圈通过、外圈通过频率等。
3.齿轮故障：齿轮故障主要包括齿轮缺陷、齿根断裂和齿面磨损。
特征频谱包括齿轮传动频率及其倍频、齿轮包络谱等。
4.松动故障：机械设备过程中的松动故障会导致振动异常。
特征频谱一般包括主共振频率及其倍频。
5.磨损故障：磨损故障是机械设备使用时间过长导致的故障，其特征频谱一般包括零件接触频率、偏心频率等。
6.传动带故障：传动带在工作中容易出现断裂、脱落等故障，其特征频谱包括带速频率、杂音频率等。
7.轴弯曲故障：轴弯曲会引起振动异常，其特征频谱一般包括弯曲频率及其倍频。
8.泵故障：泵故障常见的有叶轮裂纹、泵轴弯曲等，特征频谱包括泵叶轮频率、泵叶片共振频率等。
9.电机故障：电机故障主要有轴承故障、定子故障等，特征频谱包括电机1倍频、整周期故障频率等。
10.切削形状异常：机械设备切削形状异常也会导致振动异常，特征频谱包括刀具频率、零件频率等。
11.错位故障：轴同步装置故障会导致振动异常，特征频谱包括传动带频率等。
12.泄漏故障：机械设备泄漏故障会导致振动异常，特征频谱包括泄漏频率等。
13.气动故障：气动系统故障会引起振动异常，特征频谱包括气体脉动频率等。
14.液压故障：液压系统故障会导致振动异常，特征频谱包括液压湍流频率等。
15.电控故障：电控系统故障会引起机械设备振动异常，特征频谱包括开关频率、电机倍频等。
以上是15类39个机械振动故障及其特征频谱的详细介绍。
转动机械常见故障的频率特征
PO 1X 频率 2X 频率 叶片通 过频率
出现 2X 频率成分。 轴心轨迹成香蕉形或8字形。 轴向振动一般较大。 本例中，出现叶片通过频率。
水泵
MO
PI
MI
电机
转子不对中的类型
综合不对中 e 0, 0
平行不对中 e 0, = 0
正确对中 e = 0, = 0
角度不对中 e = 0, 0
转动机械常见故障的频率特征
转子不平衡故障的频谱
波形为简谐波，少毛刺。 轴心轨迹为圆或椭圆。 1X频率为主。 轴向振动不大。 振幅随转速升高而增大。 过临界转速有共振峰。
透平
风机
TO
TI
齿轮箱
1X频率(水平)
1X频率(水平)
1X频率(铅垂)
1X频率(铅垂)
轴向很小
轴向很小
转子不平衡的类型
转子不对中故障的频谱
输入轴
啮合频率 GMF
上边频
下边频
2X
根据相应的国际标准、国家标准、行业标准等， 如： ISO， GB， API 等。
以机器正常状态的振动值作为基数，自己和自己比。
与同类机器的振动值作比较。
相对法
类比法
确定报警值和危险值的方法
转机振动标准举例(轴承振动) I测量频率范围 10～1000Hz
电机
离心泵
PI
PO
1X 2X 频率
故障基本 频率6.71X
基本频率的 四个谐波
带滚动轴承的机械的频谱特点
不平衡
不对中
松动
滚动轴承故障频率
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50×R Frequency in order
mm/s pk
转动设备常见故障类型诊断
皮带传动故障诊断总结各种故障特征征兆皮带传动故障诊断要点1）检查皮带频率的2、4、6倍频处的径向振动。
如果有较大的峰值，则存在故障。
2）检查轴向振动，如果与径向振动一样，也在皮带频率2倍频处有较大峰值，则为皮带轮不对中。
3）在时域波形每转一周出现2个、4个、6个峰值。
皮带频率=л·（皮带轮转速·皮带轮直径/皮带长度）补充：皮带与皮带轮的主要故障有两个皮带轮偏斜，即没有达到四点一线；皮带张力不够，即皮带松。
皮带轮偏斜可以通过皮带特征频率看出来，由于一组皮带经常是多根，常表现出来的故障频率有2、4、6、8倍频中的某一个或几个占主导。
皮带松可以通过计算皮带轮的变速比，推算出从主动轮到被动轮的精确转频，看是否偏低。
另一个问题是松动，如果电机表现出很高幅值的皮带振动频率，超出因皮带轮偏斜产生的力所能达到的振幅，不要轻易下结论说是皮带轮偏斜，当然有这样的因素在里面，主要的原因可能是底座刚度不足，所引起的强迫振动或共振。
转子或轴裂纹的诊断要点1）转子或轴裂纹日渐扩展和加深，其1、2倍频分量的幅值随时间而稳定地增长，这是存在裂纹与其他产生1、2倍频分量的故障之间的最大区别。
所以，应对转子1、2倍频分量进行长期状态监测的基础上进行趋势分析，当能够确认上述二个频率分量的幅值随时间呈稳定增长趋势时，可能存在转子或轴裂纹。
2）在升速或降速过程中，当转速通过1/2倍一阶临界转速时，2倍频分量由于共振而对裂纹非常敏感，其幅值会发生显著变化。
同理3倍频分量也有同样的表现。
分析频率/采样点数/谱线数的设置要点1．最高分析频率：Fm指需要分析的最高频率，也是经过抗混滤波后的信号最高频率。
根据采样定理，Fm与采样频率Fs之间的关系一般为：Fs=2.56Fm；而最高分析频率的选取决定于设备转速和预期所要判定的故障性质。
2．采样点数N与谱线数M有如下的关系：N=2.56M 其中谱线数M与频率分辨率ΔF及最高分析频率Fm有如下的关系：ΔF=Fm/M 即：M=Fm/ΔF 所以：N=2.56Fm/ΔF采样点数的多少与要求多大的频率分辨率有关。
旋转机械的常见故障
旋转机械的常见故障旋转机械的常见故障有很多，包括不平衡、不对中、轴弯曲和热弯曲、油膜涡动和油膜振荡、蒸汽激振、机械松动、转子断叶片与脱落、摩擦、轴裂纹、旋转失速与喘振、机械偏差和电气偏差等。
1、不平衡是各种旋转机械中最普遍存在的故障引起转子不平衡的原因是多方面的，如转子的结构设计不合理、机械加工质量偏差、装配误差、材质不均匀、动平衡精度差；运行中联轴器相对位置的改变；转子部件缺损，如：运行中由于腐蚀、磨损、介质不均匀结垢、脱落；转子受疲劳应力作用造成转子的零部件（如叶轮、叶片、围带、拉筋等）局部损坏、脱落，产生碎块飞出等。
2、转子不对中通常是指相邻两转子的轴心线与轴承中心线的倾斜或偏移程度。
转子不对中可分为联轴器不对中和轴承不对中。
联轴器不对中又可分为平行不对中、偏角不对中和平行偏角不对中三种情况。
平行不对中时振动频率为转子工频的两倍。
偏角不对中使联轴器附加一个弯矩，以力图减小两个轴中心线的偏角。
轴每旋转一周，弯矩作用方向就交变一次，因此，偏角不对中增加了转子的轴向力，使转子在轴向产生工频振动。
平行偏角不对中是以上两种情况的综合，使转子发生径向和轴向振动。
轴承不对中实际上反映的是轴承座标高和轴中心位置的偏差。
轴承不对中使轴系的载荷重新分配。
负荷较大的轴承可能会出现高次谐波振动，负荷较轻的轴承容易失稳，同时还会使轴系的临界转速发生改变。
3、轴弯曲是指转子的中心线处于不直状态。
转子弯曲分为永久性弯曲和临时性弯曲两种类型。
转子永久性弯曲是指转子的轴呈永久性的弓形，它是由于转子结构不合理、制造误差大、材质不均匀、转子长期存放不当而发生永久性的弯曲变形，或是热态停车时未及时盘车或盘车不当、转子的热稳定性差、长期运行后轴的自然弯曲加大等原因所造成。
转子临时性弯曲是指转子上有较大预负荷、开机运行时的暖机操作不当、升速过快、转轴热变形不均匀等原因造成。
转子永久性弯曲与临时性弯曲是两种不同的故障，但其故障的机理是相同的。
转动机械常见故障及其频率特征资料重点
转动机械常见故障及其频率特征资料重点转动机械是指依靠旋转运动来完成工作的机械设备，包括电机、风机、泵等。
这些机械设备在长时间运行的过程中，常常会遇到一些故障。
了解并掌握这些故障及其频率特征，对于提高设备的可靠性和运行效率具有重要意义。
以下是一些转动机械常见故障及其频率特征的重点概述：1.轴承故障：轴承故障是转动机械中最常见的故障之一、轴承故障的频率特征包括频谱分析中的频谱峰值，通常以倍频为特征。
其他可能的特征包括振动加速度、速度和位移等参数的变化。
2.不平衡故障：不平衡是指转动机械在运行过程中由于质量不均匀分布导致的问题。
不平衡故障的频率特征主要包括由于不平衡引起的径向振动频率。
此外，还应注意检查频谱中的谐波振动频率，这些频率通常会出现在不平衡故障的频谱中。
3.错位故障：错位故障是指转动机械中轴心与旋转件中心不重合的问题。
错位故障的频率特征主要表现为以旋转频率为中心的低频分量。
同时，对于大型机械设备，还可能会出现由于错位引起的回转频率。
4.轮齿故障：对于齿轮传动的转动机械，轮齿故障是常见的问题之一、轮齿故障的频率特征主要包括齿轮传动频率及其倍频，以及其谐波振动频率。
5.润滑故障：润滑故障包括油液流量问题、油液质量问题和油温过高等。
润滑故障的频率特征主要体现在振动和声音信号中的周期性模式变化上。
以上仅是一些转动机械常见故障及其频率特征的重点概述。
在实际应用过程中，具体的故障和频率特征可能会有所不同，需要根据具体设备的特点进行分析和判断。
对于转动机械的故障诊断和预防，可以借助振动分析、声学分析、热成像等技术手段来进行监测和判断。
及早发现并处理这些故障，可以提高设备的可靠性和运行效率，减少意外停机和维修成本。
转动机械常见故障的频率特征
随着齿轮故障发展，边频
越来越丰富，幅值增加。
下边频 2X
上边频
可用倒频谱作进一步分析。
可编辑ppt
13
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。
出现0.5X，1.5X， 2.5X，3.5X...等 频率成分
可编辑ppt
8
滚动轴承故障的特征频率
外环故障频率
D
f z(1dcos)R
d
2D
内环故障频率
f z(1dcos)R
2D
滚珠故障频率
D — 节圆直径
f D d1(D d)2co2sR
保持架碰外环
d — 滚珠直径
— 接触角
f 1(1dcos)R
可编辑ppt
10
带滚动轴承的机械的频谱特点
Velocity in mm/s pk
3.5
不平衡 3.0
不对中 2.5
松动 2.0
1.5
滚动轴承故障频率
1.0
0.5
0
0 5 10 15 20 25 可30编辑3pp5t 40 45 50×R
11
Frequency in order
Displacement in m pk to pk
旋转机械 滑动轴承
1234 56 78
滚动轴承 齿轮
报警值 ＝(2~3) 正常值
危险值 ＝(4~6) 正常值
可编辑ppt
17
类比法确定振动限值
设备号
测点
ABCD
旋转机械故障类型及其振动特征
旋转机械故障类型及其振动特征在实际工作中，如何从振动信号频谱中识别出故障特征是一项较难的工作。
尤其对刚从事故障诊断工作的人员来说，更是如此。
有人曾把学习如何识别振动谱图比作学习一种新的工程语言，此比喻很形象。
在分析谱图时应抓住重点，忽略次要因素，以确定故障类型，找出设备存在的问题。
在分析振动谱图时，要记住两条原则：1、频率形态（大小及其变化等）代表故障类型；2、幅值代表故障劣化程度。
下面我们针对一些典型故障分析实际的振动谱图。
一、不平衡泵、风机、电动机使用一段时间后，由于磨擦、积灰等原因，使转子质心改变，出现不平衡。
不平衡的特点是：1、振动频率单一，振动方向以径向为主。
在工频（亦称转频）（1X ）处有一最大峰值，（转子若为悬臂支承，将有轴相分量）；2、在一阶临界转速内振幅随转速的升高而增大；3、谱图中一般不含工频（1X）的高次谐波（2X、3X ……）。
一台射流泵正常运转时在工频（1800r／min）处幅值最大，达1.5μm。
3 个月后再测量，同一处的最大峰值已是 2.83μm，达到泵安全运行的报警值。
拆机修理发现一异物缠绕在叶轮上，改变了质心。
除异物，工频处幅值仅为0.97μm，振幅明显减小，泵运行正常。
最大峰值均在工频 1X 处，当 IX 处幅值升高时，2X、3X、4X 处的幅值有所降低，故障排除后，1X处幅值有所降低，2X、3X、4X处的幅值又恢复到原来状态，几乎不变。
二、不对中及轴弯曲虽然人们普遍认为机械振动主要是不平衡所致，但就旋转机械而言，70％-75％的振动是不对中引起的。
不对中有两种：平行不对中和角度不对中。
平行不对中径向振动比较突出，角度不对中轴向振动更突出、两者在机器端部或联轴器两边都有180°的相位差。
不对中振动的特点：1．在 2X处有大的能量分布；2．随着不对中程度的增加，产生很大的轴向振动分量；3．在联轴器的两边振动的相位关系是180°＋30°；4．在 2X处的幅值大于 1X处的 50％时意味不对中程度已加剧。
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转 机 振 轴 动 振 标 动 准 举 例
( )
VDI－德国工程师协会 IEC －国际电工协会 API － 美国石油协会 NEMA － MITI/JEAC －
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
报警值 ＝(2~3) 正常值 危险值 ＝(4~6) 正常值
转子不对中故障的频谱
MO
MI PI PO2X 频率电机 水泵1X 频率
出现 2X 频率成分。 轴心轨迹成香蕉形或8 字形。 轴向振动一般较大。 本例中，出现叶片通过 频率。
叶片通 过频率
转子不对中的类型
正确对中 e = 0, = 0
平行不对中 e 0, = 0
角度不对中 e = 0, 0
报警值 8 .8 7 .6 6 .3 3 .3 3 .3 2 .5 3 .0
单 位 m m /s p k m m /s p k m m /s p k m m /s p k m m /s p k m m /s p k g pk
mm/s pk
4
2
R 为机器的转动频率
0
0 5 10 15 20 25 30 35
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
齿轮箱
BS 输 入 轴
齿轮故障的频谱
上辊
啮合频率 GMF
OU OL
IS
下辊 齿轮啮合频率GMF等于齿数 乘以齿轮转速频率。 齿轮啮合频率两边有边频， 间距为1X。 随着齿轮故障发展，边频 越来越丰富，幅值增加。
40 R
8
滑 报动 警轴 参承 考机 值械 的
故障频率带 通 频 亚同步 基 频 2~3 倍 频 4~10 倍 频 叶片通过频率 基频相位
频率范围 (0 ~ 1 0 )× R (0 ~ 0 .8 )× R (0 .8 ~ 1 .8 )× R (1 .5 ~ 3 .5 )× R (3 .5 ~ 1 0 )× R 叶片数×R
PI PO
本例中最高 出现16X成分
电机
水泵
转速的精确 倍频成分 噪声水平高
波形出现许多毛刺。 谱图中噪声水平高。 出现精确的倍频2X， 3X…等成分。 松动结合面两边，振幅 有明显差别。
松动故障引起的间入谐量
未松动时的频 谱
松动时的频谱
出现0.5X，1.5X， 2.5X，3.5X...等 频率成分
报警值 8 .8 2 .5 4 7 .6 6 .3 5 .0 2 .5 30
单 位 m m /s p k m m /s p k m m /s p k m m /s p k m m /s p k m m /s p k 度
mm/s pk
6 4 2 00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 R
R 为机器的转动频率
强 迫 振 动 类 故 障
不对中 磁拉力 不平衡
自 激 振 动 类 故 障
R: 转动频率
转子不平衡故障的频谱
TO TI
轴向很小
透平
齿轮箱 风机
1X频率(铅垂) 1X频率(水平) 轴向很小
波形为简谐波，少毛刺。
轴心轨迹为圆或椭圆。 1X频率为主。 轴向振动不大。 振幅随转速升高而增大。
滚动轴承故障的特征频率
外环故障频率
f z 2 (1 d D cos ) R
d D
D— d — — z — R —
内环故障频率
f z 2 (1 d D cos ) R
滚珠故障频率
f D d 2 1 ( ) cos d D
2
R
节圆直径 滚珠直径 接触角 滚珠数 轴的转速频率
转动机械常见故障的频率特征
故障名称 不平衡 热弯曲 频率特征 1× R 1× R 2× R 2N × R N 为磁极对数 1 × R, 2 × R 等 松 动 也有 1 .5 × R, 转子内阻 2 .5 × R 等 啮合频率等于 齿轮故障 齿数×R ， 边带频率… 外环故障… 滚动轴承 内环故障… 滚珠故障… 轴向摩擦 径向摩擦 正进动 内腔积液 转动特征 同步正进动 同步正进动 正进动 故障名称 油膜涡动 油膜振荡 气隙振荡 频率特征 (0 .4 ~ 0 .4 9 )× R 等于低阶固有 频率 等于低阶固有 频率 失 稳 前 0 .5 × R 失稳后为低阶 固有频率 失 稳 前 0 .5 × R 失稳后为低阶 固有频率 失稳前小于低 阶固有频率 失稳后等于低 阶固有频率 失稳前小于低 阶固有频率 失稳后等于低 阶固有频率 反进动 正进动 正进动 转动特征 正进动 正进动 正进动
1X频率(铅垂)
1X频率(水平)
过临界转速有共振峰。
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 ， 轴 向 振动 和 轴 向 推 力 增大 ， 机器 效 率降 低 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
A B
A
A
I 级：小型机械
A
例15kW以下电机
B C C C C D D D D B B
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
A－优，B－良，C－可，D－不可
综合不对中 e 0, 0
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 有nX 成分（n为螺钉数）
齿式联轴节
膜片联轴节
转子系统松动故障的频谱
振 动 烈 度 m m /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
保持架碰外环
f 1 2 (1 d D cos ) R
保持架碰内环
f 1 2 (1 d D cos ) R
滚动轴承故障的频谱
PI
PO
1X 2X 频率 故障基本 频率6.71X
电机
离心泵
轴承每一种零件有其 特殊的故障频率。 随着故障发展，它的 幅值增加，并有谐波； 谐波两边产生边频。 还可用非频率域的诊 断方法，如共振解调。
基本频率的 四个谐波
带滚动轴承的机械的频谱特点
3.5
3.0 Velocity in mm/s pk
不平衡
不对中
2.5
2.0
松动
滚动轴承故障频率
1.5
1.0
0.5
0
0
5
10
15
20 25 30 35 40 45 50×R Frequency in order
带滑动轴承的机械的频谱特点
12.5
油膜涡动、碰摩
2X
下边频
上边频
可用倒频谱作进一步分析。
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。
转机振动标准举例(轴承振动)
ISO2372，ISO3945
C
D
C泵的振动超过同类诸泵的
振动一倍，C泵应定为有故障
8
6
报 警 参 考 值
滚 动 轴 承 机 械 的
故障频率带 通 频 基频、亚同步 2~3 倍 频 轴承带 I 轴 承 带 II 叶片通过频率 很高频
频率范围 (0 ~ 4 0 )× R (0 ~ 1 .2 ) × R (1 .5 ~ 3 .5 ) × R (3 .5 ~ 1 5 )× R (1 5 ~ 4 0 )× R 叶片数×R 40× R ~20kHz
7 8
类比法确定振动限值
设备号
A
测点
B
0 .0 6 0 .0 5 0 .0 7 0 .0 6
C
0 .0 6 0 .0 7 0 .1 4 0 .1 7
D
0 .0 6 0 .0 7 0 .0 5 0 .0 7
A
B
振动 烈度 c m /s
①H ②H ③H ④H
0 .0 6 0 .0 7 0 .0 6 0 .0 7