转动机械常见故障的频率特征

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 .0wk.baidu.com6 0 .0 7
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
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。
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。
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
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
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。
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
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
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
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
转子不对中故障的频谱
MO
MI PI PO
2X 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
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
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
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
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
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
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
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