旋转机械不平衡故障的诊断

《机械故障诊断技术》

读书报告

院系：机械与汽车工程学院

专业：机械设计制造及自动化

班级：13机制（升）

姓名：林媛

学号：1302224001

指导老师：王平

学年：2014-2015学年第一学期

旋转机械不平衡故障的诊断案例综述

The Summary of Unbalanced Rotating Machinery Fault Diagnosis Cases

【摘要】：

在理想的情况下回转体旋转与不旋转时，对轴承产生的压力是一样的，这样的回转体是平衡的回转体。但在实际应用中的各种回转体，由于材质不均匀

或毛坯缺陷、加工及装配中产生的误差，甚至设计时就具有非对称的几何形状

等多种因素，造成了回转体的不平衡，即使静态平衡了，回转体在旋转时，其

上每个微小质点产生的离心惯性力不能相互抵消，从而产生了不平衡的离心力，就造成了动态的不平衡。转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现

缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的故障。据统计，旋转机械约有70%的

故障与转子不平衡有关。因此，对不平衡故障的研究与诊断也最有实际意义。

【关键词】：

旋转机械转子不平衡故障诊断

【Abstract】：

In the ideal case, no matter how the rotary body is rotating or not rotating, the pressure on the bearings is the same, so that the rotary body is balanced. However, b ecause material is unevenblank has some defect and machining and assembling gene rate errors,even designing has been asymmetrical geometry and so on,the various rot ary body of the practical application become to be unbalanced. Even under Static bal ance.When the rotary body is rotating,centrifugal force of inertia generated on each t

iny particle can’t cancel each other out. Then the rotary body produce unbalanced ce ntrifugal force and cause dynamic imbalance. Rotor imbalance is due to partiality of mass of the rotor parts or the fault caused by rotor parts. It is most common fault of r otating machinery. According to statistics,70%fault of rotating machinery is about wi th the rotor imbalance. Therefore, there is best practical significance for research and diagnosis of unbalanced fault.

[Key Words] :

Rotating machinery; Rotor; Imbalance Fault diagnosis.

目录

前言 (1)

一、不平衡的种类 (1)

二、不平衡故障机理 (2)

三、不平衡故障的特征 (2)

四、转子不平衡的诊断方法 (4)

五、转子不平衡故障机理及诊断原因 (6)

六、案例分析 (7)

1、不平衡逐渐增大的故障诊断 (7)

2、原始质量偏心引起的不平衡 (14)

3、转子腐蚀造成的失衡 (16)

4、叶片磨损造成的转子失衡 (17)

5、气压机三种不同原因造成的不平衡故障 (19)

总结 (32)

参考文献 (34)

【前言】：

不平衡是质量和几何中心不重合所导致的一种故障状态（质心不在旋转轴上），不平衡带来的后果是增加附加载荷，是备和零部件损坏的最常见的故障

之一。转子（包括其组合件：叶轮、转轴、联轴器、键座等）不平衡是由于转

子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障，通常是由于加工误差，装配

误差，材料不均匀，以及运行中的腐蚀、磨损、结垢、零部件脱落等原因引起，这些因素有时只有一种，有时有几种同时存在，带来的后果是使有一定质量的

转子由于不平衡而引起偏心，具有了偏心质量，旋转时产生离心力，这个变化（大小、方向）的力就会引起机组振动。下面就针对转子不平衡做一下详细的

介绍和分析。

一、不平衡的种类

造成转子不平衡的具体原因很多，按发生不平衡的过程可分为原始不平衡、渐发性不平衡和突发性不平衡等几种情况:

(1)原始不平衡是由于转子制造误差、装配误差以及材质不均匀等原因造

成的，如出厂时动平衡没有达到平衡精度要求，在投用之初，便会产生较大的

振动。

(2)渐发性不平衡是由于转子上不均匀结垢，介质中粉尘的不均匀沉积，

介质中颗粒对叶片及叶轮的不均匀磨损以及工作介质对转子的磨蚀等因素造成的。其表现为振值随运行时间的延长而逐渐增大。

(3)突发性不平衡是由于转子上零部件脱落或叶轮流道有异物附着、卡塞造成，机组振值突然显著增大后稳定在一定水平上。不平衡按其机理又可分为静失衡、力偶失衡、准静失衡、动失衡四类。

二、不平衡故障机理

设转子的质量为M，偏心质量为m，偏心距为e，如果转子的质心到两轴承连心线的垂直距离不为零，具有挠度为a，如【图1】所示。

【图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有关，即F＝m eω2。众所周知，交变的力（方向、大小均周期性变化）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，振动的幅频特性及相频特性。

三、不平衡故障的特征

实际工程中，由于轴的各个方向上刚度有差别，特别是由于支承刚度各向不同，因而转子对平衡质量的响应在x、y方向不仅振幅不同，而且相位差也不是90°,因此转子的轴心轨迹不是圆而是椭圆，如图2所示。由上述分析知，转子不平衡故障的主要振动特征如下。(1)振动的时域波形近似为