旋转机械振动分析
旋转机械振动及频谱分析.ppt
图10两个相差90度相位角振动 的质量块系统
图11 两个相差180度相位角振动 的质量块系统
什么是振动相位？
振动相位是以角度为单位，通常是利用频闪灯或光电头测量得到。 下图给出了，振动相位与机器振动间的关系。
在左侧图中，机器上的轴承1和轴承2之间的振动相位差为0度（同 相振动），而在右侧图中的机器，轴承1和轴承2之间的振动相位差为 180度（反相振动）。
什么是振动
当有一个作用力施加在质量块上时，如向上托起质量块，如图 二所示，质量块向上运动，弹簧在这个力的作用下被压缩。
图2 质量块被一个向上的力激励
图3 撤除作用力后质量块的响应
一旦这个质量块达到上部极限位置时，撤除作用力，质量块开
始下落。质量块将下落通过平衡位置而继续向下运动到它的下部极 限位置处如图三所示。
图9 两个同相位振动的质量块振动系统
什么是振动相位？
图10给出了，两个相位差为90度的振动系统，即#2质量块超前#1质 量块1/4周（或90度）运动，或#1质量块相对滞后#2质量块90度。
图11给出了同样的两个质量块，相位差为180度时的振动情况，在 任何时刻，#1质量块向下运动的同时，#2质量块向上运动。
1987年国务院《全民所用制公交设备管理条例》
监测和诊断的各种手段
★ 振动：适用于旋转机械、往复机械、轴承、齿轮等。
★ 温度（红外）：适用于工业炉窑、热力机械、电机、电器等。 ★ 声发射：适用于压力容器、往复机械、轴承、齿轮等。 ★ 油液（铁谱） ：适用于齿轮箱、设备润滑系统、电力变压器等。 ★ 无损检测：采用物理化学方法，用于关键零部件的故障检测。 ★ 压力：适用于液压系统、流体机械、内燃机和液力耦合器等。 ★ 强度：适用于工程结构、起重机械、锻压机械等。 ★ 表面：适用于设备关键零部件表面检查和管道内孔检查等。 ★ 工况参数：适用于流程工业和生产线上的主要设备等。 ★ 电气：适用于电机、电器、输变电设备、电工仪表等。
旋转型机械设备振动与减振的探讨
旋转型机械设备振动与减振的探讨作者：张连军崔志敬在安装工程中，旋转型机械设备的振动是难以避免的，而超出承受力的振动将对设备本身产生极大的危害，也会对周边环境产生噪音污染。
如何经济有效的将设备的震动减小到最小值，是设计与施工应着重考虑的课题。
一般来说，旋转型机械设备的振动主要由以下几种原因形成：1.转子不平衡。
泵或风机等设备的叶轮或轴等旋转部件经长期运转行成腐蚀和磨损造成转子不平衡从而引起振动；2. 联轴器找正不准确引起设备振动。
设备在生产或安装时联轴器找正不准确使原动机和设备轴同心度差，从而引起设备振动；3.设备基础较轻引起振动。
由于基础太轻或不牢固，易形成设备与基础产生振动的同步性，从而形成强烈振动；4.临界转速引起振动。
设备轴的转速与转子的固有频率相同时就会发生强烈共振，我们常见有些设备在启动时会有较大幅度的振动，而在其正常运转时情况就会大大转好，就是这种原因。
此外泵类设备的振动原因还有汽蚀和喘振。
以上几点中，第4点是设备本体设计的问题，第3点较容易克服，汽蚀和喘振所引起的振动可以通过系统调节来解决，第1、2点原因指的设备内部旋转部分产生不平衡的惯性力矩和力矩强迫基础形成振动，这种振动是安装工程中最常见的。
下面我们主要对由这种原因引起的振动进行分析。
设备基础通常与基坑物质（土壤或其他刚性物质）直接接触，因此旋转设备的回转惯性力或往返惯性力皆传给基坑，从而引起基础与基坑物质的共同振动。
由于基础与基坑的不可分割性及吸振效果，所以通常情况下，我们可以将二者合二为一，看作是一个弹簧系统，从而建立一个单自由度减振系统模型（如下图所示）,即我们只考虑垂直方向上的力（水平方向上的力所产生的振动很容易被可视为水平面无限大的基坑所吸收），所以由工程力学原理可得：m0d2 A/( dt2)+K A=Mrω2cosωt ——式1其中m0——设备基础及设备本体质量K——弹簧刚性M——设备旋转部分质量A——弹簧系统竖向振幅R——旋转部分垂直干扰力r——设备旋转部分偏心距ω——旋转部分干扰圆频率以上数学式为设备基础及本体加速度产生的力、弹簧的作用力与设备本体旋转产生的垂直作用力（R= Mrω2cosωt）之间的数学关系。
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。
旋转机械振动分析与控制
旋转机械振动分析与控制旋转机械振动分析与控制旋转机械振动分析与控制是研究旋转机械系统中振动特性和控制方法的一门学科。
随着工业化进程的加快和现代制造业的快速发展，旋转机械的应用越来越广泛。
然而，旋转机械振动问题也逐渐凸显出来，给生产运行和设备维护带来了一定的困扰。
因此，进行旋转机械振动分析与控制的研究具有重要的理论和实践意义。
旋转机械的振动问题主要包括：不平衡振动、轴承振动、齿轮啮合振动、流体力学振动等。
这些振动问题会导致机械系统的性能下降、噪声增加、设备寿命缩短甚至损坏，严重影响生产效率和产品质量。
为了解决旋转机械振动问题，需要对其振动特性进行分析和研究。
首先，需要对机械系统的结构进行建模，确定其自由度和约束条件。
然后，运用振动力学理论和方法，推导出机械系统的振动方程。
通过求解这些振动方程，可以得到机械系统的振动响应，包括振动频率、振幅和相位等参数。
最后，通过对振动响应进行分析和评估，可以确定旋转机械系统的振动特性和存在的问题。
在旋转机械振动控制方面，有很多有效的方法和技术可供选择。
常见的控制方法包括：质量平衡、结构优化、主动控制和被动控制等。
质量平衡是通过在转子上增加质量块，使得旋转机械的质心与转轴中心重合，从而减小不平衡振动。
结构优化是通过改变机械系统的结构参数，提高其刚度和阻尼等性能，来减小振动响应。
主动控制是通过对机械系统施加控制力，改变其振动特性，达到减小振动的目的。
被动控制是通过安装减振器、减震器等装置，消耗和分散振动能量，从而减小振动响应。
随着技术的不断进步和创新，旋转机械振动分析与控制的研究也在不断深入。
新材料的应用、先进制造技术的推广以及智能控制技术的发展，为解决旋转机械振动问题提供了更多的手段和可能性。
未来的研究方向包括：振动信号处理与诊断、主动控制与智能控制、多学科优化设计等。
这些研究将进一步提高旋转机械系统的性能和可靠性，推动现代制造业的发展。
总之，旋转机械振动分析与控制是一门重要的学科，对于提高旋转机械系统的性能和可靠性具有重要的意义。
旋转机械振动故障诊断及分析
1.2靠背轮和转子找中心不正
a.靠背轮的影响 ⑴靠背轮平面瓢偏，当拧紧靠背轮螺丝后，转子将产生静变形 （即挠度），在轴颈上会呈现较大的晃摆，在旋转状态处，静 变形将产生旋转的强迫振动。 ⑵靠背轮连接螺栓有紧力差别，其产生的后果和瓢偏一样。 ⑶两个靠背轮止口或连接螺栓节圆不同心，当拧紧靠背螺丝后， 两个转子会产生偏心，这种偏心在旋转状态下直接产生激振力， 而且以力偶形式作用在两个相邻的轴承上。 靠背轮造成振动的特点是：振动的主要分量与转速相符，但 包含有一定的非基波分量，因此在激起普通强迫振动的同时， 可能还会激起高次谐波和分谐波共振。
4、转子动平衡质量 在线性系统（绝大多数情况），转子不平衡响 应的峰值与转子上残余不平衡量的大小成正比。 减少不平衡量可以明显地降低响应峰值，尽可能 的提高转子动平衡精度是提高转子振动品质的有 效措施。
5、转子温度效应 在高参数或超临界汽轮机中，高、中压转子温 度较高，这会引起转子材料弹性模量的变化。材 料的弹性模量随温度的升高而降低，从而使转子 的弯曲刚度和临界转速降低，故在分析计算中应 计入转子温度变化的影响。 当汽缸或轴承座温度较高时，会引起支撑系统 动刚度降低,使得轴瓦振动增大。当带负荷运行时， 如果转子存在不均匀的温分布，会导致转子产生 热弯曲，引起振动增大。
a.发电机转子的热不平衡 造成发电机产生热不平衡的原因是由于转子上 某些零件产生不对称热变形和转子热弯曲。产生 不对称热变形的零件主要是端部零件，特别是端 部线包，由于线包受热膨胀在径向发生不对称位 移，破坏了转子的质量平衡。 热弯曲的原因主要是由制造和材质方面的缺陷 所引起，另一方面是运行方面的原因引起的。
★ 影响旋转机械振动的因素
★ 汽轮发电机组的振源分析
★ 旋转机械的故障诊断
旋转机械振动及频谱分析
旋转机械振动及频谱分析
旋转机械振动是指由于旋转机械内部的不平衡、错位、传动链条松弛
等原因引起的振动现象。
这种振动不仅会影响机械设备的正常运行，还会
对设备的寿命和工作效率产生不利影响。
因此，对旋转机械振动进行频谱
分析是非常重要的。
频谱分析是振动分析中最常用的一种方法，它将振动信号分解为不同
频率的成分，并通过频谱图来表示。
在旋转机械振动的频谱分析中，通常
使用傅里叶变换将时域信号转换为频域信号。
通过频谱分析，可以获得机
械振动信号的频率、振幅和相位等信息。
另外，频谱分析还可以判断机械振动是否超过了允许范围。
在设备正
常工作时，机械振动通常都是存在的，但是如果振动超过了设备的允许范围，则可能会导致机械的故障和损坏。
通过频谱分析，可以将机械的振动
信号与设备的允许范围进行对比，及时发现问题并采取相应的修复措施。
在进行频谱分析时，需要注意一些技术和操作细节。
首先，要选择合
适的传感器和采样频率，以确保采集到准确可靠的振动信号。
其次，还需
要选择合适的频谱分析方法和工具，以确保分析结果的准确性和可靠性。
最后，还需要对分析结果进行合理解读和判断，以及采取相应的修复措施。
旋转机械振动分析案例ppt
案例分析与结论：对案例进行分析，包括对振动信号的特征提取、原因诊断和解决方案等 ，并得出结论。
研究成果与展望
研究成果展示
展示旋转机械振动分析案例的研究成果，包括所取得的实验 结果、数据分析方法和结论等。
采用振动隔离和减震技术
总结词
采用振动隔离和减震技术
详细描述
采用振动隔离和减震技术可以有效地减少机械振动对周围环境和设备本身的影响。这包括使用弹性支承、阻尼 材料和减震器等措施。
05
案例总结与展望
案例总结
案例背景介绍：介绍旋转机械振动分析案例的相关背景，包括旋转机械的应用领域、案例 的来源和目的等。
通过数学建模，可以求解振动系统的稳态和瞬态响应，为后续的振动分 析和控制提供依据。
旋转机械振动问题的仿真模型
01
02
03
旋转机械振动问题的仿真模型是通过 计算机模拟来再现旋转机械的振动现 象。
该模型基于力学和数学模型，通过数 值计算方法求解振动系统的动态行为 。
通过仿真建模，可以在计算机环境中 模拟振动系统的性能，预测不同条件 下的振动响应，为优化和控制提供支 持。
的重要基础设施。
旋转机械的稳定性和可靠性对 于生产Leabharlann 全和经济效益具有重要意义。
旋转机械振动问题的定义
旋转机械振动是指机械设备在旋转过程中产生的偏离平衡位置的位移或速度变化 。
振动可能导致设备部件的疲劳、磨损和性能下降，甚至引发重大事故。
旋转机械振动问题是一个复杂的技术难题，涉及机械、力学、电气等多个学科领 域。
04
旋转机械产生振动的原因
旋转机械产生振动的原因1.转子不平衡：转子是旋转机械的核心部件之一，如果在制造或装配过程中转子的质量分布不均匀，或者转子的质量中心与转轴的几何中心不一致，就会导致转子不平衡，产生振动。
2.转子偏心：转子在运行过程中，由于受到各种力的作用，会产生偏心现象。
例如，由于轴承老化或磨损，导致转子偏离理想中心位置，这样在旋转时会出现不规则的振动。
3.转轴弯曲：转轴在长期运行中可能会发生弯曲，这可能是由于过载、长期在偏心位置运行或轴材质不均匀等原因导致的。
当转轴弯曲时，会产生较大的离心力，从而导致旋转机械产生振动。
4.轴承异常：轴承是支撑旋转机械转子和传递负荷的重要组件。
当轴承存在异常时，如过早磨损或损坏，轴承回转不灵活，就会导致旋转机械产生振动。
5.转速不匀：旋转机械的转速不匀也是产生振动的原因之一、例如，在内燃机中，气缸的工作过程可能由于火花塞点火的时间、燃烧性能等因素的影响，导致固定转子的周期性加速和减速，从而产生振动。
6.故障松动：旋转机械的各种连接部件，如螺栓、齿轮、轴套等，如果松动或失效，就会导致机械系统不稳定，进而产生振动。
7.液动离心力：一些旋转机械中的工作流体（如离心泵等）在离心力作用下，会产生离心振动。
这种振动可以通过调整流体在机械内的流动方式或增加防振措施进行控制。
以上是旋转机械产生振动的主要原因。
为了减少或消除这些振动，需要采取相应的措施，例如：加强质量控制，保证转子的平衡性；定期检查和维护轴承，确保其正常工作；适当调整机械的结构和设计，降低振动产生的可能性；使用合适的润滑剂和制动装置，减少摩擦引起的振动等等。
第二章旋转机械振动分析基础
第⼆章旋转机械振动分析基础第⼆章旋转机械振动分析基础振动在设备故障诊断中占了很⼤的⽐重，是影响设备安全、稳定运⾏的重要因素。
振动⼜是设备的“体温计”，直接反映了设备的健康情况，是设备安全评估的重要指标。
⼀台机组正常运⾏时，其振动值和振动变化值都应该⽐较⼩。
⼀旦机组振动值变⼤，或振动变的不稳定，都说明设备出现了⼀定程度的故障。
第⼀节振动分析的基本概念振动是⼀个动态量。
图2.1所⽰是⼀种最简单的振动形式——简谐振动，即振动量按余弦或正弦函数规律周期性地变化，可以写为()?ω+=t A y sin （3-1）f πω2=；T f 1= 试中，y 振动位移；A 振动幅值，反映振动的⼤⼩；?振动相位，反映信号在t=0时刻的初始状态；ω为圆频率；f 为振动频率，反映了振动量动态变化的快慢程度；T 为周期。
图2.1简谐振动波形图2.2给出了三组相似的振动波形：图2.2（a ）为两信号幅值不等，图2.2（b ）为两信号相位不等，图2.2（c ）为两信号频率不等。
可见，为了完全描述⼀个振动信号，必须知道幅值、频率和相位这三个参数，⼈们称之为振动分析的三要素。
（a）幅值不等；（b）相位不等；（c）频率不等图2.2 三组相似的振动波型简谐振动时最简单的振动形式，实际发⽣的振动要⽐简谐振动复杂的多。
但是根据付⽴叶变换理论知道，不管振动信号多复杂，都可以将其分解为若⼲具有不同频率的简谐振动。
图2.3 付⽴叶变换图解旋转机械振动分析离不开转速，为了⽅便和直观起见，常以1x表⽰与转动频率相等的频率，⼜称为⼯（基）频，分别以0.5x、2x、3x等表⽰转动频率的0.5倍、2倍、3倍等相等的频率，⼜称为半频、⼆倍频、三倍频。
采⽤信号分析理论中的快速傅⽴叶变换可以很⽅便地求出复杂振动信号所含频率分量的幅值和相位。
⽬前频谱分析已成为振动故障诊断领域最基本的⼯具。
频谱分析所起的作⽤可以概括为以下两点：1）特定故障的频率特征具有必然性。
例如，转⼦不平衡的频率为⼯频，⽓流基振和油膜振荡等故障的频率为低频，电磁激振等故障为⾼频。
旋转机械振动故障分析讲义
1. 机械振动与转子动力学的基本概念 2. 旋转机械振动测试的基本概念 3. 转子平衡的基本概念与方法 4. 机组振动的标准
机械振动与转子动力学的基本概念
1. 什么是振动 在特指的机械系统中，我们把所有由质量 与弹性的物体组成一个动力系统（不是静 态的）产生的震荡运动称为振动。
返回返回常见振动信号对应的波形与频谱图常见振动信号对应的波形与频谱图11002001002003004001?以工频为主的振动常见振动信号对应的波形与频谱图常见振动信号对应的波形与频谱图21002001002003004002?有低频的次谐波振动常见振动信号对应的波形与频谱图常见振动信号对应的波形与频谱图321100200300400501001502002503003504002?有高频的超谐波振动常见振动信号对应的波形与频谱图常见振动信号对应的波形与频谱图42150100150200000500120406080100?随机振动常见振动信号对应的波形与频谱图常见振动信号对应的波形与频谱图521501002000400060008000100002返回返回瀑布图瀑布图?用某一测点在连续时间范围内测的的频谱图按时间顺序排列组成瀑布图通常是在相同的转速下
自激振动与参数振动（3）
• 参数振动属于自激振动的一种。 • 电厂中常见的自激振动有：
– 轴承的油膜振荡。 – 转子的汽流激振。 – 泵及管道的喘振。
返回
单自由度系统
•所谓单自由度系统就是 在任何时刻，系统的位置 只需要一个坐标就可以确 定，可以用一个方程就描述它的运动。
mx cx kx f sin(t)
... m1n x1 c11 c12
...
m2
n
QPZZ-II旋转机械振动分析及故障模拟实验系统配置说明
∶
2、 成 : 组 由变速驱动电机 、轴承 、齿轮箱 、轴、偏重转盘 、调速器等组成 。通过调节 配重,调 节部分的安装位置以及组件的有机组合快速模拟各种故障 。 系统的机械 圈缺陷、内圈缺陷、滚珠缺陷);有 缺陷的轴承 (外 部分还包括被测部件有 :有 齿的齿轮 (磨 损的齿轮 );旋 转圆盘的配重块 (在 圆盘圆周边缘 缺陷的齿轮 (断 每隔 10度一螺孔 ,用于固定和调平衡用的配重块) 开 转圆盘的配重块+专 有缺陷的齿轮+旋 用配套工具 平台+有 缺陷的轴承十 3、 要 参数 : 主
(8)静 平衡与动平衡计算功能 1) 2) l面 平衡法 2面 平衡法 、
困 ; Ⅲ丬 吲 少 书 昌 珥 u l 书
皿汾蹋酣霸郦孺+凶肖
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斟 漭 苗 ˇ 非
潲 茧 粥 涔 搏
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茁 郯 蚪 闭 耻
府 沸 涔 彗
济 茁 锵
赛 斟 茁 料 阐 诽 诗 沿 画
a ) 滚 轴承 故 障模 拟 : 动 可模拟 的故 障有 : 轴 内 可方便 的将 被 测 部分 的轴承更换成有缺 陷的轴承 。 承 圈损伤 、外 圈损 伤 、滚珠 损伤 , 轴承 安装 不 良, 轴承 与轴承座 之 间 的松动 。 b、 齿轮 故 障模 拟 : 通 过更换有 缺 陷 的齿 轮 , 可模拟 的故 障有 : 齿形误 差 、齿轮 磨损 。 c、 轴系 故 障模 拟 : 通 过调整轴 上 旋 转 圆盘 上 的平衡 重量 , 可以模 拟轴 不平衡 ( 或 叶轮不平 衡 ) 缺 陷 , 调整 轴座 底 盘 的安装位 置可 以模拟轴 安装 不对 中缺 陷 。 Rp d、 可变 速 模拟 在 不 同速度 条件 下 的故障特 征 , 变速 范 围为 7 5 - 1 4 ⒃ m 。
旋转机械振动分析基础
旋转机械振动分析基础一、引言旋转机械振动是指旋转机械运行过程中产生的机械结构的振动现象。
由于旋转机械的工作原理决定了它们在运行过程中不可避免地产生振动，而过大的振动会导致机械的损坏和性能下降，因此旋转机械振动分析具有重要的工程应用价值。
本文将介绍旋转机械振动分析的基础概念和方法。
二、旋转机械振动的类型1.变速振动：由于旋转机械的传动系统存在齿轮啮合、轴承传动等机械系统，其传动系统的不平衡和不匀速会导致振动速度的变化，从而产生变速振动。
2.转子动平衡振动：旋转机械的转子由于质量轮廓不一致或者轴承刚度不平衡等原因，转子会产生不平衡力矩，从而使整个机械结构产生振动。
3.阻尼振动：阻尼振动是指由于旋转机械的结构材料存在内部摩擦、空气阻力等因素，使机械振动以一定的幅度逐渐减小并最终消失的振动。
4.外界激励振动：由于外界激励导致机械结构振动，比如由于机械运行过程中的悬挂系统、地震机械结构的振动，以及风吹草动、频率和振幅变化的源数据导致的振动。
三、旋转机械振动分析的方法和技术1.振动感知与测量：通过使用传感器，如加速度计、速度计和位移传感器等，来感知和测量旋转机械的振动状况。
这些传感器可以将振动信号转换为电信号，并通过数据采集和处理系统进行记录和分析。
2.振动特征分析：通过对振动信号进行频域分析和时域分析，可以获取机械振动的频率和幅值等特征。
其中频域分析方法常用的有傅里叶变换和功率谱分析，时域分析方法常用的有包络分析和相关分析等。
3.故障诊断与预测：通过对旋转机械振动的特征进行分析和比对，可以判断机械结构是否存在故障，并进行故障诊断。
同时，结合故障样本的统计学分析和机械振动特征的剩余寿命预测模型，可以对机械故障的发生时间进行预测。
4.振动控制与减振：通过采取振动控制的手段来减少旋转机械的振动。
常用的控制方法包括动平衡调整、减振剂和阻尼器的应用等。
四、旋转机械振动分析的应用领域1.机械设备的故障诊断与维修：通过振动分析技术，可以实时监测机械设备的振动状态，及时发现故障并进行维修，从而提高设备的可靠性和使用寿命。
旋转机械振动分析案例
波形出现“削顶” 丰富的高次谐波
滚动轴承故障的振动诊断及实例
1. 滚动轴承信号的频率结构 滚动轴承主要振动频率有：
（1）通过频率 当滚动轴承元件出现局部损
伤时（如图中轴承的内外圈或 滚动体出现疲劳剥落坑），机 器在运行中就会产生相应的振 动频率，称为故障特征频率， 又叫轴承通过频率。
各元件的通过频率分别计算 如下：
测点A水平方向振动信号的频谱结构图
机械松动
地脚松动引起振动的方向特征及频率结构
实例 某发电厂1＃发电机组，结构如图。
1-汽轮机 2-减速机 3-发电机 4-励磁机 ①－后轴承 ②－前轴承
汽轮机前后轴承振动值
①
②
um P－P
um P－PLeabharlann H8530
V
15
6
A
28
28
振动信号所包含的主要频率成分都是奇数倍转频，尤以3倍 频最突出。另外，观察其振动波形振幅变化很不规则，含有 高次谐波成分。根据所获得的信息，判断汽轮机后轴承存在 松动。
取正号，方向相反则取负f号b 。
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实例
一台单级并流式鼓风机，由30KW电动机减速后拖 动，电动机转速1480r/min,风机转速900r/min。两 个叶轮叶片均为60片，同样大小的两个叶轮分别装在两 根轴上，中间用联轴器链接，每轴由两个滚动轴承支承， 风机结构如图所示。
群，这是轴承元件的固有频率。图b是低频段的频谱， 图中清晰地显示出转速频率（15Hz），外圈通过频率 （61Hz），内圈通过频率（88Hz）及外圈通过频率的2 次、3次谐波（122Hz和183Hz），图c是加速度时域波 形 ， 图上 显示出间 隔为 5.46ms的波峰 ， 其频率亦 为 183Hz（1000÷5.46＝183Hz），即为外圈通过频率的 三次谐波，与频谱图显示的频率相印证（见图4－ 38b），据两个频段分析所得到的频率信息，判断轴承 外圈存在有故障，如滚道剥落、裂纹或其它伤痕。同时 估计内圈也有一些问题。
如何对旋转机械设备进行振动分析检测？
如何对旋转机械设备进⾏振动分析检测？亚泰光电来源：亚泰光电机器设备的旋转部件会不时产⽣频率介于50Hz～10kHz之间的振动，我们可以测量设备的振动幅度，以便从中了解滚轴及其它转动部分的物理状态，这个监控过程⼀般称为振动分析。
这些设备如果出现机械问题及电⽓问题，均会引起振动幅度的变异，振动⼤⼩与设备问题的严重性息息相关。
如果能掌握振动的⼤⼩及变异来源，就能在设备尚未严重恶化之前，事先完成检修⼯作，以避免造成设备更⼤的损坏，⽽影响⽣产或增加维修费⽤。
⼀、振动显⽰信号 设备振动显⽰出来的信号⽐较复杂，但从确定性⾓度，分为确定性信号和⾮确定性信号。
在旋转部件中，有不少是确定性信号： 机组的联接及转⼦存在不对中、不平衡。
齿轮箱中轮齿的点蚀、剥落、断齿 滚动轴承中零部件损坏 滑动轴承中存在油膜涡动等等这些常见的故障。
这些确定性信号都有可以⽤函数关系来描述，即通过理论计算和频谱分析技术均可确定它们的特征频率，从⽽确定故障的类型和部位。
振动分析仪利⽤电压加速度传感器将振动信号转换为电信号。
⽽对电信号进⾏处理和分析，就能反推出设备各种振动量的准确值。
从振动量的值来了解设备及其部件的状况，进⽽判断这些设备运转状态是否良好。
这样就可以把检测到的振动情况可作为是否停机之依据，降低意外当机的机率。
还可以分析出故障的部位和故障原因，并推断出检修的⽅法。
⼆、振动的⼀些基本概念 为了更好地研究振动分析设备故障诊断技术，⾸先要对振动有⼀定的了解。
1、表⽰振动的要素包括：振幅、频率、相位、能量等。
振幅：表明振动幅度的⼤⼩，振幅能说明设备或部件损坏的严重程度。
频率：表明振动的来源，能说明设备或机械组件损坏的原因。
相位：代表测点间振动的相互关系，能说明设备或机械组件的运转模态。
能量：代表振动的破坏⼒，设备或机械组件损坏的冲击状况。
2、其中振幅有三种数据类型：位移值(毫⽶)、速度值(毫⽶/秒)、加速度值。
位移值，⽤于低转速成设备诊断上。
旋转机械的振动监测与诊断
• 4、操作运行 ①过程/工艺参数（如介质的温度、压力、流量、负荷等）
偏离设计值，机器运行工况不正常
②机器在超转速、超负荷下运行，改变了机器的工作特性
③运行点接近或落入临界转速区
④润滑或冷却不良 ⑤转子局部损坏或结垢 ⑥启停机或升降速过程操作不当，暖机不够，热 膨胀不均 匀或在临界区停留时间过久������ • 5、机器劣化 ①长期运行，转子挠度增大或动平衡劣化 ②转子局部损坏、脱落或产生裂纹 ③零部件磨损、点蚀或腐蚀等 ④配合面受力劣化，产生过盈不足或松动等，破 坏了配合性质和精度 ⑤机器基础沉降不均匀，机器壳体变形
旋转机械转速一般都较高，对故障诊断技术的要求就特别 迫切，如汽轮发电机、压缩机、风机、大型轧钢机等。旋 转机械正朝着大型、高速和自动化方向发展，这对提高安 全性和可靠性，对发展先进的状态监测与故障诊断技术， 提出了迫切的要求。进而形成了近年来国内外广泛的旋转 机械振动监测和故障诊断技术。
机械振动
旋转机械的振动 监测与诊断
主要内容
旋转机械的振动及故障概论 旋转机械的监测参数
旋转机械振动故障分析常 用方法
旋转机械的典型故障及其诊 断方法
1、旋转机械的振动及故障概论
旋转机械的定义 旋转机械是指主要功能由旋转运动来完成的机械，尤其是 指主要部件作旋转运动的、转速较高的机械。
旋转机械覆盖了动力、电力、化工、冶金、机械制造等重 要工程领域。
指轴系转子之间的连接对中程度，它与各轴承 之间的相对位置有关，不对中故障是旋转机械的 常见故障之一。 5’ 温度
轴瓦温度反映轴承运行情况。 6’ 润滑油压
反映滑动轴承油膜的建立情况。
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3、旋转机械振动故障分析常用方法
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由于动静叶片间干涉。 2. 叶轮和导叶间干涉,喷头和叶轮间干涉
引起的振动。
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高频
气浊
流体音 振动
1.流体机械中，由于局部压力降低，产生气 泡，气泡压力增高，破灭时即产生高频振动 并有音响。 1.流体机械中，因压力机构异常或密封机构 异常等产生的一种涡流，一般是随机高频振 动和音响。
透平压缩机（气轮压缩
高速旋转机 机）
械：
煤气透平机（燃气轮机）
蒸汽透平机
一般旋转机 泵、风扇、鼓风机
械
蒸汽透平机
每日 每周
一般情况下，轴承劣化初期，劣化是慢慢进展的，这时如不作适 当处置，劣化就会激烈进展，因此，对轴承来说，检测周期应比其它 设备或部件短，尽可能每天检测较放心。另外，检测周期不应固定不 变。如果，检测值同判定基准对照处在很正常状态时，则周期可固定 不变，但当进入注意区域时，检测周期应缩短，这一点很重要。 四、 检测诊断点：
测量点选择大多数情况从效率方面考虑，并结合设备结构的特 点，目的要最容易测到所产生的劣化现象。测点选好，检测的方向也 限定了。确定测点后，每次在同一点检测这一点非常重要，因对高频 振动而言，检测点位置差数 mm。振动显 示值可相差 6 倍，另外，检测面状态影 响很大，必须除去检测点的油漆和油污， 选尽可能平滑的面作为测点(冲孔作标 记号不好，接触不好)。 五、 简易诊断原理
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其是高频振动电平会增大）因此，只凭振动大这一点不能马上判 断为异常。首先要确认润滑状态。缺油时，给油后再测（给油后 数小时——数天后检测）。 九、 劣化倾向管理表
该表目的是记录和保存检测值，以便根据过去的检测记录来制定 今后的维修计划，这类倾向管理表要制作得使用者容易管理。下面事 项必须记入，这样一旦中途换人或发生异常时要做精密诊断都是有用 的。
同一规格各设备在同条件下，有多台运转时，在设备同一部位检 测相互比较，由此掌握设备的异常程度。 注：适用于所有滚动轴承的绝对判定标准是不存在的。因此，设备维
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护中绝对判定标准和相对判定标准都需要。从两方面综合进行探讨。 （四）绝对判定基准一例：
1）直线连接转速轴和轴 径交修正轴一点 2）从此点引纵线交 A、B 线上两点 3）再引二横线交 a、b 二点，即为判定基准：
1） 工厂名称（设备号） 2） 设备名称 3） 主要设备规格（转速、输出功率、轴承型号等） 4） 简单的设备结构图 5） 检测参数 6） 检测位置、方向 7） 检测周期（大多数设备发生振动原因是不平衡，所以 一般检测周期为一个月） 8） 判定基准 9） 初期值（正常值也行） 10） 测试备件 11） 检测值（时间、数值） 12） 维修实绩 13） 劣化倾向管理图表
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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
始基准 4 倍时需检修，高频增动增大到原始基值 6 倍时需检修。 （三）相互判定基准 同种设备有多台时，可在同一条件（运转，基础）下检测，进行
（二） 相对判定基准 当绝对判定基准不适用时，可用下述方法求得判定基准值来判
断设备有无异常。 1）相对判定基准值确定程序如下： ·先确认对象设备是在正常状态 ·然后确定检测点 ·在同一测点上测 25 次以上（每次重新接触测定） ·每个测点，从测定值计算平均值（Mg）和标准差（σ）
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·用下式，可求得达到注意状态的平均值（MC）以及达到危险状 态的平均值（Md）。
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 振动频率特征如下：
发生频率 低频
中频
主要异常现象 不平衡 不对中
松动 油膜振荡 压力脉动 叶轮叶片 通过振动
振动特征 1.转子轴心线周围质量分布不均匀。
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
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·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%
2.振动频率与旋转频率一致。
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
如果滚动轴承内圈、外圈或滚动体 有损伤，那么，在滚动中，各部件相互接触时会发生机械冲击，从而 产生冲击脉冲，随着损伤程度的不同，冲击脉冲值也不同。
以振动方式取得的冲击脉冲如图（1）所示的那种高频衰减振动 波形，因此，轴承损伤可根据这种振动加速度来诊断（振幅越大，说 明损伤越严重）。
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（一） 用图 2（a）所示的冲击波形峰值（p）或用图 2（b）所示 的冲击波形绝对值处理后的平均 值（A）都能诊断异常，基本上是 一致的。一般情况下，考虑到显示 值的稳定性，用平均值进行诊断。 但转速低时（300rpm 以下）平均值 变动小、正常、异常难以判断。因 此，用峰值进行诊断较好。
检测点最好是在轴承壳体部位，应选择探头与机械接触良好。刚 性高的部位作为测点，测低频振动时，三个方向都测（轴向、水平、
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垂直），一般轴向和水平向都在轴心同高度测。要求在三个方向测是 因为各种故障引起的振动发生在不同的方向上。例如，不平衡一般是 水平方向振动出现异常，不对中是轴向，松动是上下方向。但测高频 振动时，只要选择最容易测的一个方向即可（一般是垂直方向），这 是因为滚动轴承上产生的振动是全方位各方向传递的。
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·设备的劣化速度 对过去有异常履历的设备，检测周期应为发生周期的 1/10 以下。
而象磨损故障这一类劣化是慢慢进行的设备，检测周期即使长一点也 是足够的。但是对于高速旋转体，故障一旦产生立即会导致故障的设 备，希望每天检测或在线监测。
以下是各类设备的标准检测周期（是一个基本周期），如检测数 据变化加剧或达到判定基准的注意区域时，必须缩短检测周期。
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注：1）如以上设备范围内此基准不适用时，可用相对判定基准或 相互判定基准
2）在轴承部位（V、H、A 三向）各测三次振动值。 3）将每点所测的三次数据平均，求得 M 值，再判断设备状 态。 根据高频振动诊断滚动轴承损伤的绝对判定基准。目前有几个正 在使用，这些绝对值判定基准都是根据以下事项制成的。 ·异常时振动现象的理论考察（特征频率、公式等） ·根据测试，搞清振动现象（波形图、频率图等） ·检测数据的统计评价（多次检测取平均值） ·国内外参考文献，振动标准的调查（参考图谱，参照标准等）
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注意域的平均值（Mc）=Mg+2σ 危险域的平均值 (Md) =Mg+3σ 但是，也有可能刚超过 MC 时，就到了危险状态，这样正常和危险 就不明确了。所以划出一个注意区域：检测值在 Mc 以下时判为正常； 在 Mc 和 Md 之间即为正常和危险不能确定的状态（不明状态或注意区 域）。 2）利用上述基准进行设备诊断时，应注意以下几点： ·在同一测点测三次，将三次平均值作为检测值和相对判定基准比 较、判定。 ·检测时在同一位置，按压力大小和方向都不变。 ·求 Mc 和 Md 时，假定不明状态和危险状态时检测值分布的标准差同 正常状态时是同样的（σ相同）
二、 对象设备的选择 从效率和效果方面来看，将工厂内所有设备都作为简易诊断对象
是不可取的。从技术方面看，有可以诊断的设备也有不可诊断的设备。 因此选择对象设备时必须充分探讨，选择标准如下：
1） 与生产直接有关的设备 2） 虽然是附属设备，但故障引起的破坏性大的设备 3） 由于故障，有再次损坏可能性的设备 4） 维修成本高的设备 三、 检测周期 为使机械设备的异常在初期阶段就能被发现，必须对设备进行定 期检测，检测周期的长短要视异常程度大小而定。异常严重的必须缩 短检测周期。这一点非常重要，但是，不看必要性，过分缩短检测周 期是不经济的。 决定检测周期时必须注意： ·设备过去的异常履历和发生异常的周期
相互比较判断。 七、从长期维修的数据中得到经验： （一） 绝对判定基准
当被诊断的设备设有本身的绝对判断基准时，先用如下的判断基 准诊断
设备
良好Leabharlann 注意危险10～300KW （中型机）
M<1
1≤M<7
M≥7
300 rpm 以上
300KW 以上（大型机）
M<2
2≤M<11
M≥11
300 rpm 以上
M——检测值的平均值（单位 mm/s）（三次测量值平均）
（二） 另外。看峰值、平均值的大小关系（即 P/A 比值大小关系）， 也可以大致判断轴承异常。如图 3（a）所示，P/A 值大时，轴 承有损伤。图 3（b）所示，P/A 值小时，往往是润滑不良或者 有磨损异常。