常见故障频谱分析

常见故障频谱分析
2020年4月
目录
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典型故障识别
二2、
典型频谱分析
三3、
案例介绍
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一、典型故障识别
1X频以下：轴承保持架、油膜涡动、紊流、低频响应 1X-10X频：
－不平衡，1X －不对中，1X，2X －轴弯曲，1X，2X －松动，1X－10X －叶片通过频率，叶片数X工频 大于10X频：
动相位差为180度。（此类振动是由于地脚螺栓、胎板或水泥浆松动引起，会产生1倍频的振
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三、松动
3、轴承座松动
二、典型频谱分析
特征：径向1X、2X和3X波峰。
频谱有上显示1X，2X和3X处有振动分量，但通常没有其它谐波，在严重的情况下还会有0.5X 的的波峰。相位也被用来辅助识别这种故障。轴承和基础间有180度的相位差
结构设计不合理 制造和安装误差 材质不均匀 转子的腐蚀、磨损、结垢 零部件的松动及脱落
不同原因引起的转子不平衡故障规律接近，但各有特点，在分析时 需仔细了解设备运行历史
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二、不对中
1、平行不对中
二、典型频谱分析
特征：径向2X波峰，径向1X低幅波峰（垂直或水平方向上）。
如果不对中轴的中心线平行但不共线，这样的不对中称为平行不对中（或相离不对中）。平 行不对中在各个轴的联结端产生剪切应力和弯曲变形。联轴器两端的轴承，会在径向（垂直 和水平方向上）上产生高强度的1X和2X振动。在多数情况下，2X处的幅度要高于1X。对于单 纯的平行不对中，轴向上1X和2X处的振幅都很小。沿联轴器检测到的振动在轴向和径向上异 相，并且轴向上的相位差为180度。
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二、典型频谱分析 四、共振、轴弯曲、偏翘轴承
1、共振
特征：频谱中通常只在一个方向有“峰丘”出现。
共振是激振频率达到机器的固有频率时发生的一种现象。固有频率是指一个结构在外部驱动 力作用下发生振动的频率。在单个轴方向上，在“峰丘”上存在一个高幅的波峰。例如，泵 的叶片通过频率在6X的波峰，只在水平方向上出现振动加剧。如果增加（或者减少）激振频 率使共振现象不再发生，振幅会明显减小。
2、油膜涡动
特征：径向0.38-0.48X波峰。
发生油膜涡动时，会在0.38X～0.48X之间出现高强度振动。波峰从来不在刚好0.5X处出现， 而是在稍低的频率出现。涡动是由于过大的间隙和轻微的径向载荷，使得形成油膜，使轴颈 在轴承内做低于0.5倍转速的振动。（如上海春晓平台透平发电机A机透平端轴承发生油膜涡 动）
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二、典型频谱分析 一、不平衡
3、垂直安装的机器
特征：径向1X波峰（水平方向上）。
当在径向（水平或切线方向）测量时，频谱又将显示出强一倍频（1X）波峰。为了从泵的不 平衡中分离出马达不平衡，可能需要将两者拆解开来，单独使马达旋转，检测其1X频谱。如 果1X处的振幅依然很高，那么故障就出在马达上，否则故障就出在泵上面。
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二、典型频谱分析
一、不平衡含义、故障特征和原因
1、含义：不平衡所产生的离心力始终作用在转子上，转子每旋转一周，就 在转子或轴承的测点处产生一次振动响应，因此它的振动频率就是转子的 转速频率：f=1/60*n n为转速 2、故障特征：在转子径向测点的频谱图上，工频有突出的峰值 工频的高次谐波幅值很低，在时域上的波形接近于一个正弦波 3、原因：
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二、典型频谱分析 一、不平衡
2、偶不平衡：力不平衡
特征：径向1X波峰（垂直或水平方向上）。
如果机器出现不平衡我们将得到频率等于旋转速度的正弦时域波形，频谱上在转速频率（1X ）处会产生一个高峰。一个旋转体如果存在偶不平衡，就有可能形成静态平衡（放置在无摩 擦的轴承上旋转体看起来好象刚好平衡）。但当旋转体发生旋转的时候，就会在它的两个承 载轴承上产生离心作用力，并且它们的相位相反。（作用力相反）
方向上的1X振动振幅大的多，很可能就是松动所致。如果水平方向1X振动比垂直方向上的1X
振动振幅小或相等，那么其出现不平衡的可能性就比较大。基础松动或基础柔性化是紧固连
接件的螺栓松动、腐蚀或裂纹所致。注意：如果机器安装基础的弹性比较强，其水平轴向的
振动要强的多。在这种情况下，相位可以作为辅助识别的手段，机器和基础在垂直方向的振
往复机器的振动强度通常都很高。对于四冲程的引擎，每两转引擎点火一次，会产生高强度 的0.5X波峰。二冲程的引擎，例如很多柴油机，引擎每转都要点火，因此可以看到高强度的 1X波峰。
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二、典型频谱分析
七、变速箱分析
变速箱分析包括增减速齿轮，螺杆，罗茨风机、行星齿轮等，都需要计算 齿轮转速和啮合频率
齿轮故障常见形式：★齿面磨损
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二、典型频谱分析 四、共振、轴弯曲、偏翘轴承
3、轴承翘曲
特征：轴向1X、2X和3X波峰。
轴承偏翘，属于是不对中的一种，会产生明显的轴向振动。波峰通常位于1X、2X和3X处。对 悬吊式的泵或风扇进行检测的时候，如果出现了很强的轴向振动，就很可能会与不对中或不 平衡相混淆。但是在2X和3X处的波峰则说明轴承发生偏翘的可能性要高于不平稳。
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三、松动
2、结构松动
二、典型频谱分析
特征：水平方Leabharlann 上1X波峰。机器和它的基础之间出现松动，在刚性比较弱的地方就会出现1X振动，这通常发生在水平方
向上，但有时也要根据实际情况确定。如果松动严重，往往会产生低阶1X谐波。很难分辨是
不平衡、基础松动或者是柔性化，特别是在垂直安装的机器上。如果水平方向1X振动比垂直
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一、不平衡
4、悬吊式机器
二、典型频谱分析
特征：轴向和径向上高强度1X波峰(垂直或水平方向上)。
在外悬或悬臂式机器中，可以检测到在水平、垂直和轴向上的高幅1X振动。我们能够检测到 高幅1X振动是因为不平衡使轴发生弯曲，使得轴承座在轴向发生移动。常见的悬吊式旋转体 有短联轴器泵、轴向排风的风扇和小型涡轮机。（相位不稳定）注意和轴承偏翘区分
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七、变速箱分析
2、齿磨损
二、典型频谱分析
特征：齿轮啮合频率附近的1X边频带
当齿轮的齿开始发生磨损的时候，会发生两件事情，第一件是齿轮啮合频率处边频带的幅值 升高，而边频带的振幅决定于齿轮的转速。第二件事情是将出现齿轮固有频率的振动，固有 频率振动也会有边频带产生，并且它有很宽的基频。 齿轮啮合频率=齿数x轴的转速； 输出速度=输入速度x主动轮齿数/被动轮齿数
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八、带传动系统
1、皮带磨损
二、典型频谱分析
特征：皮带速度频率处的边频带
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二、典型频谱分析 二、不对中
2、轴线角度不对中
特征：轴向1X波峰，轴向2X低幅波峰，径向1X低幅波峰。 如果不对中的两个轴相交于一点但相互不平行，这样的不对中称为轴线角度不对中。轴线角 度不对中会在轴上产生一个弯曲作用，在频谱上显示为高强度的1X振动和在两端的轴承上的 少量轴向2X振动。还会有相当强的径向（水平和垂直方向上）1X和2X振动，但是这些振动都 是同相的。振动在轴向上相位差为180度，而径向上同相。
泵叶片通过频率=叶片数x RPM 风扇叶片通过频率=叶片数x RPM
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二、典型频谱分析 六、气动装置和液压装置
2、紊流
特征：50～2000 CPM的随机振动。
紊流是由于通过风扇/送风机的空气速度或压力变化引起的。这种情况下会产生低频的随机
。 振动，其频率范围通常是在50～2000 CPM之间
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二、典型频谱分析 六、气动装置和液压装置
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二、典型频谱分析 四、共振、轴弯曲、偏翘轴承
2、轴弯曲
特征：轴向1X波峰。
轴的弯曲会引起轴向高强度1X振动。如果在轴的中心附近出现弯曲，其主导波峰通常出现在 1X处，如果是在靠近联轴器的地方则还会出现2X波峰。轴向垂直和水平方向的测量通常也能 得到1X和2X波峰，这儿最关键的就是轴向测量。相位测量对于诊断轴的弯曲故障是非常有用 的。在轴向上测得的两端在1X处的相位，其相位差为180度。（水平或者垂直没有）
3、气穴（气蚀中文，空穴）
。 特征：高频“噪音”
气穴通常产生随机的高频振动或 “噪音”。通常可以在频谱上观察到 “峰丘”出现。气穴 现象通常是由于抽汲压力不足（如吸入口压力过低）引起的。它的声音听起来就好像是泵里 面有砂砾一样。
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二、典型频谱分析 六、气动装置和液压装置
4、往复式机械
。 特征：四冲程引擎--0.5X处的波峰；二冲程引擎--1 X处的波峰
通常会在轴的转速频率和齿轮啮合频率处出现波峰，但是幅值不高。可能会出现2X波峰，并 且在齿轮啮合频率附近有轴转速频率的边频带。对于直齿轮主要的振动是在径向，斜齿轮主 要的振动是在轴向。
啮合频率=齿数x轴的转速；输出转速=输入转速x主动轮齿数/被动轮齿数 时域波形分析对于变速箱时是很有用的，因为在时域波形中你可以看到每个齿啮合对应的脉 冲。通常你可以通过研究时域波形得到齿数。根据故障的特征，齿轮每旋转一转就可以看到 一个脉冲，而脉冲的幅值有大有小。
★齿面胶合和擦伤 ★齿面接触疲劳 ★弯曲疲劳 ★断齿
通常故障频谱会显示齿轮啮合频率及其谐波 ，同时在其啮合频率上有边频，边频大小通 常为工频。建议最大频率至少设置为3.25倍 的啮合频率，如不知齿轮齿数，将最大频率 设置为200倍的转轴频率
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七、变速箱分析
1、齿轮啮合
二、典型频谱分析
特征：径向1x/2X处的波峰
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二、典型频谱分析 五、滑动轴承、转子摩擦和偏心
3、转子摩擦
特征：径向1X谐波（严重时有0.5X谐波）。
摩擦表现出和旋转松动相似的特征：1X谐波和0.5X谐波。摩擦还会引起一个或多个共振（在 这里所举的例子中出现在4X处）。
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二、典型频谱分析 五、滑动轴承、转子摩擦和偏心
4、偏心
特征：径向1X波峰（水平和垂直方向上）。