信号频谱分析的应用

转动特征 正进动 正进动
正进动 自 激
正进动 振 动
正进动 类 故 障
反进动
R: 转动频率
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例1 利用频谱诊断发动机连杆轴承间隙
发动机连杆轴承间隙变化时的振动功率谱 间隙增加，功率谱幅值也相应增加，并且在1.2kHz 处尤其明显，谱峰值随连杆轴承间隙的增加而呈抛物线 关系增加。因此，利用这一关系可诊断出连杆轴承间隙 的大小。
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图5-5是一台水泵的谱图，图中2X处也有峰值，该处幅值已明显增大 并超过1X调处的幅值（图5-5），说明不对中已比较严重。检查发现 不对中量达0.254mm。找正后谱图（图5-6）2x处的幅值已明显变小， 机组运行相当平稳。
5-5
5-6
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例4 机械松动
即使装配再好的机器运行一段时间后也会产生松动。引起松动的常 见原因是：螺母松动、螺栓断裂、轴径磨损、甚至装配了不合格零件。
具有松动故障的典型频谱特征是以工频为基频的各次谐波，并在谱 图中常看到10X。国外有人认为，若3X处峰值最大，是轴和轴承间有松 动，若4X处有峰值，表明轴承本身、松动。
图5-7是一台电机地脚螺栓诊断的谱图。但更换地脚螺栓后，谱图上 除工频处有一峰值，其它峰值均已消谢图5-8）。
5-7
5-8
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一台射流泵正常运转时在工频（1800r／min）处幅值最大，达1.5μm （图5-1）。3个月后再测量，同一处的最大峰值已是2.83μm（图52），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（图5-3），振幅明显 减小，泵运行正常。
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例2 不平衡故障
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（电动机由于润滑 脂过量也会引起不平衡）。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 ……）。
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第二章、信号分析基础
2.3-2 频谱分析的应用——故障诊断
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，有两条原则： （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。
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转动机械常见故障的频率特征
故障名称 频率特征
不平衡 1×R 热弯曲 1×R
转动特征 同步正进动 同步正进动
强 不对中 2×R
迫 振
磁拉力 不平衡
2N×R N 为磁极对数
动
类 故
松动
1×R, 2×R 等 也 有 1.5 × R, 2.5×R 等
障
啮合频率等于
齿轮故障
齿数×R ， 边带频率…
正进动 正进动
外环故障…
滚动轴承
内环故障… 滚珠故障…
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第二章、信号分析基础
2.3 非周期信号及其频谱
2.3-2 频谱分析的应用——故障诊断
在机械设备故障诊断技术中，针对不同的情况，存在不 同的信号分析方法，而频域分析更是发挥至关重要的作 用。一般说来，频谱分析是故障诊断的关键。频域分析 法主要是对信号的频率结构进行分析，确定信号是由那 些频率成分所组成，以及这些频率成分幅值的大小。通 过对“故障特征频率”及“故障特征频率幅值”的分析， 就可以准确地对设备的故障情况进行诊断。
5-3源自文库
5-4
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例3 不对中及轴弯曲
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。
故障名称 油膜涡动 油膜振荡 气隙振荡 内腔积液
转子内阻
径向摩擦
轴向摩擦
频率特征
(0.4~0.49)×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