机械设备典型故障的振动特性
电机振动故障的原因及解决对策
电机振动故障的原因及解决对策张凯锋摘要：电机振动故障的出现不但会对其自身的结构和构件造成损坏，同时还可能会引发严重的事故，因此对电机振动故障的原因进行研究非常重要。
基于此，本文对电机振动故障发生的原因进行了分析，然后提出了一些针对性的解决对策，仅供参考。
关键词：电机运行；振动故障；原因分析；解决对策电机实际运行过程中，由于振动故障而导致机器停止运转的状况时有发生，造成的经济损失也非常严重。
因此，对电机振动故障的原因进行分析是非常必要的。
1 电机振动故障的特点电机的振动故障是一种常见的故障，并且还具有特定的故障特征。
实际上，在发电机运行期间经常会发生不同程度的振动，对于很小的机械振动可以接受。
但是，如果振动幅度超过一定范围，则会发生振动故障的问题。
关于振动故障的问题，由于轴承的类型和额定转速不同，发电机各部分的振动水平也不同。
因此，分析其故障特性非常重要。
1.1 结构特殊发电机通常分为立式和卧式，大型发电机组和中型发电机组为立式，小型发电机组为卧式。
由于发电机本身的特殊结构，振动干扰相对复杂。
从结构的角度来看，机组的轴环和衬套之间有一定的间隙，该间隙是不固定的，从而导致机组的大轴磁贴之间存在运动，并且运动轨迹是可变的。
1.2 振动故障的逐渐变化由于发电机的转轮的旋转速度不如其它旋转机械高，因此振动故障的发生通常是渐进且不可逆的，突发事故通常很少发生，因此，设备的正常运行需要定期维护。
1.3 振动故障的多样性发电机组的振动不是由单一的原因引起的，而是由机械振动、电磁振动、液压振动等各种原因引起发电机组的振动。
因此，在测试和分析机组振动时需要考虑各种因素。
2 电机振动故障的原因由于发电机组的结构比较复杂，因此整个机组对运行环境有很高的要求。
发电机组只能在某些情况下正常运行，因此，发电机组发生故障的可能性增加。
另外，发电机组的振动超过标准，这会对发电机组和人员安全产生不利影响。
2.1 机械振动（1）机组转子振动。
滚动轴承和齿轮振动信号分析与故障诊断方法
2.3 滚动轴承的振动类型及故障特征分析 .................................9
2.3.1 滚动轴承的旋转机构 ..................................................................9 2.3.2 滚动轴承的振动类型 ................................................................10 2.3.2.1 滚动轴承的固有振动频率 ...............................................11 2.3.2.2 滚动轴承的缺陷特征频率 ...............................................11 2.3.2.3 滚动轴承的振动及其故障特征 ........................................12
Keywords: Rolling-Element bearing Hilbert transform
Gears
Fault Diagnosis
Envelope Analysis
Correlation-Envelope Analysis
- II -
西北工业大学硕士学位论文
目
录
目
录
第一章 绪
论 ................................................................... 1
3.4 齿轮振动信号的特征 ........................................................ 25
3.4.1 啮合频率及其各次谐波 .............................................................26 3.4.2 隐含成分 ..................................................................................26 3.4.3 调制效应产生边频带 ................................................................26 3.4.3.1 幅值调制 ........................................................................27 3.4.3.2 调频效应 ........................................................................27 3.4.4 轴速频率及其低次谐波 .............................................................27 3.4.5 啮合频率及其各次谐波的分析 ..................................................27 3.4.6 边带分析 ..................................................................................28
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。
博华信智状态监测故障诊断培训综合讲义-离线及旋转往复在线机械振动信号基础
2011-7-20
交流提纲
状态监测与故障诊断基础知识 离线系统相关
冯坤 北京化工大学高端机械装备监控监控与 自愈化北京市重点实验室 北京博华信智科技发展有限公司 2011年3月
一、设备状态监测和维修体制的发展和现状 二、机组振动测试与评价基础 三、振动信号分析方法 四、典型故障振动特征分析 五、BH550系统应用案例介绍
速度传感器分为磁电式速度传感器和压电式内置积分电路速 度传感器。磁电式速度传感器体积和重量都比较大，具有 易损的运动部件，低频特性较差。压电式内置积分电路速 度传感器在工业现场得到广泛应用 压电式 加速度传感器 内置积分电路 速度信号
磁电式速度传感器
体积小、重量轻，安装方便 极低频特性和高频特性都比较好 信噪比高，易于远距离传输，便于后续仪表使用 广泛用于大型设备状态监测 美国PCB公司首先研制出，并且在这类传感器处于领先优 势
x A sin t
• 速度 (Velocity)
v
• 加速度 (Acceleration)
dx A sin( t ) dt 2
a
d2x A 2 sin( t ) dt 2
2、振动术语、振动参数简介
—实际振动往往是复杂周期振动、准周期振动，而 且都可以由一系列简谐振动合成！
设备自身振动变化率的允许值
• 以同一设备自身状态的变化趋势为依据
• 美国石油学会（API） • 德国工程师协会（VDI） • 中国机械振动与冲击标准化技术委员会
• 类比标准
同类机器振动值比较
7
2011-7-20
相对标准法确定振动限值
1 2 3 4 旋转机械 滑动轴承 滚动轴承 齿 轮
机械设备典型故障的振动特性
机械设备典型故障的振动特性1. 引言机械设备在正常运行过程中，可能会出现各种故障，其中振动故障是一种常见的故障类型。
振动特性是用来描述机械设备振动状态的重要参数，通过对振动特性的分析，可以确定故障的类型和严重程度，并采取相应的维修措施。
本文将介绍机械设备典型故障的振动特性，包括离心机械设备的不平衡振动、齿轮传动的故障振动、轴承的故障振动以及主轴的故障振动。
2. 离心机械设备的不平衡振动离心机械设备的不平衡振动是一种常见的故障类型。
当离心机械设备的转子存在不平衡时，会导致设备产生振动。
不平衡振动的特点是振动频率较低，振动幅值较大。
不平衡振动的振动特性可以通过振动传感器进行监测和分析。
常见的振动特性参数包括振动幅值、振动频率和相位。
3. 齿轮传动的故障振动齿轮传动是机械设备中常用的传动方式之一，但是在使用过程中会出现齿轮的故障，导致振动增大。
齿轮传动的故障振动可以分为齿轮啮合故障和轴承故障两种情况。
•齿轮啮合故障振动：齿轮啮合故障会导致传动系统产生周期性振动，其频率与齿轮的啮合频率有关。
常见的齿轮啮合故障包括齿轮齿面磨损、齿轮齿面脱落等。
•轴承故障振动：轴承是机械设备中常见的零部件之一，当轴承出现故障时，会导致传动系统产生高频振动。
轴承故障的振动特点包括高频率、小幅度的振动，振动信号中常含有谐波成分。
轴承是机械设备中常见的关键零部件之一，其故障会导致设备振动增大。
轴承的故障振动可以分为内圈故障、外圈故障和滚动体故障三种情况。
•内圈故障振动：内圈故障会导致轴承产生低频振动，其振动频率一般较低，并且振动幅值较大。
•外圈故障振动：外圈故障会导致轴承产生高频振动，其振动频率一般较高，并且振动幅值较小。
•滚动体故障振动：滚动体故障会导致轴承产生特定频率的振动，其频率与滚动体的旋转频率有关。
主轴是机械设备中常见的关键部件之一，其故障会导致设备振动增大。
主轴的故障振动特点与轴承的故障振动类似，包括低频振动、高频振动以及特定频率的振动。
设备状态监测与故障诊断技术题库(完全版)
一、填空题1、设备诊断技术、修复技术和润滑技术已列为我国设备管理和维修工作的3项基础技术。
2、设备(故障诊断)是指在设备运行中或在基本不拆卸的情况下，通过各种手段，掌握设备运行状态，判定产生故障的部位和原因，并(预测)、(预报)设备未来的状态，从而找出对策的一门技术。
3、设备故障诊断既要保证设备的安全可靠运行，又要获取更大的经济效益和社会效益。
4、设备故障诊断阶段的任务是监视设备的状态，判断其是否正常；预测和诊断设备的故障并消除故障；指导设备的管理和维修。
5、设备故障诊断技术的发展历程：感性阶段→量化阶段→诊断阶段→人工智能和网络化。
6、在设备运行中或者在基本不拆卸设备的情况下，通过各种手段进行判断故障的位置等的技术叫做设备故障诊断。
7、现代设备的发展方向主要分为大型化、连续化、快速化、自动化等。
8、设备故障诊断是防止事故和计划外停机的有效手段。
9、要求加强设备的安全监测和故障诊断的原因主要是大量生产设备的老化。
10、状态监测主要采用检测、测量、监测、分析和判别等方法。
11、通常设备的状态可以分为正常状态、异常状态、故障状态3种。
12、设备的整体或局部没有缺陷，或虽有缺陷但其性能仍在允许的限度以内称为设备的正常状态。
13、异常状态指缺陷已有一定程度的扩展，使设备状态信号发生一定的程度变化，设备性能已经劣化，但仍能维持工作的状态。
14、故障状态指设备性能指标已较大下降，不能维持正常工作的状态。
15、故障从其表现状态上分为早期故障、一般功能性故障、突发性紧急故障。
16、设备已有故障萌芽并有进一步发展趋势的状态称为故障的早期故障。
17、设备出现“尚可勉强带病”运行的状态称为一般功能性故障。
18、设备由于某种原因瞬间发生的故障称为突发性紧急故障。
19、故障诊断中一般用绿灯表示正常，黄灯表示预警，红灯表示报警。
20、设备的运行历史主要包括运行记录和曾发生过的故障及维修记录等。
21、监视设备的状态，判断其是否正常；预测和诊断设备的故障并消除故障；指导设备的管理和维修，是设备故障诊断的任务。
航空发动机振动故障诊断技术及发展趋势
航空发动机是结构紧凑的高速旋转机械，在运行过程中经常会出现振动方面的故障。
发展综合振动故障诊断技术，开展振动故障机理研究，是解决航空发动机振动故障的有效途径。
振动是航空发动机的一个重要监控参数，发动机在进行试验时，需要解决各种振动问题。
发动机振动之所以特别重要，是因为振动直接影响发动机的正常工作和寿命，如果发动机出现振动异常而不及时加以检查排除，就有可能造成严重的后果。
因此，航空发动机振动故障诊断一直都是航空发动机试验测试中的一个重要研究课题。
典型的发动机振动故障航空发动机的振动故障具有复杂性和随机性，引起发动机振动故障的原因多种多样，其振动故障现象各不相同，典型的航空发动机振动故障及其特征简要归纳见表1。
表1 典型航空发动机振动故障原因及振动特征发动机振动测量建立满足测试目的和要求的振动测量系统、选择相应的振动测量方法是开展振动故障诊断的重要基础。
振动测量系统振动测量系统包含测振托架、振动传感器、传输电缆、信号适调器、数据记录（存储）、分析仪和以计算机为中心的数据处理系统等部分。
测量时应合理布置振动监测点，选取并正确安装满足要求的振动传感器，选用符合要求的电缆并合理固定，确保绝缘性和屏蔽性，保证信号有效传输，避免干扰和失真。
目前，在航空发动机振动测量中，广泛采用的振动传感器是压电式加速度计，该类传感器具有频响范围较宽、体积较小、使用寿命较长等优点。
振动测量方法航空发动机振动测量分为静态和动态两种。
静态测量是在研制过程中为了获取发动机的静态振动特性和结构模型参数，采用加激励的方法进行测量。
动态测量是在发动机运转情况下进行的，用于实时监测发动机工作状态、诊断振动故障。
目前，航空发动机整机振动测量时，均采用振动位移、振动速度或振动加速度作为显示参数和限制参数。
一般说来，对于较低频率振动用振动位移进行显示和限制；对于中等频率振动用振动速度进行显示和限制；而较高频率振动则用振动加速度进行显示和限制。
从对发动机整机振动限制的基本要求和发展趋势看，选择用振动速度进行显示和限制相对较多。
VIB2
B.
由于结构/ 轴承座晃动或开裂引起的松动
包括如下几方面的故 障 • 结 构 或 轴 承 座 开 裂 • 支承件长度不同引起的晃动 • 部 件 间 隙 出 现 少 量 偏 差 时( 尚 无 碰 撞) • 紧 固 螺 丝 松 动。 振 • • • 动 特 主 要 幅 值 振 动 时 才 难. • 在 间 出 现 征: 以2X 为 特 征 ( 主 要 是 径 向 2X 超 过1X 的50%) 有 时 不 稳 定 只 有 伴 随 其 它 故 障 如 不 平 衡 或 不 对 中 有 表 现, 此 时 要 消 除 平 衡 或 对 中 将 很 困 隙 达 到 出 现 碰 撞 前, 振 动 主 要 是1X 和2X； 碰 撞 后, 振 动 将 出 现 大 量 谐 频。
偏 心 转 子
典型的频谱
相 位 关 系
当 何 产 还 倍
旋 偏 生 由 频
转 心 较 于 的
的 皮 带 轮、 齿 轮、 电 机 转 子 等 有 几 时， 会 在 两 个 转 子 中 心 连 线 方 向 上 大 的1X 振 动；偏 心 泵 除 产 生1X 振 动 外， 流 体 不 平 衡 会 造 成 叶 轮 通 过 频 率 及 振 动。
不 对 中 D
联 轴 节 故 障
如 果 联 轴 节 的 短 节 过 长 或 过 短， 通 常 会 产 生 明 显 的3X 振 动。 齿 型 联 轴 节 卡 死 会 引 起 轴 向 和 径 向 振 动, 通 常 轴 向 大 于 径 向, 频 谱 以1X 为 主, 兼 有 其 它 谐 频， 也 有出 现 4X 为 主 的 实 例. 振 动 随 负 荷 而 变， 1X 明 显。 松 动 的 联 轴 节 将 引 起 啮 合 频 率 及 叶 片 通 过 频 率 的 振 动, 其 周 围 分 布1X 旁 瓣。
某型航空发动机常见振动故障分析
某型航空发动机常见振动故障分析李洪伟;李明【摘要】The structure of one aero-engine and the factors for vibration during fitting process were analyzed, and the common vibrating failures during production process were also analyzed including the rotor unbalance, the rotor unbalance as the rub-impacting, the rotor un-centering, the tubine rub-impacting and the equipment factors. Finally the diagnosing and debugging-aid methods for aero-engine vibrating failure were generalized.%针对某型发动机结构特点以及装配过程中与振动相关的要素,分析该型发动机生产过程中常见振动故障情况,包括转子不平衡、转子不平衡与转静件碰摩并发故障、转子不对中、高低压涡轮转/静件碰摩以及设备原因,总结了该型发动机常见振动故障诊断及排除方法.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2011(000)012【总页数】4页(P88-91)【关键词】航空发动机;振动;转子;不平衡;碰摩;不对中【作者】李洪伟;李明【作者单位】海军航空工程学院青岛分院,山东青岛266041;海军航空工程学院青岛分院,山东青岛266041【正文语种】中文【中图分类】V216.3过大的径向振动往往是造成航空发动机损坏的主要原因之一，径向振动值也是进行状态监测和故障诊断的主要依据之一[1]。
某型航空发动机在厂内试车过程中，振动故障高达到10%以上，严重影响了该型发动机的正常交付使用，且在外场使用过程中，也时有发生。
机械故障诊断-动平衡技术
6
B 轴 弯 曲
轴向
类 似 不 平 衡 故 障 的 诊 断
典型的频谱
相 位 关 系
振动特征类似动不平衡，振动以 1X 为主，如果弯曲靠近联轴 节，也可产生 2X 振动。类似不对中、通常振幅稳定，如果 2X 与 供电频率或其谐频接近，则可能产生波动。 轴向振动可能较大，两支承处相位相差180。 振动随转速增加迅速增加，过了临界转速也一样。
D
悬 臂 转 子 不 平 衡
悬臂转子不平衡会在远端轴承处产生轴向力 悬臂转子不平衡轴心振动轨迹是一个圆形
3 不 平 衡 类 型 与 其 故 障 特 征
D
轴向和径向
悬 臂 转 子 不 平 衡
典型的频谱 典型的频谱
相位关系 相位关系
悬臂转子不平衡在轴向和径向都会引起较大 1X 振动。 轴向相位稳定，而径向相位会有变化。
3
A
径向
不 平 衡 类 型 与 其 故 障 特 征
力 不 平 衡
典型的频谱
相位关系
同频占主导，相位稳定。如果只有不平衡，1X 幅值大于等 于通频幅值的80％，且按转速平方增大。
通常水平方向的幅值大于垂直方向的幅值，但通常不应超过 两倍。 同一设备的两个轴承处相位接近。 水平方向和垂直方向的相位相差接近90度。
90 C
B
A 0
180
W
270 T
W＝A*T/C =164g
角度＝290＋27＝317（度）
③.试重及配重的施加方法
去 重 校 正
加 重 校 正
风机
6
A 偏 心 转 子
电机 风机 径向 电机
类 似 不 平 衡 故 障 的 诊 断
典型的频谱
旋转机械故障诊断-不平衡
6.1 转子不平衡故障诊断
• 转子运动的力学模型
6.1 转子不平衡故障诊断
• 转子在低速时，G在C的外侧，且O、C、G三点成一直线。当不计圆盘 重力影响和系统阻尼时，转子受到的离心力m(e+δ)w2与弹性恢复力k δ相 平衡，即可得到圆盘处的动挠度公式：
w e w 2 ew n 2 k w2 1 w m w n
6.1 转子不平衡故障诊断
• 6.1.4.2 转子运行中的不平衡 • 转子在运行过程中的不平衡，可分两类情况：
• 为转子弯曲 • 原始平衡状态破坏
• （1）转子弯曲
• 永久性弯曲 • 临时性弯曲
6.1 转子不平衡故障诊断
• a、临时性弯曲 • 指转子因外部环境影响或外力的作用而产生弯曲变形，这种变 形不需经过动平衡，而是只需采取一些简单的措施（如经过低 速长时间盘车方式）或改变操作方式即可减缓或消除不平衡振 动。 • 常见的临时性弯曲主要有下列几种情况。
• 6.1.4.1 固有质量不平衡 • 固有质量不平衡：是指转子在原始状态下已经存在的不平 衡，而与操作运行情况无关。 • 主要原因有：设计错误、材料缺陷、加工与装配误差、动 平衡方法不正确等问题。
6.1 转子不平衡故障诊断
• 固有质量不平衡将在转子上产生稳定的每转一次的转速频 率振动，在给定转速下其幅值和相位在短时间内一般不随 时间变化。 • 防治办法：改善转子的平衡状态来降低转子的激振力。 • 很多高速的大型机组，联轴节与转子之间正确的平衡方法 是很重要的。联轴节制造厂在出厂前一般都做了整体动平 衡，半联轴节应该紧紧配合在轴上与转子一起动平衡，但 是转子动平衡时不允许在联轴节中间套或半联轴节上再去 重或配重，否则将破坏整个轴系的平衡状态，产生新的不 平衡。
旋转机械振动基本特性
旋转机械振动的基本特性概述绝大多数机械都有旋转件，所谓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。
旋转机械种类繁多，有汽轮机、燃气轮机、离心式压缩机、发电机、水泵、水轮机、通风机以及电动机等。
这类设备的主要部件有转子、轴承系统、定子和机组壳体、联轴器等组成，转速从每分钟几十到几万、几十万转。
故障是指机器的功能失效，即其动态性能劣化，不符合技术要求。
例如，机器运行失稳，产生异常振动和噪声，工作转速、输出功率发生变化，以及介质的温度、压力、流量异常等。
机器发生故障的原因不同，所反映出的信息也不一样，根据这些特有的信息，可以对故障进行诊断。
但是，机器发生故障的原因往往不是单一的因素，一般都是多种因素共同作用的结果，所以对设备进行故障诊断时，必须进行全面的综合分析研究。
由于旋转机械的结构及零部件设计加工、安装调试、维护检修等方面的原因和运行操作方面的失误，使得机器在运行过程中会引起振动，其振动类型可分为径向振动、轴向振动和扭转振动三类，其中过大的径向振动往往是造成机器损坏的主要原因，也是状态监测的主要参数和进行故障诊断的主要依据。
从仿生学的角度来看，诊断设备的故障类似于确定人的病因：医生需要向患者询问病情、病史、切脉（听诊）以及量体温、验血相、测心电图等，根据获得的多种数据，进行综合分析才能得出诊断结果，提出治疗方案。
同样，对旋转机械的故障诊断，也应在获取机器的稳态数据、瞬态数据以及过程参数和运行状态等信息的基础上，通过信号分析和数据处理提取机器特有的故障症兆及故障敏感参数等，经过综合分析判断，才能确定故障原因，做出符合实际的诊断结论，提出治理措施。
根据故障原因和造成故障原因的不同阶段，可以将旋转机械的故障原因分为几个方面，见表1。
表1 旋转机械故障原因分类故障分类主要原因设计原因①设计不当，动态特性不良，运行时发生强迫振动或自激振动②结构不合理，应力集中③设计工作转速接近或落人临界转速区④热膨胀量计算不准，导致热态对中不良制造原因①零部件加工制造不良，精度不够②零件材质不良，强度不够，制造缺陷③转子动平衡不符合技术要求安装、维修①机械安装不当，零部件错位，预负荷大②轴系对中不良③机器几何参数（如配合间隙、过盈量及相对位置）调整不当④管道应力大，机器在工作状态下改变了动态特性和安装精度⑤转子长期放置不当，改变了动平衡精度⑥未按规程检修，破坏了机器原有的配合性质和精度操作运行①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振动的基本特性(1)旋转机械的主要功能是由旋转部件来完成的，转子是其最主要的部件。
设备故障诊断技巧振动、噪声、温度、探伤
噪声测量
噪声：不规则的机械振动在空气中引起的振动波。 声压级、声强级和声功率级，是噪声强弱的客观量度;频率或 频谱表示噪声的成分。也可以用主观的感觉，例如响度进行测量 。 1、噪声的物理量度 声压：声波传播时，空气质点随之振动所产生的压力波 动出现的压强增量(Pa)。 声压级(dB)：声压与基准声压之比的以10为底的对数的20倍。 声强：单位时间内，单位面积上的声波能量--声强(W/ ㎡)。 声强级：声强与基准声强之比的以10为底的对数的10倍-声强级(dB)。 声功率：声源在单位时间内辐射出来的总声能--声功率 (W)。 声功率级：声功率与基准声功率之比的以10为底的对数的10 倍--声功率级(dB)。
故障诊断的实施过程
1、状态监测 通过传感器采集设备在运行中的各种信息，将其转变为电信 号或其它物理量，再将获取的信号输入到信号处理系统进行处理 。 2、分析诊断 根据监测到的能够反映设备运行状态的征兆或特征参数的变 化情况或将征兆与模式进行比较，来判断故障的存在、性质、原 因和严重程度以及发展趋势。 3、治理预防 根据分析诊断得出的结论确定治理修正和预防的办法。 状态监测是故障诊断的基础和前提;故障诊断是对监测结果的 进一步分析和处理，诊断是目的。
温度测量法
常用的红外测温仪器有：红外测温仪和外测温仪器的核心是红外探测器，它能将入射的红外辐射转变为 电能或 其它能量。按照辐射响应方式的不同，分为光电探测器和热敏 探测器两类。 红外光学系统有反射式、折射式和折 -反射式。 常用的红外测温仪器有：红外测温仪和红外热像仪。后者可以测量 温度在物体表面或空间的分布情况。被测对象的红外辐射经光学系统汇 聚、滤波、聚焦到红外探测器上，再由光学 --机械扫描系统将对象观测 面上各点的红外辐射通量按时间顺序排列，经过红外探测器转变为电脉 冲，通过视频信号处理送到显示器显示出热像。 2、通过测温测量所能发现的常见故障有轴承损坏、流体系统故障、发 热异常、污染物质积聚、保温材料损坏、电器元件故障、非金属部件的 故障、机件内部缺陷、裂纹探测等。
机械振动的类型和特性
机械振动的类型和特性机械振动是指物体在固有平衡位置附近发生周期性的往复运动。
在机械工程领域中，机械振动广泛应用于各种工程设备和结构的设计和分析中，因此了解机械振动的类型和特性对于工程师和设计师至关重要。
本文将讨论机械振动的类型和特性，并介绍其在机械工程中的应用。
一、机械振动的类型1.自由振动：自由振动是指物体在无外力作用下，受到初始位移或初始速度的作用而发生的振动。
在自由振动中，物体将以自身的固有频率进行振动。
常见的自由振动包括钟摆的摆动和弹簧的振动。
2.受迫振动：受迫振动是指物体在外界周期性力的作用下发生的振动。
外界力可以是恒定频率的周期性力，也可以是可变频率的力。
在受迫振动中，物体将以外界力的频率进行振动。
例如，当一个弹簧振子被一个周期性外力驱动时，将发生受迫振动。
3.强迫振动：强迫振动是指外界周期性力对振动系统进行强制振动。
外界力的频率可以是振动系统的固有频率的倍数，也可以是其倍频。
在强迫振动中，外界力将强制振动系统按照特定频率振动，与振动系统的固有频率相互作用。
例如，一台发动机的活塞在运转时，由于连杆和曲柄的作用，将使得活塞强迫振动。
二、机械振动的特性1.频率：频率是指振动中每个周期内发生的完整振动次数。
频率通常用赫兹（Hz）表示，1Hz等于每秒一次完整的振动。
振动的频率是其固有特性之一，不同物体具有不同的固有频率。
2.振幅：振幅指的是振动过程中物体离开平衡位置的最大位移距离。
振动系统的振幅大小与外力的大小和频率有关。
3.相位：相位是指振动物体的位置状态相对于某一标准位置的关系。
它描述了振动物体的位置或状态相对于某一参考点或标准位置的提前或滞后情况。
4.阻尼：阻尼是指振动系统受到的阻碍振动能量传递和减弱振幅的现象。
阻尼分为无阻尼、欠阻尼和过阻尼等类型，阻尼对振动特性和振幅都有重要影响。
三、机械振动在机械工程中的应用机械振动在机械工程中具有广泛的应用，以下是一些典型的应用举例：1.动力学分析：机械振动的特性对于动力学分析至关重要。
《2024年基于振动信号的机械故障特征提取与诊断研究》范文
《基于振动信号的机械故障特征提取与诊断研究》篇一一、引言随着工业的快速发展，机械设备在生产过程中的作用日益凸显。
然而，机械设备的故障往往会导致生产线的停工，甚至可能引发安全事故。
因此，对机械设备的故障诊断与预测成为了工业领域的重要研究课题。
在众多故障诊断方法中，基于振动信号的故障诊断技术因其非接触、实时、高效的特性而备受关注。
本文旨在研究基于振动信号的机械故障特征提取与诊断方法，为机械设备的故障诊断提供新的思路和方法。
二、振动信号的特征提取1. 信号采集与预处理首先，通过安装在机械设备上的传感器，实时采集设备的振动信号。
由于实际环境中存在各种噪声干扰，因此需要对采集到的振动信号进行预处理，如滤波、去噪等，以提高信号的信噪比。
2. 特征提取特征提取是故障诊断的关键步骤。
通过时域、频域和时频域分析方法，从预处理后的振动信号中提取出反映设备运行状态的特征参数。
例如，可以提取出均值、方差、峰值、频率、功率谱密度等参数。
三、故障特征识别与诊断1. 模式识别方法模式识别方法是基于机器学习、深度学习等人工智能技术，通过训练模型来识别设备的故障类型和程度。
常用的模式识别方法包括支持向量机（SVM）、神经网络、决策树等。
这些方法可以根据提取出的特征参数，对设备运行状态进行分类和识别。
2. 故障诊断方法根据模式识别的结果，可以实现对设备的故障诊断。
常见的故障诊断方法包括基于阈值的诊断方法和基于知识库的诊断方法。
基于阈值的诊断方法是通过设定阈值来判断设备是否出现故障；而基于知识库的诊断方法则是通过比对设备运行状态与知识库中的典型故障模式，来判断设备的故障类型和程度。
四、实验验证与分析为了验证基于振动信号的机械故障特征提取与诊断方法的有效性，我们进行了大量的实验研究。
首先，我们采集了多种机械设备在不同故障状态下的振动信号，然后通过上述的特征提取和模式识别方法，对设备的故障类型和程度进行识别和诊断。
实验结果表明，该方法能够有效地提取出反映设备运行状态的特征参数，并准确地识别和诊断设备的故障类型和程度。
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动将出现大量谐频。
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机械设备典型故障的振动特性
C. 轴承在轴承座内松动或部件配合松动
包括如下几方面的故障
•C型
• 轴承在轴承座内松动
• 轴承内圈间隙大
• 轴承保持架在轴承盖内松动
• 轴承松动或与轴有相对转动
• 力不平衡 • 力偶不平衡 • 动不平衡 • 悬臂转子不平衡
• 角不对中 • 平行不对中 • 轴承不对中 • 联轴节故障
• 结构框架/底座松动 • 轴承座松动 • 轴承等部件松动
• 齿轮磨损 • 齿轮偏心 • 齿轮不对中
机械设备典型故障的振动特性
•力
•径向
质
不 平
量衡
不
•典型的频谱
• 相位关系
平
机械设备典型故障的振 动特性
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2020/11/18
机械设备典型故障的振动特性
振 •振动故障分析诊断的任务：从某种意义上讲，就是读谱
动 图，把频谱上的每个频谱分量与监测的机器的零部件对
故 照联系，给每条频谱以物理解释。
障
分 1. 振动频谱中存在哪些频谱分量？
析 2. 每条频谱分量的幅值多大？
往往会激起亚谐波振动(1/2X, 1/3X.), 严重时出现大量的谐频(1/2X, 1.5X, 2.5X...)， 并伴随有噪音。
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机械设备典型故障的振动特性
•滚 动 轴 承
➢ 有资料显示仅有10％～ 20％的 轴承达到或接近设计寿命. 其 余部分因为如下各种原因达不 到设计寿命.
➢ 润滑不当, 使用错误的润滑剂 ；润滑剂或轴承内混入赃物或 杂质；运输或存放不当；选型 不当、安装错误等.
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/11/18
机械设备典型故障的振动特性
• 相位关系
平
同频占主导，相位稳定。振幅按转速平方增大。需
衡
进行双平面动平衡。
偶不平衡在机器两端支承处均产生振动，有时一侧
比另一侧大
B
较大的偶不平衡有时可产生较大的轴向振动。
两支承径向同方向振动相位相差180。
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机械设备典型故障的振动特性
质 •动
量
不 平
不衡
平
衡
•径向
• 典型的频谱
• 相位关系
正常的频谱出现所有转轴 的1X 和啮合频率(GMF)。
齿轮啮合频率的两侧有转 速边带，其峰值较小。
•齿轮啮合频率(GMF)
齿磨损：齿轮固有频率出 现，且有磨损齿轮所在轴 的转速边带
磨损明显时，啮合频率附 近也会出现较高峰值的边 带。
•正常齿轮的频谱
•齿轮自振频率
•齿轮磨损时的频谱
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机械设备典型故障的振动特性
•不平衡 •幅值
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•时间 •幅值
•不平衡 •轴承故障 •齿轮啮合 机械设备典•频型故率障的振动特性
某石化厂压缩机组振动频谱分析
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机械设备典型故障的振动特性
常 见 的 设 备 故 障
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•转子不平衡 •偏心转子 •轴弯曲 •不对中 •松动 •转子与定子摩 擦 •滑动轴承 •滚动轴承 •齿轮故障
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机械设备典型故障的振动特性
•A •B •C
结 轴轴
机
构 承承 框 座等
械 架 松部
松
或 动件 底配
动座 合
松松
动动
•松动本身不是纯粹 的故障, 不会直接 产生振动，但它可 放大故障的作用。
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•径向
•基础底板 •A型
•机器底脚
•径向
•B型
•混凝土基础
•C型
机械设备典型故障的振动特性
垂直与水平方向振动相位相差为0或180。
采用平衡的办法只能消除单方向的振动。
机械设备典型故障的振动特性
•轴向
轴
• 典型的频谱
• 相位关系
弯
振动特征类似动不平衡，振动以1X为主，如果弯曲靠近联轴
节，也可产生2X振动。类似不对中、通常振幅稳定，如果2X
曲
与供电频率或其谐频接近，则可能产生波动。
轴向振动可能较大，两支承处相位相差180。
•轴
承
共
•第二阶段
振
频
率
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机械设备典型故障的振动特性
•滚 动 轴 承 故 障 谱 特 征 (2)
第三阶段：轴承出现磨损 故障频率和谐波出现；磨 损发展时出现更多故障频 率谐波，并且边带数目增 多，振动尖峰能量值继续 增大。
第四阶段：这一阶段甚至 影响1X分量，并引起其它 倍频分量2X、3X等的增大 。轴承故障频率和固有频 率开始“消失”被随机振 动或噪音代替，高频量和 尖峰能量值很大。
A. 结构框架/底座松动
包括如下几方面的故障
• 支脚、底板、水泥底座 松动/强度不够；
• 框架或底板变形；紧固 螺丝松动。
•径向
•基础底板
•机器底脚
•A型
•混凝土基础
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振动特征: • 类似不平衡或不对中, 频谱主要以1X 为主。 • 振动具有局部性, 只表现在松动的转子上。 • 同轴承径向振动垂直, 水平方向相位差0 或180。 • 底板连接处相邻结合面的振动相位相差180。 • 如果轴承紧固是在轴向, 也会引起类似不对中的轴向振动.
不
动。
对
齿型联轴节卡死会引起轴向和径向振动, 通常轴向大于 径向, 频谱以1X 为主, 兼有其它谐频，也有出现4X 为
中
主的实例.
振动随负荷而变，1X明显。
松动的联轴节将引起啮合频率及叶片通过频率的振动,
D
其周围分布1X 旁瓣。
•联 轴 节 故 障
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机械设备典型故障的振动特性
对中不良设备的轴心轨迹
➢ 相位是判断不对中的最好判据。
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机械设备典型故障的振动特性
•轴向
•角 不
不对 对中
中
• 典型的频谱
•相位关系
角不对中产生较大的轴向振动，频谱成分为1X和2X；
A
还常见1X、2X 或3X 都占优势的情况。
如果 2X或 3X超过 1X的 30％到50％，则可认为是存
在角不对中。
联轴节两侧轴向振动相位相差180.
和
3. 这些频谱分量彼此之间存在什么关系？
诊 断 的 任
4. 如果存在明显的高幅值的频•• 谱分量，它的精确的 来源？它与机器的零部件对应关系如何？
5. 如果能测量相位，应该检查相位是否稳定？各测
务
点信号之间的相位关系如何？
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机械设备典型故障的振动特性
设备故障引起的机械振动
•齿轮啮合 •轴承故障
Ｄ
至超过径向振动。
两支承处轴向振动相位接近。
往往是力不平衡和偶不平衡同时出现。
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机械设备典型故障的振动特性
偏 心 转 子
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•风机
•电机 •径向
•风机 •电机
• 典型的频谱
• 相位关系
当旋转的皮带轮、齿轮、电机转子等有几何偏心时，会在 两个转子中心连线方向上产生较大的1X 振动；偏心泵除产 生1X振动外，还由于流体不平衡会造成叶轮通过频率及倍 频的振动。
振动随转速增加迅速增加，过了临界转速也一样。
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机械设备典型故障的振动特性
不对中
➢ 有资料表明现有企业在役设备30％－50％存在不同程 度的不对中，严重的不对中会造成设备部件的过早损 坏，同时会造成能源的浪费。
➢ 不对中既可产生径向振动,又会产生轴向振动；既会 造成临近联轴节处支承的振动, 也会造成远离联轴节 的自由端的振动。不对中易产生2X振动，严重的不对 中有时会产生类似松动的高次谐波振动.
动不平衡是前两种不平衡的合成结果。
C
仍是同频占主导，相位稳定。
两支承处同方向振动相位差接近
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机械设备典型故障的振动特性
•悬
臂
转
质子
量
不 平
不衡
•轴向和径向
• 典型的频谱
• 相位关系
平
衡
悬臂转子不平衡在轴向和径向都会引起较大1X振动。 轴向相位稳定，而径向相位会有变化。
悬臂式转子可产生较大的轴向振动，轴向振动有时甚
•严 • 轴径和滑动轴承钨金干摩 重 • 电动机转子与定子接触 摩 • 叶轮与扩压器口接触 擦 • 汽轮机叶片与静叶
•轻 • 轴与汽封摩擦 微 • 联轴器罩摩轴 摩 • 皮带摩擦皮带罩 擦 • 叶片摩擦外罩
•径向 •共振
• 典型的摩擦波形
转子在转动过程中与定子的摩擦会造成严重的设备故障
在摩擦过程中, 转子刚度发生改变从而改变转子系统的固有频率, 可能 造成系统共振。
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机械设备典型故障的振动特性
•轴向
•轴
不
承 不
对对
中
中
• 典型的频谱
•相位关系
C
轴承不对中或卡死将产生1X, 2X轴向振动，如果测试 一侧轴承座的四等分点的振动相位，对应两点的相位
相差180。
通过找对中无法消除振动，只有卸下轴承中心安装。
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机械设备典型故障的振动特性
如果联轴节的短节过长或过短，通常会产生明显的3X振
➢ 振动监测的最终目的是通过跟 踪轴承状态了解何时需要更换 轴承.