振动大实例与原因分析

1倍频振动大除了动平衡还应检查什么？

据统计，有19％的设备振动来自动不平衡即一倍频，而产生动不平衡有很多原因。现场测量的许多频谱结果也多与机器的一倍频有关系，下面仅就一倍频振动增大的原因进行分析。

一、单一一倍频信号

转子不平衡振动的时域波形为正弦波，频率为转子工作频率，径向振动大。频谱图中基频有稳定的高峰，谐波能量集中于基频，其他倍频振幅较小。当振动频率小于固有频率时，基频振幅随转速增大而增大；当振动频率大于固有频率时，转速增加振幅趋于一个较小的稳定值；当振动频率接近固有频率时机器发生共振，振幅具有最大峰值。由于通常轴承水平方向的刚度小，振动幅值较大，使轴心轨迹成为椭圆形。振动强烈程度对工作转速的变化很敏感。

1．力不平衡

频谱特征为振动波形接近正弦波，轴心轨迹近似圆形；振动以径向为主，一般水平方向幅值大于垂直方向；振幅与转速平方成正比，振动频率为一倍频；相位稳定，两个轴承处相位接近，同一轴承水平方向和垂直方向的相位差接近90度。

2．偶不平衡

频谱特征为振动波形接近正弦波，轴心轨迹近似圆形；在两个轴承处均产生较大的振动，不平衡严重时，还会产生较大的轴向振动；振幅与转速平方成正比，振动频率以一倍频为主，有时也会有二、三倍频成分；振动相位稳定，两个轴承处相位相差180度。

3．动不平衡

频谱特征为振动波形接近正弦波，轴心轨迹近似圆形；振动以径向为主，振幅与转速平方成正比，频率以一倍频为主；振动相位稳定，两个轴承处相位接近。

4．外力作用下（旋转）产生的共振

各个零部件、结构件在外力作用下所产生的固有共振为自激振动，其频率与不同的结构对应，即刚度不同引起的不同共振。频谱特征为时域波形为正弦波，振动频率以一倍频为主。

二、相关一倍频信号

1．转子永久弯曲

振动类似于动不平衡和不对中，以一倍转频为主，也会产生二倍转频振动；振动随转速增加很快；通常振幅稳定，轴向振动较大，两支承处相位相差180度。

2．转子存在裂纹使挠度增大

转子系统的转轴上出现横向疲劳裂纹，可能引发断轴事故，危害很大。及时确定裂纹可防止突然断裂的灾难性事故。转轴裂纹常用的诊断方法是监测机器开停机过程中通过“半临界转速”的振幅变化，以及监测转子运行中振幅和相位的变化。

转轴的横向疲劳裂纹为半月状的弧形裂纹，由于裂纹区所受的应力状态不同，转轴的横向裂纹呈现张开、闭合、时张时闭三种情况。当裂纹区转轴总受拉应力时，裂纹处于张开或具有张开倾向的状态，轴刚度小于无裂纹时的刚度，挠度大于无裂纹时的挠度，在一定工作转速下振幅及相位都发生变化。当裂纹区转轴总受压应力时，裂纹处于闭合状态，轴的刚度略小于无裂纹时，裂纹对转子的振动特性基本没有影响。当裂纹区转轴受交变应力时，裂纹周期性时闭时开，对振动的影响比较复杂。

出现横向疲劳裂纹时，轴的刚度呈各向异性，振动带有非线性性质。一倍频和二倍频分量随时间逐渐增大，特别是二倍频分量，随裂纹深度的增加而明显增大。

3．滑动轴承间隙变大

轴与轴承间隙过大，类似于不对中和机械松动，应注意区别。此时径向振动较大，特别是垂直径向；可能有较大的轴向振动，止推轴承可能有较高次谐波分量；径向和轴向时域为稳定的周期波形占优势，每转一圈有13个峰值；没有较大的加速度冲击现象。若轴向振动与径向振动大小接近，表明问题严重。

4．轴承压盖松动

振动频率为转频，并有高次谐波和分数谐波。振动具有方向性，幅值稳定。

5．轴系同轴度差

造成轴系不对中的原因很多，如安装误差、调整不够、承载后的变形、机器基础的沉降不均匀等。

转子径向振动以一倍频和二倍频为主，轴向振动在一倍频、二倍频和三倍频处有稳定的高峰，一般可达径向振动50％以上。若与径向振动一样大或更大，表明情况严重。

三、其它与一倍频有关的原因

1．电机、风机等底座龟裂，引起刚度变化，易产生共振。

2．联轴器制造安装偏差造成的磨损；不配套的连接螺帽／螺栓缺损；联轴器螺帽磨损。

3．转子温度梯度影响。

4．润滑油温度变化引起的失稳。

5．转子或轴承刚性变化。

6．电磁异常。

7．齿轮机构中齿轮的累积制造误差。

1、质量不平衡

所谓不平衡即是质量和几何中心线不重合所导致的一种故障状态。当转子旋转时，其"重心"产生一个离心力作用在轴承上，该力的大小随着转子的旋转而稳定的变化。不平衡的类型有三种：静不平衡或力不平衡、力矩不平衡或偶不平衡和动不平衡。

不平衡时频谱的表象：波形为正弦波；轴心轨迹为圆或椭圆；1X频率为主；径向（水平和垂直）振动为主；振幅随转速升高而增大；过临界转速有共振峰；

悬臂转子不平衡水平和垂直轴向振动都很大。

另外，如果滑轮、齿轮、轴承或转子的旋转中心偏离几何中心线就会出现偏心。

2、不对中

不对中的现象较为普遍，且非常重要，因为它而增加的旋转力会对轴承和密封件施加异常的应力。不对中的类型有：平行不对中、角度不对中、平行和角度不对中。

典型的不对中主要由以下原因引起：原部件的不精确装配，如电机、泵等；安装后原部件间的相对位置发生移动；因为管道系统的压力而造成的扭曲变形；由于扭矩而引起的柔性支撑扭曲变形；温度变化引起的机器变形；耦合面与轴线不垂直；由于地基柔性太大，在旋紧固定螺栓时机器发生移动。

实际上大多数不对中案例都是轴线角度不对中和平行不对中的组合。一般原则是：诊断应该根据轴向和垂直（或水平）方向上随着1X转速的增加，对应的2X处的振动级的变化情况来判断。

对于齿轮联轴器，一般认为存在以下振动特征：

1）对中不良引起转子2倍频振动分量，不对中越严重，2倍频分量所占比例越大；

2）不对中量和联轴器内阻尼越大，倍频振动的幅值越大；

3）不对中产生的振动幅值，随着转速的升高而增大；

4）对中不良引起的弯曲振动中有工频的2，4，6，8…等偶数倍频振动分量，且靠近联轴器处的轴承的弯曲振动振幅大于远离联轴器处的轴承振幅；扭转振动有工频的1，3，5，7…等奇数倍频振动分量，靠近联轴器处的轴承的弯曲振动振幅小于远离联轴器处的轴承振幅。

3、机械松动

由于松动会产生非常明显的1X基频波峰。在实际中存在有两种类型的松动：旋转松动和非旋转松动。

轴承磨损可能会导致出现旋转松动，此故障在检测时首先会测到轴承磨损的迹象，然后才能出现轴承松动。当滑动轴承出现间隙问题时，它的频谱上会显示出与旋转松动非常相似的特征：出现很强的1X谐波。在大多数情况下，其垂直方向上的振动要高于水平方向上的振动。对于结构松动（弹性地基）非旋转松动，机器与地基之间的松动会使其最小刚性方向上的1X振动升高，通常在水平方向上，同时还取决于机器的安装和布局方式。

松动既可能导致机器的其他故障也可能因其它故障所引起，机械部件的磨损变形、轴系的不对中、不平衡等与松动相互影响。因为松动引发的振动多为中低频振动，一般在1000Hz以下，振动频率通常为转频或转频的分数谐波及高次谐波。

4、轴承故障

轴承故障的分类：

1）滚动轴承

疲劳剥落、磨损、塑性变形、锈蚀、胶合和保持架损坏等。

2）滑动轴承

巴士合金松脱、巴士合金损坏、轴承壳体配合松动和轴承间隙过大等。