振动分析基本知识

下午12时17分23秒
频谱图
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
振动趋势图
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
瀑布图
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
常见故障的振动特征
©2010 Fluke Corporation
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
轴承处波形频谱图
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
齿轮箱的故障分析
啮合频率及其谐波、固有频率、边频 滚动轴承频率
啮合频率 GMF
下边频 2X
上边频
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
压电加速度传感器
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
压电加速度传感器
三角剪切型
©2010 Fluke Corporation
中心压缩型
下午12时17分23秒
压电加速度传感器的频响
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
各振动传感器的性能和适用范围
下午12时17分23秒
振动相位
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
振动相位
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
振动的数学公式
简谐波形的数学表达式
振动位移 (Displacement) 速度 (Velocity) 加速度 (Acceleration)
时频转换
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
时频转换
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
时频转换
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
时频转换
通频值、分频值、基频、倍频
©2010 Fluke Corporation
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
不对中
• 不对中的原因可能有以下几种： • 组装不佳，或组装后发生移动 • 管道张力造成变形 • 柔性支撑件的扭矩引起变形 • 温度引起机器结构发生变化 • 联轴器加工不良 • 联轴器润滑不够充分
• 未对准会以两种方式表现出来： • 径向和切向方向上（平行）的2 倍 频振动 • 轴向方向上（成角度）的1倍频振动
下午12时17分23秒
基本振动描述
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
振动波形
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
振动幅值
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
振动频率
©2010 Fluke Corporation
纸厂辊子
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
电涡流位移传感器
电涡流传感器结构图
©2010 Fluke Corporation
电涡流传感器原理图
下午12时17分23秒
磁电速度传感器
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
磁电速度传感器
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
螺杆压缩机
=
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
螺杆压缩机
=
位置4
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
螺杆压缩机
=
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
不加窗 汉宁窗 平顶窗
目的
冲击试验 故障诊断 状态评定、 仪器标定
幅值误差
56.4% 16% 1%
窗系数(WF)
1 1.5 3.8
频率分辨率=2*LRF*窗系数 (汉宁窗系数为1.5)
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
常用图谱
©2010 Fluke Corporation
CA= 接触角 Ω= 设备转速 N=滚动体个数 P=节园直径 B=滚珠或滚动体直径
FTF=保持架通过频率 BPFI=内环通过频率 BPFO=外环通过频率 BSF=滚珠旋转频率
fundamental train frequency ball pass frequency inner race ball pass frequency outer race ball spin frequency
下午12时17分23秒
采样-模数转换
采样频率=采样点数/采样时间
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
采样定理
谱线数=采样点数/2.56 LRF（最小可见频率）= Fmax/N=1/采样时间
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
加窗
窗
下午12时17分23秒
机组结构图
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
机组信息
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
波形图
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
波形图
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
烟机转子-滑动轴承，悬臂安装
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
滚动轴承
Vertical
Horizontal Axial
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
底座和基础
©2010 Fluke Corporation
---振动缓慢增加
轴向振动不大；
联轴器不平衡 ---相邻轴承振动大
振幅随转速升高而增大；
过临界转速有共振峰；
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
某电机
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
某电机
活动端
=
主动端
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
固有频率、共振、临界转速
固有频率是由系统设计决定的系统自身属性（质量和刚性） 共振是激励频率等于或接近系统的固有频率时的一种状态 临界转速是由设备旋转激起的系统共振状态
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
振动的测量-传感器
©2010 Fluke Corporation
滚ຫໍສະໝຸດ Baidu轴承故障
滚动轴承有特殊的轴承失效形式，可以从波形和频 谱数据中观察到
轴承特征频率是真实的缺陷频率
这些频率只在轴承确实有缺陷时出现
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
滚动轴承的结构
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
滚动轴承的失效频率
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
不对中
波形呈畸变的正弦波； 轴向振动较大； 联轴器两侧的轴向振动相差180°； 振动随负荷的变化明显；
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
某水泵
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
x = Asin 2πft
v = dx = A • 2πf • sin(2πft + π )
dt
2
a
=
d2x dt 2
=
A(2πf
)2
sin(2πft
+π
)
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
振动的合成分解
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
下午12时17分23秒
常见故障的振动特征
在带滚动轴承的旋转机械中，常见的故障类型有质 量不平衡、轴弯曲、不对中、松动、共振、滚动轴承 故障、齿轮故障等。
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
转子不平衡-来源
污物积累或平衡配重的缺失 • 材料不均匀，尤其是在铸件中（如多孔部分、砂眼） • 配合件（如轴、孔…）的尺寸存在差别 • 辊子偏转（如造纸机辊）或存在机加工误差 • 电气绕组的质量分布不均匀 • 不均匀的腐蚀、偏心转子或转子腐蚀
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
相位测量
相位的测量 相对相位，一个信号某一点和另一信号最近的对应点的关系 绝对相位，鉴相器信号触发到振动信号第一个正峰值间的角 度
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
数据处理
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
某电机
=
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
轴弯曲
=
和不平衡现象类似 轴向有较大的一倍频振动，且相位相反 对大型机组可以通过晃度来判断
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
不对中
=
在机器设备上，当两个耦合轴的中心线重合时，就是理 想对中的情况。当它们不重合时，就存在不对中
某水泵
活动端
=
主动端
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
某水泵
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
松动
机械松动有两种类型： • 旋转松动：旋转松动是由机器的旋转 部件与固定部件之间的过大间隙引起的 （例如在轴承中）。
• 非旋转松动：非旋转松动是两个正常 的固定部件之间的松动，例如，支脚和 基础之间或轴承外壳和机器之间。
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
电厂一次风机
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
电厂一次风机
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
电厂一次风机
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
不平衡通常会在 1 倍转速下在任一 方向上表现出来
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
转子不平衡-振动特征
波形为简谐波，少毛刺；
原始质量不平衡---轴向振动小
1X频率为主；
初始弯曲
---轴向1X振动
水平和垂直振动相位差90°；
部件位移或脱落---振动突变后稳定
一般水平振动大于垂直方向振动； 叶轮结垢
•大多数类型的非旋转松动也会产生转速的谐波，通常不会太多，不会产 生分谐波。 •非旋转松动还可产生随机噪声，这会产生一种连续频谱，而不是确定的 峰形。 •垂直方向振动常大于水平方向； •松动结合面两边，振幅有明显差别；
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
电厂一次风机
轴承失效频率和设备转速的单位相同
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
滚动轴承的失效频率
不要忙着计算故障频率，首先寻找故障征兆 不同厂家—不同型号---不同滚珠数
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
滚动轴承的频谱
基本频率、谐波、边带、固有频率及其边带
某风电主轴承
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
某风电主轴承
内径600 外径870 双列29滚珠 滚动体直径66.5 接触角11°20
主轴转速 14.2RPM
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
计算结果
内环通过频率15.79X 3.74hz 滚珠通过频率1.184X 0.28hz 外环通过频率13.2X 3.13hz 保持架频率 0.456X 0.108hz
振动分析基本知识
王少锋
13910959123
Shaofeng.wang@fluke.com.cn
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
生活中的振动
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
设备结构
©2010 Fluke Corporation
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
松动
• 轴承座套和滚动体之间间隙过大（轴承松动）会产生1倍频的各次谐波， 有时可能会延伸到10倍频率以上 • 过大的轴颈轴承间隙会产生0.5倍谐波，如图所示。它们称为“半频谐 波分量”或“分谐波”。它们可由摩擦和严重的撞击而产生。