旋转机械振动分析案例

波形出现“削顶” 丰富的高次谐波
滚动轴承故障的振动诊断及实例
1. 滚动轴承信号的频率结构 滚动轴承主要振动频率有：
（1）通过频率 当滚动轴承元件出现局部损
伤时（如图中轴承的内外圈或 滚动体出现疲劳剥落坑），机 器在运行中就会产生相应的振 动频率，称为故障特征频率， 又叫轴承通过频率。
各元件的通过频率分别计算 如下：
测点A水平方向振动信号的频谱结构图
机械松动
地脚松动引起振动的方向特征及频率结构
实例 某发电厂1＃发电机组，结构如图。
1-汽轮机 2-减速机 3-发电机 4-励磁机 ①－后轴承 ②－前轴承
汽轮机前后轴承振动值
①
②
um P－P
um P－PLeabharlann H8530
V
15
6
A
28
28
振动信号所包含的主要频率成分都是奇数倍转频，尤以3倍 频最突出。另外，观察其振动波形振幅变化很不规则，含有 高次谐波成分。根据所获得的信息，判断汽轮机后轴承存在 松动。
取正号，方向相反则取负f号b 。
fb

1 2
D d
f
r
[1

(
d D
)2
cos2

]
实例
一台单级并流式鼓风机，由30KW电动机减速后拖 动，电动机转速1480r/min,风机转速900r/min。两 个叶轮叶片均为60片，同样大小的两个叶轮分别装在两 根轴上，中间用联轴器链接，每轴由两个滚动轴承支承， 风机结构如图所示。
群，这是轴承元件的固有频率。图b是低频段的频谱， 图中清晰地显示出转速频率（15Hz），外圈通过频率 （61Hz），内圈通过频率（88Hz）及外圈通过频率的2 次、3次谐波（122Hz和183Hz），图c是加速度时域波 形 ， 图上 显示出间 隔为 5.46ms的波峰 ， 其频率亦 为 183Hz（1000÷5.46＝183Hz），即为外圈通过频率的 三次谐波，与频谱图显示的频率相印证（见图4－ 38b），据两个频段分析所得到的频率信息，判断轴承 外圈存在有故障，如滚道剥落、裂纹或其它伤痕。同时 估计内圈也有一些问题。
不平衡故障的典型 频谱特征是工频分 量占主导地位
实例2：
某 引 风 机 ， 型 号 Y2805-4 型 ， 转 速 1480r/min，功率75kW，结构简图见图。
①、②－引风机轴承测点 ③～⑤－电机测点
引风机振动速度有效值（mm/s rms）
测点 ①
②
③
④
⑤
方位
H 20.0 4.6 2.5 2.4 －
摩擦
高次谐波及其分数倍谐波是摩擦的主 要频谱特征
实例：
某厂一台3W－1B1型高压水泵的电动机， 转速1485r/min，泵轴转速225r/min，水 泵的轴承为滑动轴承，设备运行中发现水泵 轴承的垂直方向（V）振动强烈。其振动信 号的时域波形、频谱如图所示。
水泵轴承垂直方向的振动波形成单边“截 头”状，频谱结构主要是转频及其高次谐波， 都呈典型的摩擦特征。后经检查发现，该轴 承由于润滑油路堵塞而形成干摩擦。如此可 见，频率分析结合波形观察，是诊断摩擦故 障的有效方法。
滚动轴承故障的振动诊断及实例
a.外环损坏： b.内环损坏：
f (Hz)fi nfr (1 d cos / D) / 2 f (Hz) nfr (1 d cos / D) / 2
c.滚动体损坏： f (Hz ) fr (D / d ){1 [d (cos ) / D]2}/ 2
转子不对中
联轴器不对中 轴承不对中
带轮不对中
平行不对中
角度不对中
实例：
某厂一台离心压缩机，结构如图所示。电动机 转速1500r/min（转频为25Hz）。该机自更换减 速机后振动增大，A点水平方向振动烈度值为 6.36mm/s，位移D=150μm，超出正常水平。
明显的2X特征
重新对中后2X 基本消失
d.保持架故障： f (Hfz0 ) { fi [1 d (cos) / D] fo[1 d (cos) / D]} / 2
式中：
n径-滚、动α-体接数触、角f、r-内ffi0、外f环o12几相f分r (对1别转为Dd速内co频外s率环) 、转d速-滚频动率体，直二径者、方D向-节一圆致直
（26Hz）
V 5.5 3.4 1.0 － 4.5
A 3.7 2.4 1.6 － －
H、V、A分别代表水平、垂直和轴向
测点①水平方向频谱
从频率结构看，测点 ①水平方向的频率结 构非常简单，几乎只 存在风机的转速频率 （26Hz近似于转频）。 对比表中测点①、② 振值，可见测点②的 振值比测点①要小得 多。测点①最靠近风 机叶轮，其振动值最 能反映风机叶轮的振 动状态。据此判断风 机叶轮存在不平衡故 障。
停机检查时发现汽轮机后轴承的一侧有两颗 地脚螺栓没有上紧，原因在于预留热膨胀间隙过 大。后来按要求旋紧螺母，振幅则从85μm下降 至27μm，其余各点的振动值也有所下降，实现 了平稳运行。
这个实例的振动过程完整，它给我们的启示 在于，判断松动故障，频率特征仍是最重要的信 息。此例中因为轴承一侧的螺栓没有上紧，却表 现出水平振动大的现象，这再一次证明，振动的 方向特征是有条件的，只能作为判断时的参考， 应用时必须小心。
轴承的特征频率计算： 鼓风机转速频率： ＝fr n/60=900/60=15(Hz)； 轴承内圈通过频率：88Hz 轴承外圈通过频率：61Hz
滚动体通过频率：40.6Hz
测点③的时域波形和高低两个频段的频谱。
高频
低频
波形
在图a所显示的高频段加速度的频谱图上，出现
1kHz以上的频率成分1350Hz和2450Hz，形成小段高频峰
该机组自1986年1月30日以后，测点③的振 动加速度从0.07g逐渐上升，至6月19日达到 0.68g，几乎达到正常值的10倍。为查明原因， 对测点③的振动信号进行频谱分析。
轴承的几何尺寸如下： 轴承型号：210； 滚动体直径：d＝12.7mm； 轴承节径：D＝70mm； 滚动体个数：z＝10； 压力角：＝00。
目录：
1、旋转机械常见故障的案例分析 2、振动故障识别方法
●旋转机械常见故障的案例分析
——转子不平衡 转子不平衡产生的原因及频率特征
不平衡 类型
不平衡 频谱
转子不平衡
实例1：
某公司有一台电动机，额定转速3000r/min， 运行中发现振动异常，测取轴承部位的振动信号作频 谱分析，其谱图如右下图所示。以电动机转频 （50Hz）最为突出，判断电动机转子存在不平衡。 在作动平衡测试时，转子不平衡量达5000g.cm，远 远超过标准允许值。经动平衡处理后，振 动状态达到正常。 这个实例，故障典型，过程完整。它的价值在于印 证了不平衡故障的一个最重要特征，激振频率等于转 频，又通过动平衡测试处理进一步验证了诊断结论的 正确性。