振动分析故障诊断培训班

故障诊断有方法
常见机器故障类型
转子故障
平衡 对中 局部故障 分布故障 局部故障 分布故障
不平衡、不对中、 机械松动以及滚
动轴承故障是机
械设备的常见故 障，掌握了这些 故障的诊断技巧， 就完全可以胜任 日常诊断了。
机器故障
轴承故障
齿轮故障
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故障诊断有方法
简单机器的振动模型
故障诊断有方法
故障诊断基本规则
振值随时间增大，必是机器状态发生了明显变化； 振值稳定则机器运行状态稳定； 故障诊断准确率不可能达到100%； 振动标准仅适用于特定的机器；
缩短检测周期有利于避免机器随机故障。
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自身 恒定力 或脉冲 周期力 受影响 因素 自激 相位 频率 幅值 要素 振动 阻尼 系数 单位 加速度 速度 位移 cv 阻尼力 计量 峰峰值 动态 距离 矢量 峰值 有效值 属性 可传递 类型 有益力 力 动刚 度力 质量 固有 频率 自由 强迫 有害力 ma 惯性力
12.2X - 50%Fm 15%OA或 1.4mm/s
50%Fm-100%Fm 10%OA或 1.27mm/s
备注： 1. Fm为最高分析频率； 2. OA为宽频报警值，以峰值计。
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包络分析流程
重复性 冲击
结构 响应
振动 传感器
带通 滤波器
频谱 分析
热烈欢迎 来自企业的诊断专家
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李怀刚 E-mail: lihuaigang_post@
故障诊断有方法
概述
设备状态监测与故障诊断，属两个技术范畴：前者为运行状态 评价，后者为异常原因的识别。故障诊断技术看起来很复杂， 似乎难以掌握。其实，故障诊断是有方法的……
④
效率需求
实用性要求
操作方式 开发者
功能设计
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力在频谱图上的表达
周期力：与转速同频的分量及谐波 冲击力：高次谐波 摩擦力：较高的基底噪声
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部件拆分
2
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• 靠近轴承 • 承载区
诊断
传感
选型
• 频响范围 • 安装方式
要点
• 获取正确特征 • 三多原则
分析
采集
原则
• 采样频率 • 采样长度
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诊断环节
采样模式
测点选择
部件
①
知识层次
②
使用者 操 作 需 求 仪器 测 量 精 度 环 境 需 求 故障 机器 故 障 类 型 故 障 机 理
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故障模式
部件 共振
临界 转速
平衡 问题
过程 失稳 振动 调制
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故障 模式
部件 松动
对中 问题
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故障诊断有方法 位置 分析 频带 切割 趋势 变化 幅度 分布 影响 因素 疑似 排除
诊断原理
多维 融合
时序 分析
振动联想
弹性 系数
kx 弹性力
预警 用途
冲击 幅度
平均 能量
保护 用途
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影响振动因素
力是引起振动 的主要根源。
振动是我们看 到的现象，解 决问题需要了 解本质。
质量与刚度决 定固有频率。 系统的刚度和 阻尼都会影响 振动响应。
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典型滚动轴承故障特征频率范围 10X 20X 30X 40X 50X 60X 70X 80X 90X
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分析带宽选择
轴承类型 转子转速
最高分析频率 50至120倍转频 大多情况下128点／转、共采2048点可满足要求
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故障诊断有方法
诊视患者而判断其病症谓之诊断 诊断是两个独立但融合的过程，诊需要思路和方法，断需要 知识和经验 现场测试仅仅是诊的一个环节 振动不等于所有信息，振动分析不等于故障诊断 了解机器结构、力学特性是诊断的基础 99.8Hz 切忌“相对须臾，便处汤药”
1X正进动分量
缓变或 突变
趋势 特征
不平衡
幅度 分布
不平衡 面距离
影响 因素
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转速
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典型部件故障
4
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转子状态评价
起始 终止 报警
备注：
0 1.2X 90%OA
1.2X 2.2X 30%OA
2.2X 3.2X 25%OA
凡故障诊断，必先了解机组结构及动力学特性， 方可借助分析图谱进行分析。振动因力而生，刚度
影响其大小，故分析振动不可简单以幅度大小论， 应从力、刚度和振动响应三个方面综合分析，才能 获取正确的结论。
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选择
诊断关键环节
测点
关键
• 诊断原理 • 关键因素
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部件分解
旋转机械
转子
转子与转 子
轴承
转子与轴 承
平衡
弯曲
对中
摩擦
安装问题
摩擦
稳定性
轴系
间隙
同心度
预负荷
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幅值
仅从宽频振动幅度难以找到故障原因
宽频振动 转子振动 滚动轴承振动
齿轮振动
频率
部件或组件不同，故障引起的振动幅度亦不同
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振动的合成与滤波
100Hz，200Hz，500Hz
合成波形
400Hz低通滤波
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150Hz低通滤波
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采样定理
多选择为 2.56 倍
fs≥2fm
采样频率 信号中的最高频率
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诊断原则
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振动三要素
频率
x A cos(t 0 )
振幅 初相位
一般地，任意一个物理量随时间按 余弦规 律变化，则物理量作简谐振动。
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动刚度理论
影响振动的内因
动态运动 （振动）
=
动态力或力矩 动刚度
可以测到的振动
系统特性
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平衡故障
1X 矢量区域是检测
M M 相位变化 M
转子平衡状态变化
幅值增大
的理想工具，幅值 增大和相位变化均 反映了平衡状态的 变化。
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探头
极坐标图分析
旋转方向
转速增大
不平衡力或 不平衡力矩
初始弯曲矢量
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平衡故障
不平衡故障具有1X特征，但1X特征未必是不平衡故障； 影响平衡的因素是1X正进动分量； 1X轴心轨迹椭圆度过大为预负荷影响； 不平衡故障具有振动幅值分布性；
不平衡能够破坏对中，但不对中未必一定影响平衡；
1X矢量突变代表偏心质量的突变。
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故障及信号传递
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振源与信号衰减
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滚动轴承故障分析
分析频率一般为50倍或60倍转速频率 故障特征频率往往为非整数倍转速频率 随着高次谐波出现故障严重程度增大 建议以峰值为主要判定标准 综合状态评价技术
位移大则交变力大， 由此产生的危害也 大。 位移与频率 乘积，平均 振动能量。
位移
三种 计量单位 频率相同， 故障性质 不变。
振动 单位
速度
加速度
冲击能量，高频在 频谱中被“放大”。
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固有频率
n 1 n
' n 2
利用冲击响应原理，即冲击产生的有阻尼自由振动，因实 际阻尼系数一般都很小，由此可由其响应频率视作系统的固有 频率。如汽轮机叶片静频的测试就采用了冲击响应法。
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准备知识
1
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故障诊断基本任务
定期监测振动水平变化，跟踪设备状态变化趋势； 确定振动发生变化的原因； 据此提出维护建议（维修、调整、润滑等）； 检查维护效果是否符合要求；
保障设备运行安全。
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低通 滤波
包络 分析
检波 电路
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包络解调
带通信号
绝对值处理
包络检波
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专用方法
gSE BCU
美国本特利公司 尖峰能量
德国申克公司 轴承状态单位
SEE SPM
瑞典SKF公司 谱发射能量 瑞典SPM公司 冲击脉冲法
简单 规则
绝对 方向
周期 特征 反推 分析
类比 对照
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故障诊断有方法 质 量 中 心 与 旋 转 中 心 存 在 偏 心 距
不平衡
转 子 的 平 衡 状 态 受 很 多 因 素限公司
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不平衡
频带 切割
1. X代表转速频率； 2. OA为宽频报警值；
3. 400线分辨率。
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平衡故障
• 预负荷 • 支撑刚度
• 不平衡
-1X
0
+1X
1X 、椭圆轴心轨迹、正进动特征不一定是不平衡 故障，反进动分量的大小是区别平衡与预负荷问 题的关键点。
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RMS or PEAK？
RMS
• 稳定且重复性好， 趋势可读性好 • 磨损加剧时响应比 峰值慢
PEAK
• 对任何状态变化均 很敏感 • 不稳定、重复性及 趋势可读性差，但 可用于维修定标
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振动分类
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振动计量与力
弹性力
位移
惯性力
阻尼力
my '' cy ' k ( st y ) F0 sin t mg
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振动计量
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安全属性
内 在 无 隐 患
没有 危险
不出 事故
安全
维护 措施
不受 威胁
外 在 无 危 险
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ESMP
设备安全与管理方案
（ESMP）
点检 远程 诊断
在线 监测
精密 分析
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无故障信号特征
无故障轴承振动信号，无明显冲击特征
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故障信号特征
故障轴承振动信号，冲击特征明显
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实例解析
滚动轴承特征频率
3X以上非整数倍转速频率及其谐波是轴承特征频率
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分析带宽划分
圆锥滚子轴承或球面滚子轴承为60X；
1700rpm以上为50X；
1400至1700rpm为60X； 1100至1399rpm为80X； 800至1099rpm为100X； 600至799rpm为120X。
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频带划分
3.2X - 12.2X 20%OA或 1.98mm/s
99.8Hz
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诊断原理
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诊断原理
任何一种故障，均有数种最适合的分析方式，这些分析方
式就是诊断原理。应用相应的诊断原理，并符合一定的取值范
围，就可以确诊此类故障。这是本人近期总结故障诊断实践得 到的结论。对于特定的故障来说，有一些分析方式是不适用的， 我们不应该在这些方面浪费时间，更重要的是不应受到这些不 适用方法提供出来的不客观信息。
在叶片端部 施加冲击力
获得振荡衰 减时间波形
频谱主频即 为叶片静频
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相位
若外触发采样，则经FFT计算的相位为时间等于 0时的相位，即初相位。用于平衡时，相位的定义为 触发脉冲前沿到前正峰值的角度。 两者之和为π/2。
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