常見的15種振動故障及其特征頻譜

      十五種常見的振動故障及其特征頻譜: 不平衡,不對中,偏心轉(zhuǎn)子,彎曲軸,機械松動,轉(zhuǎn)子摩擦,共振,皮帶和皮帶輪,流體動力激振,拍振,偏心轉(zhuǎn)子,電機,齒輪故障,滾動軸承,滑動軸承。

一、不平衡

不平衡故障癥狀特征：

• 振動主頻率等于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；
• 徑向振動占優(yōu)勢；
• 振動相位穩(wěn)定；
• 振動隨轉(zhuǎn)速平方變化；
• 振動相位偏移方向與測量方向成正比。

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力偶不平衡

力偶不平衡癥狀特征：

• 同一軸上相位差180°；
• 存在1X轉(zhuǎn)速頻率而且占優(yōu)勢；
• 振動幅值隨提高的轉(zhuǎn)速的平方變化；
• 可能引起很大的軸向及徑向振動幅值；
• 動平衡需要在兩個修正面內(nèi)修正。

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懸臂轉(zhuǎn)子不平衡

懸臂轉(zhuǎn)子不平衡癥狀特征：

• 徑向和軸向方向存在1X轉(zhuǎn)速頻率；
• 軸向方向讀數(shù)同相位，但是徑向方向讀數(shù)可能不穩(wěn)定；
• 懸臂轉(zhuǎn)子經(jīng)常存在力不平衡和力偶不平衡兩者，所以都需要修正。

二、不對中

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角向不對中

角向不對中癥狀特征：

• 特征是軸向振動大；
• 聯(lián)軸器兩側(cè)振動相位差180°；
• 典型地為1X和2X轉(zhuǎn)速大的軸向振動；
• 通常不是1X，2X或3X轉(zhuǎn)速頻率占優(yōu)勢；
• 癥狀可指示聯(lián)軸器故障。

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平行不對中

平行不對中癥狀特征：

• 大的徑向方向相位差180°的振動嚴重不對中時，產(chǎn)生高次諧波頻率；
• 2X轉(zhuǎn)速幅值往往大于1X轉(zhuǎn)速幅值，類似于角向不對中的癥狀；
• 聯(lián)軸器的設(shè)計可能影響振動頻譜形狀和幅值。

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裝斜的滾動軸承

裝斜的滾動軸承癥狀特征：

• 振動癥狀類似于角向不對中；
• 試圖重新對中聯(lián)軸器或動平衡轉(zhuǎn)子不能解決問題；
• 產(chǎn)生相位偏移約180°的側(cè)面；
• 對側(cè)面或頂部對底部的扭動運動。

三、偏心轉(zhuǎn)子

偏心轉(zhuǎn)子癥狀特征：

• 在轉(zhuǎn)子中心連線方向上最大的1X轉(zhuǎn)速頻率振動；
• 相對相位差為0°或180°；
• 試圖動平衡將使一個方向的振動幅值減小，但是另一個方向振動可能增大。

四、彎曲軸

彎曲軸癥狀特征：

• 彎曲的軸產(chǎn)生大的軸向振動；
• 如果彎曲接近軸的跨度中心，則1X轉(zhuǎn)速頻率占優(yōu)勢；
• 如果彎曲接近軸的跨度兩端，則2X轉(zhuǎn)速頻率占優(yōu)勢；
• 軸向方向的相位差趨向180°。

五、機械松動

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機械松動(A)

機械松動 (A) 癥狀特征：

• 機器底腳結(jié)構(gòu)松動引起的；
• 基礎(chǔ)變形將產(chǎn)生“軟底腳”問題；
• 相位分析將揭示機器的底板部件之間垂直方向相位差約180°。

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機械松動(B)

機械松動(B)癥狀特征：

• 由地腳螺栓松動引起的；
• 可能產(chǎn)生0.5X、1X、2X和3X轉(zhuǎn)速頻率振動時，由裂紋的結(jié)構(gòu)或軸承座引起的。

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機械松動(C)

機械松動(C)癥狀特征：

• 相位經(jīng)常是不穩(wěn)定的；
• 將產(chǎn)生許多諧波頻率。

六、轉(zhuǎn)子摩擦

轉(zhuǎn)子摩擦癥狀特征：

• 振動頻譜類似于機械松動；
• 通常產(chǎn)生一系列可能激起自激振動的頻率；
• 可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)速的亞諧波頻率振動；
• 摩擦可能是部分圓周或整圓周的。

七、共振

共振癥狀特征：

• 當強迫振動頻率與自振頻率一致時，出現(xiàn)共振；
• 軸通過共振時，相位改變180°，系統(tǒng)處于共振狀態(tài)時，將產(chǎn)生大幅值的振動。

八、皮帶和皮帶輪

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皮帶共振

皮帶共振癥狀特征：

• 如果皮帶自振頻率與驅(qū)動轉(zhuǎn)速或被驅(qū)動轉(zhuǎn)速頻率一致，則可能出現(xiàn)大幅值的振動；
• 改變皮帶張力可能改變皮帶的自振頻率。

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皮帶磨損、松動或不匹配

皮帶磨損、松動或不匹配癥狀特征：

• 往往2X轉(zhuǎn)速頻率占優(yōu)勢；
• 振動幅值往往是不穩(wěn)定的，有時是脈沖、頻率或是驅(qū)動轉(zhuǎn)速頻率，或是被驅(qū)動轉(zhuǎn)速頻率；
• 齒形皮帶磨損或不對中，將產(chǎn)生齒輪皮帶頻率大幅值的振動；
• 皮帶振動頻率低于驅(qū)動轉(zhuǎn)速或被驅(qū)動轉(zhuǎn)速頻率。

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偏心皮帶輪

偏心皮帶輪癥狀特征：

• 偏心或不平衡的皮帶輪，將產(chǎn)生1x轉(zhuǎn)速頻率的大幅值的皮帶輪振動；
• 在皮帶一致方向上的振動幅值最大；
• 試圖動平衡偏心皮帶輪要謹慎。

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皮帶/皮帶輪不對中

皮帶/皮帶輪不對中癥狀特征：

• 皮帶輪不對中將產(chǎn)生1X轉(zhuǎn)速頻率的大幅值的軸向振動；
• 電動機上振動幅值最大的往往是風(fēng)機轉(zhuǎn)速頻率。

九、流體動力激振

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葉片通過頻率

流體動力激振癥狀特征：

• 如果葉片與殼體之間的間隙不均勻，葉片通過頻率 (BPF) 振動的幅值可能很高；
• 如果摩擦環(huán)卡在軸上，可能產(chǎn)生高幅值的葉片通過頻率 (BPF) 振動；
• 偏心的轉(zhuǎn)子可能產(chǎn)生幅值過大的葉片通過頻率 (BPF) 振動。

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流體紊流

流體紊流癥狀特征：

• 在風(fēng)機中，由于流道內(nèi)氣流的壓力變化或速度變化，往往會出現(xiàn)氣流紊流流動；
• 將產(chǎn)生隨機的，可能在0到30赫茲頻率范圍的低頻振動。

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氣穴

氣穴癥狀特征：

• 氣穴將產(chǎn)生隨機的，疊加在葉片通過頻率( BPF) 上的高頻寬帶能量振動；
• 通常說明進口壓力不當；
• 如果任憑氣穴現(xiàn)象存在，將可能導(dǎo)致葉輪的葉片腐蝕和泵殼體腐蝕；
• 聲音聽起來像砂石經(jīng)過泵的聲音。

十、拍振

拍振癥狀特征：

• 拍振是兩個頻率非常接近的振動同相位和反相位合成的結(jié)果；
• 寬帶譜將顯示為一個尖峰上下，波動本身在寬帶譜上存在兩個尖峰的頻率之差就是拍頻。

十一、偏心轉(zhuǎn)子

• 電源頻率FL（中國為50赫茲=3000轉(zhuǎn)/分）；
• 極數(shù)P；
• 轉(zhuǎn)子條通過頻率Fb=轉(zhuǎn)子條數(shù)*轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；
• 同步轉(zhuǎn)速NS=2XFL/P；
• 滑差頻率FS=同步轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。

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定子偏心、絕緣短路和鐵芯松動

定子偏心、絕緣短路和鐵芯松動癥狀特征：

• 定子問題產(chǎn)生高幅值的電源頻率 ，二倍 (2FL) 電磁振動；
• 定子偏心產(chǎn)生不均勻的氣隙，其振動的單向性非常明顯；
• 軟底腳可能導(dǎo)致定子偏心。

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同步電動機

同步電動機癥狀特征：

• 同步電動機的定子線圈松動產(chǎn)生；
• 高幅值的線圈通過頻率振動；
• 線圈通過頻率兩側(cè)將伴隨1X轉(zhuǎn)速頻率的邊帶。

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電源相位故障

電源相位故障癥狀特征：

• 相位問題將引起二倍電源頻率；
• (2FL)伴有 (1/3) FL的邊帶；
• 如果不修正電源故障，二倍電源頻率 (2FL) 的電磁振動幅值可能超過25毫米/秒峰值；
• 如果電源接頭局部故障只是偶爾接觸故障。

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偏心轉(zhuǎn)子

偏心轉(zhuǎn)子癥狀特征：

• 偏心轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的、可變的氣隙，它產(chǎn)生脈沖振動；
• 經(jīng)常要求進行細化譜分析，以分離二倍電源頻率 (2F) 與旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的諧波頻率。

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轉(zhuǎn)子斷條

轉(zhuǎn)子斷條癥狀特征：

• 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速及其諧波頻率兩側(cè)伴隨極通過頻率(Fp)邊帶說明轉(zhuǎn)子斷條故障；
• 在轉(zhuǎn)子條通過頻率(RBPF)兩側(cè)，伴隨二倍電源頻率(2FL)邊帶說明轉(zhuǎn)子條松動；
• 往往是轉(zhuǎn)子條通過頻率(RBPF)的二倍( 2XRBPF)和三倍 (3XRBPF )幅值很高，而轉(zhuǎn)子條通過頻率(RBPF)的基頻 (1XRBPF)的幅值很小。

十二、直流電機

直流電動機故障癥狀特征：

• 利用可控硅整流器頻率 (SCR) 高于正常的幅值可檢測直流電動機故障；
• 這些故障包括：繞組線圈斷裂，保險絲和控制板故障，可產(chǎn)生1X到5X電源頻率的高幅值振動。

十三、齒輪故障

正常狀態(tài)頻譜：

• 正常狀態(tài)頻譜顯示1X和2X轉(zhuǎn)速頻率和齒輪嚙合頻率GMF；
• 齒輪嚙合頻率GMF通常伴有旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速頻率邊帶；
• 所有的振動尖峰的幅值都較低，沒有自振頻率。

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齒載荷的影響

齒載荷的影響癥狀特征：

• 齒輪嚙合頻率往往對載荷很敏感；
• 高幅值的齒輪嚙合頻率GMF未必說明齒輪有故障；
• 每次分析都應(yīng)該在最大載荷下進行。

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齒磨損

齒磨損癥狀特征：

• 激起自振頻率同時伴有磨損齒輪的1X轉(zhuǎn)速頻率的邊帶說明齒磨損；
• 邊帶是比齒輪嚙合頻率GMF更好的磨損指示；
• 當齒輪的齒磨損時齒輪嚙合頻率的幅值可能不變。

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齒輪偏心和側(cè)隙游移

齒輪偏心和側(cè)隙游移癥狀特征：

• 齒輪嚙合頻率GMF兩側(cè)較高幅值的邊帶說明，齒輪偏心側(cè)隙游移和齒輪軸不平行；
• 有故障的齒輪將調(diào)制邊帶；
• 不正常的側(cè)隙游移通常將激起齒輪自振頻率振動。

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齒輪不對中

齒輪不對中癥狀特征：

• 齒輪不對中總是激起二階或更高階的齒輪嚙合頻率的諧波頻率，并伴有旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速頻率邊帶；
• 齒輪嚙合頻率基頻(1XGMF)的幅值較小，而2X和3X齒輪嚙合頻率的幅值較高；
• 為了捕捉至少2XGMF頻率，設(shè)置足夠高的最高分析頻率Fmax很重要。

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斷齒/裂齒

斷齒/裂齒癥狀特征：

• 斷齒或裂齒將產(chǎn)生該齒輪的1X轉(zhuǎn)速頻率的高幅值的振動；
• 它將激起自振頻率振動，并且在其兩側(cè)伴有旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速基頻邊帶；
• 利用時域波形最佳指示斷齒或裂齒故障；
• 兩個脈沖之間的時間間隔就是1X轉(zhuǎn)速的倒數(shù)。

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齒磨損

擺動的齒癥狀特征：

• 擺動的齒輪的振動是低頻振動，經(jīng)常忽略它。

十四、滾動軸承

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滾動軸承故障發(fā)展的第一階段

滾動軸承故障發(fā)展的第一階段癥狀特征：

• 超聲波頻率范圍 (>250K赫茲) 內(nèi)的最早的指示，利用振動加速度包絡(luò)技術(shù)（振動尖峰能量gSE）可最好地評定頻譜。

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滾動軸承故障發(fā)展的第二階段

滾動軸承故障發(fā)展的第二階段癥狀特征：

• 輕微的故障激起滾動軸承部件的自振頻率振動；
• 故障頻率出現(xiàn)在500-2000赫茲范圍內(nèi)；
• 在滾動軸承故障發(fā)展第二階段的末端，在自振頻率的左右兩側(cè)出現(xiàn)邊帶頻率。

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滾動軸承故障發(fā)展的第三階段

滾動軸承故障發(fā)展的第三階段癥狀特征：

• 出現(xiàn)滾動軸承故障頻率及其諧波頻率；
• 隨著磨損嚴重出現(xiàn)故障頻率的許多諧波頻率，邊帶數(shù)也增多；
• 在此階段，磨損可以用肉眼看見，并環(huán)繞軸承的圓周方向擴展。

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滾動軸承故障發(fā)展的第四階段

滾動軸承故障發(fā)展的第四階段癥狀特征：

• 離散的滾動軸承故障頻率消失，被噪聲地平形式的寬帶隨機振動取代之；
• 朝此階段末端發(fā)展，甚至影響1X轉(zhuǎn)速頻率的幅值；
• 事實上，高頻噪聲地平的幅值和總量幅值可能反而減小。

十五、滑動軸承

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油膜振蕩不穩(wěn)定性

油膜振蕩癥狀特征：

• 如果機器在2X轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)，可能出現(xiàn)油膜振蕩；
• 當轉(zhuǎn)子升速到轉(zhuǎn)子第二階臨界轉(zhuǎn)速時，油膜渦動接近轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速，過大的振動將使油膜不能支承軸；
• 油膜振蕩頻率將鎖定在轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速升高，油膜渦動頻率也不升高。

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油膜渦動不穩(wěn)定性

油膜渦動癥狀特征：

• 通常出現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的42-48%頻率范圍內(nèi)；
• 有時，振動幅值非常大油膜渦動是固有地不穩(wěn)定的，因為它增大離心力，所以增大渦動力。

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滑動軸承磨損/間隙故障

滑動軸承磨損/間隙故障癥狀特征：

• 滑動軸承磨損故障后階段將產(chǎn)生幅值很大的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速頻率的諧波頻率振動；
• 當存在過大的滑動軸承間隙時，很小的不平衡或不對中將導(dǎo)致很大幅值的振動。