振動測試與設備故障診斷侯永強振動測試與設備故障診斷侯永強1振動測試與設備故障診斷一、概述二、振動測試原理三、振動測量實踐四、振動分析五、典型設備故障診斷六、漢能華風電振動測試產品簡介振動測試與設備故障診斷一、概述2一、概述設備故障診斷是通過掌握設備過去和現在運行中或在基本不拆卸的情況下的狀態量，判斷有關異常或故障的原因及預測對將來的影響，從而找出必要對策的技術。它是在動態情況下，利用機械設備劣化進程中產生的信息（即振動、噪聲、溫度等）來進行狀態分析和故障診斷。利用振動信號對故障進行診斷，是設備故障診斷中最有效、最常用的方法。設備在運行過程中的振動及其特征信息是反映系統狀態及其變化規律的主要信號。通過振動測試儀器拾取、記錄和分析振動信號，是進行故障診斷的主要途徑。一、概述設備故障診斷是通過掌握設備過3維修制度從事故、定期向預知維修的轉變設備老化，故障率增加大量新設備投運，容量增大，復雜性增加提高經濟效益

可能性

故障診斷理論、技術的不斷發展和完善傳感器、信號分析和計算機技術的發展必要性維修制度從事故、定期向預知維修的轉變可能性故障診斷理論、4二、振動測試原理振動三要素與分類時域波形頻譜特征頻率二、振動測試原理振動三要素與分類5振動三要素與分類振動三要素：振幅、頻率和相位振幅（A）一般用振動的位移、速度或加速度表示。位移一般用微米(μm)表示，現場也有用絲為單位，1絲=10μm；速度一般用mm/s表示，加速度一般用m/s2或重力加速度g表示。振幅一般是計算一段時間內振動波形的峰峰值、平均值和均方根值（有效值）。速度的有效值稱為振動烈度，反映振動的能量大小。

振動三要素與分類振動三要素：振幅、頻率和相位振幅6頻率

頻率（f）是具有周期性變化規律的物理量在單位時間內的循環次數。由于振動頻率趨向于機器轉速的整數倍或分數倍，通常表示為機器轉速的倍數，如：

1X=1×rpm表示振動頻率和機器的轉速相同0.43X=0.43×rpm表示振動頻率是機器轉速的43％頻率是用來分析設備故障的主要參數。有些故障通常表現為特定的頻率，但振動頻率和故障之間并不存在簡單的一一對應關系。

頻率7相位

相位(φ)是用角度來表示的兩個信號之間的計時關系。振動相位指從鍵相器信號觸發到振動信號第一個正峰值之間的角度。相位的測量對于確定轉子上的高點、轉子的臨界轉速以及診斷故障和進行動平衡等都是非常重要的。相位8故障分類

根據故障機理分為強迫振動和自激振動。穩定的強迫振動：基頻振幅、相位不隨運行時間和運行工況變化而變化，如質量不平衡。不穩定強迫振動：如碰摩。A∝Р/Κ式中：A—振幅；P—激振力；Κ—部件動剛度。

自激振動：強迫振動是存在外來的擾動力或部件動剛度下降，而自激振動是系統內部存在能量反饋環節。強迫振動的頻率與轉子的工作頻率有關，而自激振動頻率與固有頻率有關。故障分類根據故障機理分為強迫振動和自激振動。9頻譜簡介

頻譜繪制過程波形分解

快速傅立葉（FFT）頻譜簡介頻譜繪制過程10滾動軸承特征頻率滾動軸承特征頻率11變速箱特征頻率嚙合頻率

計算齒輪嚙合頻率，齒輪嚙合頻率等于齒數與軸速的乘積。在這個例子當中，輸入端齒輪有12個齒，輸出端有24個齒。其齒輪嚙合頻率為輸入速度的12倍，或輸出速度的24倍。變速箱特征頻率嚙合頻率計算齒輪嚙合頻率，齒輪嚙合頻率等于齒12多級變速箱特征頻率歸納一下特征頻率的計算步驟：1.首先確定每個軸的相對轉速；2.分析各個軸上的元件并計算它們的擾動頻率（如軸承頻率、葉片通過頻率和齒輪嚙合頻率等）。同時不要忘記考慮軸的轉速。輸出速度的計算需要考慮每一個齒輪的作用，齒輪嚙合頻率等于齒數和齒輪轉速的乘積，對于多級變速箱同時我們還必須考慮中間軸的作用。

多級變速箱特征頻率輸出速度的計算需要考慮每一個齒輪的作用，齒13三、振動分析振動分析的四個階段時域波形分析頻譜分析三、振動分析振動分析的四個階段14檢測階段故障根源分析分析階段確認階段振動分析的四個階段檢測階段故障根源分析分析階段確認階段振動分析的四個階段15對時域波形進行分析主要有三個原因：第一、你能在時域波形圖中看到一些頻譜中無法看到的現象。第二、許多故障狀態需要根據時域波形圖來識別。第三、我們可以利用時域波形來進行一些有用的計算。時域波形分析對時域波形進行分析主要有三個原因：時域波形分析16信號周期圖信號頻譜圖頻域波形分析信號周期圖信號頻譜圖頻域波形分析17

得到了頻譜圖，首先需要檢查，接著查找相關的模式：諧波、邊頻帶、峰丘等，然后開始查找一些特殊的故障：不平衡、不對中和軸承故障、變速箱故障等等。頻域波形分析

得到了頻譜圖，首先需要檢查，接著查18四、典型設備故障診斷變速箱滾動軸承四、典型設備故障診斷變速箱19變速箱分析齒面磨損齒面膠合和擦傷齒面接觸疲勞彎曲疲勞和斷齒變速箱分析齒面磨損20齒面磨損齒磨損時的頻譜圖

特征：齒輪嚙合頻率附近的1X邊頻帶當齒輪的齒開始發生磨損的時候，會發生兩件事情，第一件是齒輪嚙合頻率處邊頻帶的幅值升高，而邊頻帶的振幅決定于齒輪的轉速。第二件事情是將出現齒輪固有頻率的振動，固有頻率振動也會有邊頻帶產生，并且它有很寬的基頻。齒面磨損齒磨損時的頻譜圖特征：齒輪嚙合頻率附近的1X邊頻21齒輪嚙合齒輪嚙合時的頻譜圖特征：徑向100/120Hz處的波峰通常會在軸的轉速頻率和齒輪嚙合頻率處出現波峰，但是幅值不高。可能會出現2X波峰，并且在齒輪嚙合頻率附近有軸轉速頻率的邊頻帶。對于直齒輪主要的振動是在徑向，斜齒輪主要的振動是在軸向。齒輪嚙合齒輪嚙合時的頻譜圖特征：徑向100/120Hz處的22齒負載齒負載時的頻譜圖

特征：齒輪嚙合頻率處高強度波峰齒輪嚙合頻率處振幅的大小決定于帶動這個齒輪的軸的對中程度和齒輪上的載荷。齒輪嚙合頻率處的有波峰并不一定意味著存在故障。齒輪嚙合頻率=齒數x軸的轉速；輸出轉速=輸入轉速x主動輪齒數/被動輪齒數齒負載齒負載時的頻譜圖特征：齒輪嚙合頻率處高強度波峰23齒輪嚙合側隙齒輪嚙合側隙時的頻譜圖

特征：嚙合頻率附近的1X邊頻帶齒輪嚙合側隙會在嚙合頻率附近產生軸轉速頻率邊頻帶，當存在這個問題的時候，齒輪嚙合側隙波峰和齒輪的固有頻率波峰將隨著載荷的增加而減弱。齒輪嚙合側隙齒輪嚙合側隙時的頻譜圖特征：嚙合頻率附近的124齒輪不對中齒輪不對中時的頻譜圖

特征：齒輪嚙合頻率諧波附近的1X邊頻帶不對中齒輪會在嚙合頻率處產生帶有邊頻帶的嚙合頻率振動，但是有嚙合頻率的諧波是很常見的，在二倍和三倍嚙合頻率處諧波的蜂值還比較高。因此，設置較高的頻率范圍(Fmax)，使所有要測量的頻率都能看到，是很重要的。齒輪不對中齒輪不對中時的頻譜圖特征：齒輪嚙合頻率諧波附近25齒輪破裂或折斷齒輪破裂或折斷時的頻譜圖特征：徑向高強度的1X波峰；齒輪固有頻率；嚙合頻率處的1X邊頻帶最好的方法是觀察破裂或折斷的輪齒的時域波形，如果齒輪有12個齒，那其中一個齒的波形就會和其他不同。脈沖的時間間隔等于齒輪的旋轉周期（齒上一固定點重復嚙合的時間差）。 齒輪破裂或折斷齒輪破裂或折斷時的頻譜圖特征：徑向高強度的26追逐齒頻率追逐齒頻率的頻譜圖

特征：追逐齒頻和2XHT"追逐齒頻率"是一個齒輪的一個齒與另外一個齒輪的某一特定齒相嚙合的頻率。如果齒輪傳動比是整數（例如1，2，3）追逐齒頻率就等于大齒輪的轉速，每旋轉一周相同的齒輪會嚙合一次。追逐齒頻率追逐齒頻率的頻譜圖特征：追逐齒頻和2XHT27滾動軸承疲勞剝落磨損塑性變形腐蝕斷裂膠合滾動軸承疲勞剝落28疲勞剝落在滾動軸承中，滾道和滾動體表面既承受載荷，又相對滾動。由于交變載荷的作用，首先在表面一定深度處形成裂紋，繼而擴展到使表層形成剝落坑，最后發展到大片剝落。這種疲勞剝落現象造成了運行時的沖擊載荷，使振動和噪聲加劇。疲勞剝落在滾動軸承中，滾道和滾動體表面29磨損滾道和滾動體間的相對運動及雜質異物的侵入都引起表面磨損，潤滑不良加劇了磨損。磨損導致軸承游隙增大，表面粗糙，降低了機器運行精度，增大了振動和噪聲。磨損滾道和滾動體間的相對運動及雜質異物30塑性變形軸承因受到過大的沖擊載荷、靜載荷、落入硬質異物等，在滾道表面上形成凹痕或劃痕，而且一旦有了壓痕，壓痕引起的沖擊載荷會進一步使臨近表面剝落。由載荷的累積作用或短時超載會引起軸承的塑性變形。塑性變形軸承因受到過大的沖擊載荷、靜載31腐蝕

潤滑油、水或空氣中水分引起表面銹蝕，軸承內部有較大電流通過造成到電腐蝕，以及軸承套圈在座孔中或軸頸上微小相對運動造成的微振腐蝕。腐蝕32斷裂載荷過大或疲勞會引起軸承零件的破裂。熱處理、裝配引起的殘余應力、運行時的熱應力過大業會引起斷裂。斷裂33膠合在潤滑不良、高速重載下，由于摩擦發熱，軸承零件可以在極短時間內達到很高的溫度，導致表面灼傷，或某處表面上的金屬粘附到另一表面上。膠合在潤滑不良、高速重載下，由于摩擦發34滾動軸承故障診斷方法1、共振解調2、倒譜3、功率譜滾動軸承故障診斷方法1、共振解調35（1）共振解調從時域信號中直接提取調制信號，分析調制函數在齒輪故障影響下的變化，就是共振解調法。滾動軸承振動信號的解調包括對調幅、調頻兩種調制的解調，但應用和研究較多的是頻率的解調。（1）共振解調從時域信號中直接提取調制36（2）倒譜倒譜的定義

倒譜定義為對數功率譜的頻譜：

其中，q稱為倒頻率，具有時間的量綱。

工程上應用較多的是其算術平方根的定義形式，即：（2）倒譜倒譜的定義倒譜定義為對數功率譜的頻譜：37倒譜分析能夠揭示譜圖中的周期分量，將原來譜圖上成族的邊頻帶譜線簡化為單根倒頻譜線，在普通頻譜中難以識別的周期性，在倒譜中變得很明顯，有利于滾動軸承的故障診斷。倒譜分析能夠揭示譜圖中的周期分量，將原來譜圖38（3）功率譜分析在齒輪箱上測取振動信號后，通過FFT處理，對振動信號的功率譜進行分析，借以監測和診斷齒輪的運行狀況。（3）功率譜分析在齒輪箱上測取振動信號39五、振動測量實踐振動測量參數傳感器類型傳感器選擇傳感器安放測量參數設定五、振動測量實踐振動測量參數40振動測量參數圖中顯示了振動測量的基本參數:加速度、速度和位移。三者的相位關系是：位移與加速度有180度的相位差，與速度有90度的相位差。振動測量的基本參數有：加速度、速度和位移振動測量參數圖中顯示了振動測振動測量的基本參數有：加速度、41根據測量參數的不同，測量中用到的傳感器有以下幾類：位移傳感器速度傳感器加速度傳感器傳感器穩定時間傳感器類型根據測量參數的不同，測量中用到的傳感器有以下幾類：傳感器類42一般選擇非接觸式渦流“位移”傳感器、速度傳感器或加速度傳感器來對振動進行測量。它們具有各自不同的特性，特別是頻率響應特性。這些差異會在時域波形圖中顯示出來。傳感器選擇一般選擇非接觸式渦流“位移”傳感器、速度傳感器43傳感器的安放原則是：1.選擇的安裝位置必須要能夠保證使用數據采集儀時的工作安全；2.在振源（軸承）和傳感器間必須有一個良好的機械傳輸路徑。機器上的許多部件都會產生振動，傳感器安裝時應選擇振源和傳感器間的最短路徑。

機器上的測點位置和方位應該與機器主應力的傳播方向相吻合。對于水平安裝的機器，其測量讀數通常取自水平面上，但其主要部件（電機、泵、風扇等）上至少采集一個垂直方向的數據。軸向上的數據在延伸方向上采集。然而，軸向應力通常都是均勻地傳播到主軸位置。傳感器的安放傳感器的安放原則是：機器上的測點位置和方位應該與機器主應力的44頻率范圍和時域波形的范圍呈反比。下面是它們的實際關系：時間間隔＝樣本的數量/（頻帶寬度*2.56）頻帶寬度＝樣本的數量/（時間間隔*2.56）測量參數設定2、