【正文】 量不平衡將在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生 穩(wěn)定 的轉(zhuǎn)速頻率振動，在給定轉(zhuǎn)速下其幅值和相位在短時間內(nèi)一般不隨時間變化，但如果 溫度、負(fù)荷 等條件變化，振動也可能會發(fā)生變化。 轉(zhuǎn)子不平衡振動的故障特征 機械電子工程學(xué)院 不平衡振動故障的原因及防治 固有質(zhì)量不平衡 固有質(zhì)量不平衡是指轉(zhuǎn)子在原始狀態(tài)下已經(jīng)存在的不平衡，而與操作運行情況無關(guān)。 ②當(dāng)轉(zhuǎn)子上的部件破損時，振幅會突然變大。 除了懸臂轉(zhuǎn)子之外，對于普通兩端支承的轉(zhuǎn)子，不平衡 在軸向上的振幅一般不明顯 。 轉(zhuǎn)子不平衡振動的故障特征 典型的轉(zhuǎn)子不平衡振動頻譜和軸心軌跡 機械電子工程學(xué)院 轉(zhuǎn)子的進(jìn)動方向為 同步正進(jìn)動 。 機械電子工程學(xué)院 頻譜圖上轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)速頻率 對應(yīng)的振幅具有突出的峰值，因為不平衡故障主要引起轉(zhuǎn)子或軸承 徑向 振動。 。因為單純的不平衡振動，轉(zhuǎn)速頻率的 高次諧波幅值很低 。 crnn ? 11 crcr nnn ?? crnn ?剛性轉(zhuǎn)子 準(zhǔn)剛性轉(zhuǎn)子 柔性轉(zhuǎn)子 機械電子工程學(xué)院 阻尼對臨界轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子振動的影響 取坐標(biāo)系 Oxy，在 x和 y兩坐標(biāo)方向上列力的平衡式： ?????????tmekyycymtmekxxcxm????s i nc os22??????上式的特解為： ???????)s i n()c os (????tAytAx式中， 為離心力導(dǎo)前位移的角度，稱為相位角； A為振幅。 轉(zhuǎn)動頻率低于轉(zhuǎn)子一階 橫向固有頻率 的轉(zhuǎn)子為 剛性轉(zhuǎn)子 ，如電動機、中小型離心式風(fēng)機等。 其中轉(zhuǎn)速最小的那個臨界轉(zhuǎn)速稱為 一階臨界轉(zhuǎn)速 ，比之大的依次叫做二階臨界轉(zhuǎn)速 、三階臨界轉(zhuǎn)速 。 轉(zhuǎn)子運動的力學(xué)模型 機械電子工程學(xué)院 轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速往往不止一個，它與 系統(tǒng)的自由度數(shù)目 有關(guān)。 轉(zhuǎn)子不平衡的類型 機械電子工程學(xué)院 臨界轉(zhuǎn)速對不平衡振動的影響 臨界轉(zhuǎn)速的動力特性 在工程上，把對應(yīng)于轉(zhuǎn)子 一階橫向固有頻率 的轉(zhuǎn)速稱為 臨界轉(zhuǎn)速 。 事實上一個平衡良好的轉(zhuǎn)子也 不能做到絕對平衡 ，總是存在微量的不平衡，因此，在轉(zhuǎn)子振動信號的頻譜上總會出現(xiàn)轉(zhuǎn)速頻率成分（或稱 工頻 ），但不發(fā)生不平衡振動。 轉(zhuǎn)子不平衡的類型 機械電子工程學(xué)院 動不平衡 動不平衡是以上 兩種不平衡的綜合 ， m1≠m2，轉(zhuǎn)子的 重心不在旋轉(zhuǎn)軸上 ，而且主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸也 不平行 。 轉(zhuǎn)子不平衡的類型 機械電子工程學(xué)院 偶不平衡 如右圖所示， m1=m2，轉(zhuǎn)子的重心是在旋轉(zhuǎn)軸上，但 主慣性軸和旋轉(zhuǎn)軸不重合 ，因而至少要放置兩塊配重才能達(dá)到平衡的目的，如圖中與 m1和 m2所對應(yīng)畫圈的地方。 靜不平衡的 主慣性軸平行于旋轉(zhuǎn)軸 。 轉(zhuǎn)子不平衡的類型 轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生的離心力 轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷 機械電子工程學(xué)院 靜不平衡 不平衡位于轉(zhuǎn)子的中部，在這種情況下，只要在不平衡量沿徑向的反方向上加一個配重就可以消除不平衡，如右圖所示。 機械電子工程學(xué)院 旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)子由于受材料的質(zhì)量分布、加工誤差、裝配因素以及運行中的沖蝕和沉積等因素的影響，致使其質(zhì)量中心與旋轉(zhuǎn)中心存在一定程度的 偏心距 ，使得轉(zhuǎn)子在工作時形成周期性的 離心力干擾 ，在軸承上產(chǎn)生動載荷，從而引起機器振動的現(xiàn)象，就是不平衡故障。 掌握轉(zhuǎn)子不平穩(wěn)故障的機理、特征和診斷方法。 理解滑動軸承故障的機理、特征、診斷方法及防治措施。 葉片式機器中流體激振故障診斷，包括葉片式機器中的氣流不穩(wěn)定故障等。 滑動軸承故障診斷，包括：滑動軸承工作原理、滑動軸承常見故障的原因和防治措施、高速滑動軸承不穩(wěn)定故障的特征和防治措施等。機械電子工程學(xué)院 第三章 旋轉(zhuǎn)機械故障診斷 本章內(nèi)容 轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷，包括：轉(zhuǎn)子不平衡概念、臨界轉(zhuǎn)速對不平衡振動的影響、轉(zhuǎn)子不平衡振動的故障特征、不平衡振動的故障原因和防治措施、定向振動與不平衡振動故障的鑒別等。 轉(zhuǎn)子不對中故障診斷，包括：轉(zhuǎn)子不對中故障的特征、聯(lián)軸節(jié)不對中的振動頻率、不對中故障的監(jiān)測方法、故障診斷實例等。 轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷，包括：干摩擦故障的機理和特征、轉(zhuǎn)子內(nèi)摩擦引起失穩(wěn)的機理等。 機械電子工程學(xué)院 第三章 旋轉(zhuǎn)機械故障診斷 本章要求 了解葉片式機器中氣流不穩(wěn)定故障的機理和特征。 理解轉(zhuǎn)子摩擦故障的機理和特征。 掌握轉(zhuǎn)子不對中故障的機理、特征和診斷方法。 不平衡可分為 靜不平衡、偶不平衡和動不平衡 。轉(zhuǎn)子上部圓點代表不平衡量，下部的圓點代表加的配重。存在靜不平衡的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生一個周期作用的離心力，使其形成 一階振動 。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，由每一側(cè)的不平衡重量產(chǎn)生相反的離心力，將使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生振動。對于這類平衡至少需要兩個配重。只有當(dāng)不平衡量超過一定值后，離心力才會引起機器明顯的振動。 臨界轉(zhuǎn)速是指由 不平衡離心力 引起轉(zhuǎn)子共振現(xiàn)象時的轉(zhuǎn)速。 實際情況表明，帶有 一個轉(zhuǎn)子 的軸系，可簡化成具有一個自由度的彈性系統(tǒng)，有 一個臨界轉(zhuǎn)速 ；轉(zhuǎn)軸上帶有 二個轉(zhuǎn)子 ，可簡化成二個自由度系統(tǒng)，對應(yīng)有 二個臨界轉(zhuǎn)速 ，依次類推。 12 3 臨界轉(zhuǎn)速的動力特性 機械電子工程學(xué)院 一般規(guī)定，轉(zhuǎn)子在一階臨界轉(zhuǎn)速以下運行時，工作轉(zhuǎn)速 n應(yīng)低于一階臨界轉(zhuǎn)速 的 ；工作轉(zhuǎn)速高于一階臨界轉(zhuǎn)速時，要求在下列范圍內(nèi)（ i為臨界轉(zhuǎn)速的階數(shù)）： 1crn)1( ??? icrc r i nnn 臨界轉(zhuǎn)速的動力特性 從動力學(xué)角度分析，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)分為 剛性轉(zhuǎn)子 和 柔性轉(zhuǎn)子 。轉(zhuǎn)動頻率高于轉(zhuǎn)子一階橫向固有頻率的轉(zhuǎn)子為 柔性轉(zhuǎn)子 ，如燃?xì)廨啓C轉(zhuǎn)子。 ?機械電子工程學(xué)院 阻尼對臨界轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子振動的影響 222221???????????????????????????????????nnneA???????nmc?? 2?式中阻尼比為： ????????????????????????212a r c t a nnn??????機械電子工程學(xué)院 阻尼對臨界轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子振動的影響 轉(zhuǎn)子的振幅與相頻響應(yīng)曲線 機械電子工程學(xué)院 轉(zhuǎn)子不平衡振動的故障特征 轉(zhuǎn)子的不平衡振動是在 周期性離心力 干擾下產(chǎn)生的強迫振動，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，離心力經(jīng)過轉(zhuǎn)子或軸承上的某一測點處產(chǎn)生一次擾動，在測點處就有一次擾動響應(yīng)，因此，它的振動頻率就是轉(zhuǎn)子的 轉(zhuǎn)速頻率 ： 60nf ?當(dāng)發(fā)生不平衡振動時，其故障特征主要表現(xiàn)如下： 時域波形為 近似的等幅正弦波 。 軸心軌跡為比較穩(wěn)定的 圓或橢圓 ，意味著轉(zhuǎn)軸同一截面上相互垂直的兩個探頭，其信號 相位差接近 90176。橢圓是因為軸承座及基礎(chǔ)的水平剛度與垂直剛度不同所造成。 三維全息圖中，轉(zhuǎn)頻的振幅橢圓較大，其它成份較小。 轉(zhuǎn)子振幅對轉(zhuǎn)速變化很敏感， 轉(zhuǎn)速下降，振幅將明顯下降。 敏感參數(shù)（振幅）具有如下特征： ①振幅隨轉(zhuǎn)速變化明顯，這是因為，激振力與轉(zhuǎn)速 ω是平方指數(shù)關(guān)系。例如某燒結(jié)廠抽風(fēng)機轉(zhuǎn)子焊接的合金耐磨層突然脫落，造成振幅突然增大。 引起固有質(zhì)量不平衡的原因主要是設(shè)計錯誤、材料缺陷、加工與裝配誤差、動平衡方法不正確等問題。 對于固有質(zhì)量不平衡引起的振動，最普通的防治辦法是 改善轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài) 來降低轉(zhuǎn)子的激振力。 氣壓機型號為 2MCL456，壓縮氣體為瓦斯氣，入口壓力，出口壓力為 ，轉(zhuǎn)速為 10700r/min。 氣壓機組布置圖（ 1—— 汽輪機， 2—— 同步離合器， 3—— 氣壓機， 4—— 聯(lián)軸節(jié)， 5—— 齒輪箱， 6—— 電動機） 機械電子工程學(xué)院 固有質(zhì)量不平衡 該機運行數(shù)年后為增大氣量，更換了轉(zhuǎn)子，擴大了轉(zhuǎn)子隔板，并且對轉(zhuǎn)子做了高速動平衡。信號分析顯示振動頻率中 工頻成分占絕對優(yōu)勢 ， Ⅵ 37 Ⅵ 376的 軸心軌跡為橢圓 ，確認(rèn)是轉(zhuǎn)子 不平衡 引起的振動。 Ⅵ 375測點的極坐標(biāo)圖 機械電子工程學(xué)院 固有質(zhì)量不平衡 因此分析認(rèn)為，該轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速就在它的 二階臨界轉(zhuǎn)速附近，對于不平衡振動具有較強的敏感性。 動平衡次序 第一次現(xiàn)場動平衡 （聯(lián)軸節(jié)配重 ） 第二次現(xiàn)場動平衡 （聯(lián)軸節(jié)配重 ） 測點 Ⅵ 375 Ⅵ 376 Ⅵ 375 Ⅵ 376 配重前工頻（幅值 /相位） 65um/235176。 45um/299176。 配重后工頻（幅值 /相位） 19um/234176。 17um/285176。 兩次現(xiàn)場動平衡前后的工頻幅值和相位變化 機械電子工程學(xué)院 固有質(zhì)量不平衡 動平衡前后 相位穩(wěn)定 ，動平衡后測點 37測點 376測點處的通頻振幅和工頻 振幅下降十分明顯 ，其原因如下： 氣壓機和齒輪箱之間的聯(lián)軸節(jié)長度較長，達(dá) 302mm，氣壓機轉(zhuǎn)子在這一端具有 較長的外伸端 ，因此該聯(lián)軸節(jié)上的不平衡量對于引發(fā)轉(zhuǎn)子振動十分敏感。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降至 1000r/min以下，轉(zhuǎn)子脫離了二階臨界轉(zhuǎn)速時，振幅的下降程度就十分明顯。 機械電子工程學(xué)院 轉(zhuǎn)子運行過程中的不平衡，可分成： 轉(zhuǎn)子彎曲： 1）臨時性彎曲 2）永久性彎曲 原始平衡狀態(tài)破壞： 1）轉(zhuǎn)子上零件破裂或飛離 2）固體雜質(zhì)在葉輪上沉積 3）葉輪除銹后產(chǎn)生的不平衡 4）軸上零件松動 轉(zhuǎn)子運行中的不平衡 機械電子工程學(xué)院 臨時性彎曲 是指轉(zhuǎn)子外部環(huán)境影響或外力的作用而產(chǎn)生彎曲變形，這種變形 不需經(jīng)過動平衡 ，而是只需采取一些簡單的措施（如經(jīng)過低速長時間 盤車 方式）或改變操作方式即可緩解或消除不平衡振動。對于這種轉(zhuǎn)子在啟動之前必須充分盤車，避免 啟動 后引起過大的振動。自重彎曲現(xiàn)象在臥式的柔性轉(zhuǎn)子上經(jīng)常會遇到。這種類型的彎曲，表現(xiàn)的振動頻率也是轉(zhuǎn)速頻率，而且轉(zhuǎn)速頻率的幅值隨著轉(zhuǎn)速的上升而增大。 轉(zhuǎn)軸臨時性彎曲 機械電子工程學(xué)院 氣流沖擊、溫度突變、負(fù)荷變化過快引起轉(zhuǎn)子的臨時性彎曲。 輕度喘振 ，轉(zhuǎn)子 彎曲量不大 ，可以通過慢轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子加以消除。 溫度突變 或 負(fù)荷變化過快 ，致使轉(zhuǎn)子發(fā)生臨時性彎曲，是引起機器振動的一個主要原因。 轉(zhuǎn)軸臨時性彎曲 機械電子工程學(xué)院 永久性彎曲 是指經(jīng)過慢轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的方式仍然無法恢復(fù)轉(zhuǎn)子的彎曲狀態(tài)。 前述影響轉(zhuǎn)子彎曲的某些因素，如果程度嚴(yán)重，也可能成為永久性彎曲。 轉(zhuǎn)軸永久性彎曲 機械電子工程學(xué)院 軸彎曲振動的機理和轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心類似，因而都要產(chǎn)生與質(zhì)量偏心類似的旋轉(zhuǎn)矢量激振力，與質(zhì)心偏離不同點是軸彎曲會使軸兩端產(chǎn)生 錐形運動 ，因而在 軸向 還會產(chǎn)生較大的 一階 轉(zhuǎn)動頻率振動。 ②軸心軌跡為一個比較穩(wěn)定的圓或偏心率較小的橢圓，由于軸彎曲常陪伴某種程度的 軸瓦摩擦 ，故軌跡有時會有摩擦的特征。與不平衡故障的區(qū)別在于：彎曲在 軸向方面產(chǎn)生較大的振動 。這種變化屬于瞬態(tài)響應(yīng)，此后將會衰減下去，因而振幅突變后將在某一數(shù)值上穩(wěn)定下來。如果飛離塊質(zhì)量小，它所產(chǎn)生的不平衡矢量與原始不平衡矢量相疊加，使測點處測得的振幅可能是增大或減小，相位角、軸心軌跡形狀與原來的不相同。高速轉(zhuǎn)子零件的碎裂或飛離是一種較大的 質(zhì)量不平衡 ，往往 對轉(zhuǎn)速變化非常敏感 ，降低轉(zhuǎn)速，振幅就會明顯下降。 這種因固體雜質(zhì)沉積引起的不平衡所表現(xiàn)的振動現(xiàn)象，往往是 振幅逐漸加大 ，轉(zhuǎn)速頻率成分占有突出的地位，而且隨著轉(zhuǎn)速的增加振幅呈拋物線狀態(tài)增大。 固體雜質(zhì)在葉輪上沉積 消除措施： 從工藝上采取限制雜質(zhì)進(jìn)入機器。 在入口處間斷地噴入少量清水或溶劑，利用機器旋轉(zhuǎn)離心力使水流沖刷積垢，進(jìn)行在線清洗。 葉輪除銹后產(chǎn)生的不平衡 帶有各種零件的轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)中可能發(fā)生松動，例如葉輪、平衡盤、止推盤在軸上配合的過盈量不足，或者鍵槽配合太松，使轉(zhuǎn)子在高轉(zhuǎn)速下發(fā)生松動；還有材料選擇不良或是工作介質(zhì)腐蝕性嚴(yán)重，引起軸套和輪殼內(nèi)部發(fā)生腐蝕而松動。 軸上零件松動 機械電子工程學(xué)院 軸上零件松動在振動頻率和相位上的特征： 松動的零