【正文】 要癥狀。 高次諧波的振幅值大于轉(zhuǎn)頻振幅的 1/2 時(shí)，應(yīng)懷疑有松動(dòng)故障。 ?連接松動(dòng)故障的振動(dòng)特征： ① 軸心軌跡混亂，重心飄移 ② 頻譜圖中，具有 3 、 5 、 7 等高階奇次倍頻分量， 也有偶次分量。 上述兩頂因素的改變，都屬于非線性剛度改變，變化程度與激振力相聯(lián)系，因而使松動(dòng)振動(dòng)顯示出非線性特征。進(jìn)而影響油膜的穩(wěn)定性。支承系統(tǒng)松動(dòng)引起異常振動(dòng)的機(jī)理可從兩個(gè)側(cè)面加以說(shuō)明。全息譜是最好的區(qū)分 方法。 ④ 全息譜表現(xiàn)為 2 橢圓，與不對(duì)中的扁圓有明顯的差別。 ② 開(kāi)停機(jī)過(guò)程中，由于非線性諧頻關(guān)系，會(huì)出現(xiàn)分頻共振，即轉(zhuǎn) 子在經(jīng)過(guò) 1／ 1／ 3?? 臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，由于相應(yīng)的高倍頻 (2 、 3 )正好與臨界轉(zhuǎn)速重合，振動(dòng)響應(yīng)會(huì)出現(xiàn)峰值。 ? 轉(zhuǎn)軸橫向裂紋的振動(dòng)信號(hào)特征： ① 振動(dòng)帶有非線性性質(zhì)，出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)頻率的 l 、 2 、 3 ?在一般情況下，轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一周，裂紋總會(huì)發(fā)生張合。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(dòng)。 ? 轉(zhuǎn)軸彎曲故障的振動(dòng)信號(hào)特征： （軸彎曲故障的振動(dòng)信號(hào)與不平衡基本相同。造成臨時(shí)性彎曲原因有預(yù)負(fù)荷過(guò)大、開(kāi)機(jī)運(yùn)行時(shí)暖機(jī)不充分、升速過(guò)快等致使轉(zhuǎn)子熱變形不均勻等。造成永久彎曲的原因有設(shè)計(jì)制造缺陷 (轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)不合理、材質(zhì)性能不均勻 )、長(zhǎng)期停放方法不當(dāng)、熱態(tài)停機(jī)時(shí)未及時(shí)盤(pán)車(chē)或遭涼水急冷所致。轉(zhuǎn)子彎曲有永久性彎曲和暫時(shí)性彎曲兩種情況。 ?6． 1． 5 轉(zhuǎn)軸彎曲故障的機(jī)理 設(shè)備停用一段較長(zhǎng)時(shí)間后重新開(kāi)機(jī)時(shí)，常常會(huì)遇到振動(dòng)過(guò)大甚至無(wú)法開(kāi)機(jī)的情況。 ③ 軸向工頻有可能是角度不對(duì)中，也有可能是軸承不對(duì)中。 ② 帶滾動(dòng)軸承和齒輪箱的機(jī)組，不對(duì)中故障可能引發(fā)出通過(guò)頻率或嚙合頻率的高頻振動(dòng)，這些高頻成分的出現(xiàn)可能掩 蓋真正的振源。用全息譜技術(shù)則容易區(qū)分，不對(duì)中為單向約束力，二倍頻橢圓較扁。 ④ 在全息圖中 4倍頻橢圓較扁，并且兩者的長(zhǎng)軸近似 垂直。 ② 軸心軌跡圖呈香蕉形或 8字形。更高倍頻的成份因所占比重很少，通常顯示不出來(lái)。隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)附加彎曲力的方向和作用點(diǎn)也被強(qiáng)迫發(fā)生改變，從而激發(fā)出轉(zhuǎn)頻的 2倍、 4倍等偶數(shù)倍頻的振動(dòng)。只是其中平行不對(duì)中和交叉不對(duì)中所占的比重不同而已。 ? 引起軸系不對(duì)中的原因： ① 安裝施工中對(duì)中超差； ② 冷態(tài)對(duì)中時(shí)沒(méi)有正確估計(jì)各個(gè)轉(zhuǎn)子中心線的熱態(tài)升高 量，工作時(shí)出現(xiàn)主動(dòng)轉(zhuǎn)子與從動(dòng)轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生動(dòng)態(tài)對(duì) 中不良； ③ 軸承座熱膨脹不均勻； ④ 機(jī)殼變形或移位； ⑤ 地基不均勻下沉； ⑥ 轉(zhuǎn)子彎曲，同時(shí)產(chǎn)生不平衡和不對(duì)中故障。軸承不對(duì)中本身不引起振動(dòng)，它影響軸承的載荷分布、油膜形態(tài)等運(yùn)行狀況。例如某燒結(jié) 廠抽風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子焊接的合金耐磨層突然脫落，造成振幅 突然增大。 ?（ 2）敏感參數(shù)特征 ① 振幅隨轉(zhuǎn)速變化明顯，這是因?yàn)?，激振力與轉(zhuǎn)速 ω是平方指數(shù)關(guān)系。 ③ 頻譜圖上轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)頻率處的振幅。 ?（ 1）不平衡故障的信號(hào)特征 ① 時(shí)域波形為近似的等幅正弦波。靜不平衡的轉(zhuǎn)子，由于偏心距 e較大，表現(xiàn)出更為強(qiáng)烈的動(dòng)不平衡振動(dòng)。偏心距較小時(shí)，不能表現(xiàn)出靜不平衡的特征，但是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，表現(xiàn)為一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)頻率同步的離心力矢量，離心力 F=Meω2，從而激發(fā)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)。 ?6． 1． 3 轉(zhuǎn)子的不平衡振動(dòng)機(jī)理 旋轉(zhuǎn)機(jī)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(yùn)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。由于有失穩(wěn)趨勢(shì)，導(dǎo)致摩擦與碰撞，因此軸心軌跡不規(guī)則，波形幅度不穩(wěn)定，相位突變。 f f?（ 3）油膜渦動(dòng)與油膜振蕩的振動(dòng)特點(diǎn) ① 油膜渦動(dòng)的軸心軌跡是由基頻與半速渦動(dòng)頻率疊加成的雙橢圓，較穩(wěn)定。 ② 油膜振蕩的振動(dòng)頻率在臨界轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的固有頻率附 近，不隨轉(zhuǎn)速變化。 ② 油膜振蕩只發(fā)生在轉(zhuǎn)速高于臨界轉(zhuǎn)速的設(shè)備上。 ?（ 1）油膜渦動(dòng)與油膜振蕩的發(fā)生條件 ① 只發(fā)生在使用壓力油潤(rùn)滑的滑動(dòng)軸承上。反之系統(tǒng)具有負(fù)阻尼時(shí)，油膜渦動(dòng)就會(huì)發(fā)展為油膜振蕩。機(jī)組的穩(wěn)定性能在很大程度上取決于滑動(dòng)軸承的剛度和阻尼。 比較典型的失穩(wěn)是油膜渦動(dòng)。如果響應(yīng)隨時(shí)間增加而消失，則轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是穩(wěn)定的。但實(shí)際上，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備結(jié)構(gòu)變動(dòng)的情況還是很多的，最常遇到的是換瓦，有時(shí)是更換轉(zhuǎn)子，不可避免的是設(shè)備維修安裝后未能準(zhǔn)確復(fù)位等等，都會(huì)影響到臨界轉(zhuǎn)速的改變。設(shè)備故障診斷人員應(yīng)該了解影響臨界轉(zhuǎn)速改變的可能原因。 機(jī)組的臨界轉(zhuǎn)速可由產(chǎn)品樣本查到或在起停車(chē)過(guò)程中由振動(dòng)測(cè)試獲取。工程上有實(shí)際意義的主要是前幾階，過(guò)高的臨界轉(zhuǎn)速已超出了轉(zhuǎn)子可達(dá)的工作轉(zhuǎn)速范圍。實(shí)際情況表明帶有一個(gè)轉(zhuǎn)子的軸系，可簡(jiǎn)化成具有一個(gè)自由度的彈性系統(tǒng)，有一個(gè)臨界轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)軸上帶有二個(gè)轉(zhuǎn)子，可簡(jiǎn)化成二個(gè)自由度系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)有二個(gè)臨界轉(zhuǎn)速，依次類(lèi)推。故此，機(jī)組發(fā)生共振時(shí)的轉(zhuǎn)速也被稱(chēng)之為臨界轉(zhuǎn)速。 柔性轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速 由于柔性轉(zhuǎn)子在高于其固有頻率的轉(zhuǎn)速下工作，所以在起、停車(chē)過(guò)程中，它必定要通過(guò)固有頻率這個(gè)位置。由于滑動(dòng)軸承具有彈性和阻尼，因此，它的 作用遠(yuǎn)不止是作為轉(zhuǎn)子的承載元件，而且已成為轉(zhuǎn)子動(dòng)力系統(tǒng)的一部分 。 在工程上，我們也把 對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子一階橫向固有頻率的轉(zhuǎn)速稱(chēng)為臨界 轉(zhuǎn)速 。轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)機(jī)、中小型離心 式風(fēng)機(jī)等。第六章 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷 6． 1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特征及信號(hào)特點(diǎn) ?6． 1． 1 轉(zhuǎn)子特性 轉(zhuǎn)子組件是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的核心部分，由轉(zhuǎn)軸及固定裝上的各類(lèi)盤(pán)狀零 件（如：葉輪、齒輪、聯(lián)軸節(jié)、軸承等）所組成。 從動(dòng)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(dòng)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(jī)轉(zhuǎn)子。當(dāng)代的大型轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械，為了提高單位體積的做功能力，一般均將 轉(zhuǎn)動(dòng)部件做成高速運(yùn)轉(zhuǎn)的柔性轉(zhuǎn)子 (工作轉(zhuǎn)速高于其固有頻率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn) 速 )，采用滑動(dòng)軸承支撐。在考慮到滑動(dòng)軸承的作用后，轉(zhuǎn)子 —— 軸承系統(tǒng)的固有振動(dòng)、強(qiáng)迫振 動(dòng)和穩(wěn)定特性就和單個(gè)振動(dòng)體不同了。此時(shí)機(jī)組將因共振而發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，而在低于或高于固有頻率轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)組的振動(dòng)是一般的強(qiáng)迫振動(dòng)，幅值都不會(huì)太大，共振點(diǎn)是一個(gè)臨界點(diǎn)。 轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速往往不止一個(gè)，它與系統(tǒng)的自由度數(shù)目有關(guān)。其中轉(zhuǎn)速最小的那個(gè)臨界轉(zhuǎn)速稱(chēng)為一階臨界轉(zhuǎn)速 nc1，比之大的依次叫做二階臨界轉(zhuǎn)速 nc三階臨界轉(zhuǎn)速 nc3。 臨界轉(zhuǎn)速的變動(dòng) 為了保證大機(jī)組能夠安全平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)，軸系轉(zhuǎn)速應(yīng)處于該軸系各臨界轉(zhuǎn)速的一定范圍之外，一般要求： 剛性轉(zhuǎn)子 n nc1 柔性轉(zhuǎn)子 nc1 n nc2 式中， nc nc2分別為軸系的一階、二階臨界轉(zhuǎn)速。需提出的是，樣本提供的臨界轉(zhuǎn)速和機(jī)組實(shí)際的臨界轉(zhuǎn)速可能不同，因?yàn)橄到y(tǒng)的固有頻率受到種種因素影響會(huì)發(fā)生改變。一般地說(shuō)，一臺(tái)給定的設(shè)備，除非受到損壞，其結(jié)構(gòu)不會(huì)有太大的變化，因而其質(zhì)量分布、軸系剛度系數(shù)都是固定的，其固有頻率也應(yīng)是一定的。 ?6． 1． 2 轉(zhuǎn)子 — 軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性 轉(zhuǎn)子 ——軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指轉(zhuǎn)子在受到某種小干擾擾動(dòng)后能否隨時(shí)間的推移而恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)的能力，也就是說(shuō)擾動(dòng)響應(yīng)能否隨時(shí)間增加而消失。若響應(yīng)隨時(shí)問(wèn)增加，則轉(zhuǎn)子系統(tǒng)就失穩(wěn)了。在瓦隙較大的情況下，轉(zhuǎn)子常會(huì)因不平衡等原因而偏離其轉(zhuǎn)動(dòng)中心，致使油膜合力與載荷不能平衡，就會(huì)引起油膜渦動(dòng)。當(dāng)系統(tǒng)具有正阻尼時(shí)，系統(tǒng)具有抑制作用，振動(dòng)逐漸衰減。油膜渦動(dòng)與油膜振蕩都是油膜承載壓力波動(dòng)的反映，表現(xiàn)為軸的振動(dòng)。在半潤(rùn)滑軸 承上不發(fā)生。 ?（ 2）油膜渦動(dòng)與油膜振蕩的信號(hào)特征 ① 油膜渦動(dòng)的振動(dòng)頻率隨轉(zhuǎn)速變化，與轉(zhuǎn)頻保持 =（ ～ ） n。 ③ 兩者的振動(dòng)隨油溫變化明顯。 ② 油膜振蕩是自激振蕩，維持振動(dòng)的能量是轉(zhuǎn)軸在旋轉(zhuǎn)中供應(yīng)的，具有慣性效應(yīng)。 ?（ 4）消除措施 ① 設(shè)計(jì)時(shí)使轉(zhuǎn)子避開(kāi)油膜共振區(qū)； ② 增大軸承比壓，減小承壓面； ③ 減小軸承間隙； ④ 控制軸瓦預(yù)負(fù)荷，降低供油壓力； ⑤ 選用抗振性好的軸承結(jié)構(gòu)； ⑥ 適當(dāng)調(diào)整潤(rùn)滑油溫； ⑦ 從多方面分析并消除產(chǎn)生的因素。偏心距較大時(shí)，靜態(tài)下，所產(chǎn)生的偏心力矩大于磨擦阻力矩，表現(xiàn)為某一點(diǎn)始終恢復(fù)到水平放置的轉(zhuǎn)子下部，其偏心力矩小于磨擦阻力矩的區(qū)域內(nèi)，稱(chēng)之為靜不平衡。這種現(xiàn)象稱(chēng)之為動(dòng)不平衡。 雖然作不到質(zhì)量中心與旋轉(zhuǎn)中心絕對(duì)重合，但為了設(shè)備的安全運(yùn)行，必需將偏心所激發(fā)的振動(dòng)幅度控制在許可范圍內(nèi)。 ② 軸心軌跡為比較穩(wěn)定的圓或橢圓，這是因?yàn)檩S承座及 基礎(chǔ)的水平剛度與垂直剛度不同所造成。 ④ 在三維全息圖中，轉(zhuǎn)頻的振幅橢園較大，其他成份較 小。 ② 當(dāng)轉(zhuǎn)子上的部件破損時(shí)，振幅突然變大。 ?6． 1． 4 轉(zhuǎn)子與聯(lián)軸節(jié)的不對(duì)中振動(dòng)機(jī)理 轉(zhuǎn)子不對(duì)中包括軸承不對(duì)中和軸系不對(duì)中。一般情況下，轉(zhuǎn)子不對(duì)中都是指軸系不對(duì)中，故障原因在聯(lián)軸節(jié)處。 ? 軸系不對(duì)中可分為三種情況： ① 軸線平行不對(duì)中 ② 軸線交叉不對(duì)中 ③ 軸線綜合不對(duì)中 在實(shí)際情況中，都存在著綜合不對(duì)中。 由于兩半聯(lián)軸節(jié)存在不對(duì)中，因而產(chǎn)生了附加的彎曲力。其主要激振量以 2倍頻為主，某些情況下 4倍頻的激振量也占有較高的份量。 ? 軸系不對(duì)中故障特征 ： ① 時(shí)域波形在基頻正弦波上附加了 2倍頻的諧波。 ③ 頻譜特征：主要表現(xiàn)為徑向 2倍頻、 4倍頻振動(dòng)成份， 有角度不對(duì)中時(shí)，還伴隨著以回轉(zhuǎn)頻率的軸向振動(dòng)。 ? 不對(duì)中故障甄別： ① 不對(duì)中的譜特征和裂紋的譜特征類(lèi)似，均以?xún)杀额l為主，二者的區(qū)分主要是振動(dòng)幅值的穩(wěn)定性，不對(duì)中振動(dòng)比較穩(wěn)