振动测试和故障诊断课件53页PPT文档1

振动测试与设备故障诊断振动测试与设备故障诊断侯永强振动测试与设备故障诊断振动测试与设备故障诊断一、概述二、振动测试原理三、振动测量实践四、振动分析五、典型设备故障诊断六、汉能华风电振动测试产品简介一、概述一、概述 设备故障诊断是通过掌握设备过去和现在运设备故障诊断是通过掌握设备过去和现在运行中或在基本不拆卸的情况下的状态量，判断有行中或在基本不拆卸的情况下的状态量，判断有关异常或故障的原因及预测对将来的影响，从而关异常或故障的原因及预测对将来的影响，从而找出必要对策的技术找出必要对策的技术它是在动态情况下，利用机械设备劣化进程它是在动态情况下，利用机械设备劣化进程中产生的信息（即振动、噪声、温度等）来进行中产生的信息（即振动、噪声、温度等）来进行状态分析和故障诊断状态分析和故障诊断利用振动信号对故障进行诊断，是设备故障利用振动信号对故障进行诊断，是设备故障诊断中最有效、最常用的方法设备在运行过程诊断中最有效、最常用的方法设备在运行过程中的振动及其特征信息是反映系统状态及其变化中的振动及其特征信息是反映系统状态及其变化规律的主要信号通过振动测试仪器拾取、记录规律的主要信号通过振动测试仪器拾取、记录和分析振动信号，是进行故障诊断的主要途径。

和分析振动信号，是进行故障诊断的主要途径n n维修制度从事故、定期向预知维修的转变维修制度从事故、定期向预知维修的转变维修制度从事故、定期向预知维修的转变维修制度从事故、定期向预知维修的转变 n n设备老化，故障率增加设备老化，故障率增加设备老化，故障率增加设备老化，故障率增加 n n大量新设备投运，容量增大，复杂性增加大量新设备投运，容量增大，复杂性增加大量新设备投运，容量增大，复杂性增加大量新设备投运，容量增大，复杂性增加 n n提高经济效益提高经济效益提高经济效益提高经济效益 可能性可能性n故障诊断理论、技术的不断发展故障诊断理论、技术的不断发展 和完善和完善n 传感器、信号分析和计算机技术的发展传感器、信号分析和计算机技术的发展 必要性必要性二、振动测试原理二、振动测试原理n n振动三要素与分类n n时域波形n n频谱n n特征频率振动三要素与分类振动三要素与分类振动三要素：振幅、频率和相位振动三要素：振幅、频率和相位 振幅（A）一般用振动的位移、速度或加速度表示位移一般用微米(m)表示，现场也有用丝为单位，1丝=10m；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。

振幅一般是计算一段时间内振动波形的峰峰值、平均值和均方根值（有效值）速度的有效值称为振动烈度，反映振动的能量大小频频 率率 频率（频率（f f）是具有周期性变化规律的物理量在）是具有周期性变化规律的物理量在单位时间内的循环次数单位时间内的循环次数由于振动频率趋向于机器转速的整数倍或分数由于振动频率趋向于机器转速的整数倍或分数倍，通常表示为机器转速的倍数，如：倍，通常表示为机器转速的倍数，如：1X=1rpm 1X=1rpm 1X=1rpm 1X=1rpm 表示振动频率和机器的转速相同表示振动频率和机器的转速相同表示振动频率和机器的转速相同表示振动频率和机器的转速相同 0.43X=0.43rpm 0.43X=0.43rpm 0.43X=0.43rpm 0.43X=0.43rpm 表示振动频率是机器转速的表示振动频率是机器转速的表示振动频率是机器转速的表示振动频率是机器转速的43434343 频率是用来分析设备故障的主要参数有些故频率是用来分析设备故障的主要参数有些故障通常表现为特定的频率，但障通常表现为特定的频率，但振动频率和故障之间振动频率和故障之间并不存在简单的一一对应关系并不存在简单的一一对应关系。

相相 位位 相位()是用角度来表示的两个信号之间的计时关系振动相位指从键相器信号触发到振动信号第一个正峰值之间的角度相位的测量对于确定转子上的高点、转子的临界转速以及诊断故障和进行动平衡等都是非常重要的故 障 分 类 根据故障机理分为强迫振动和自激振动根据故障机理分为强迫振动和自激振动n n稳定的强迫振动稳定的强迫振动：基频振幅、相位不随运行时间：基频振幅、相位不随运行时间和运行工况变化而变化，如质量不平衡和运行工况变化而变化，如质量不平衡n n不稳定强迫振动不稳定强迫振动：如碰摩A A/式中：式中：AA振幅；振幅；振幅；振幅；PP激振力；激振力；激振力；激振力；部件动刚度部件动刚度部件动刚度部件动刚度自激振动自激振动：强迫振动是存在外来的扰动力或部件：强迫振动是存在外来的扰动力或部件动刚度下降，而自激振动是系统内部存在能量反动刚度下降，而自激振动是系统内部存在能量反馈环节馈环节 强迫振动的频率与转子的工作频率有强迫振动的频率与转子的工作频率有关，而自激振动频率与固有频率有关关，而自激振动频率与固有频率有关频谱简介频谱简介 频谱绘制过程频谱绘制过程频谱绘制过程频谱绘制过程 波形分解波形分解波形分解波形分解 快速傅立叶（快速傅立叶（FFT）滚动轴承特征频率滚动轴承特征频率变速箱特征频率变速箱特征频率啮合频率啮合频率 计算齿轮啮合频率，齿轮啮计算齿轮啮合频率，齿轮啮合频率等于齿数与轴速的乘合频率等于齿数与轴速的乘积。

在这个例子当中，输入积在这个例子当中，输入端齿轮有端齿轮有1212个齿，输出端有个齿，输出端有2424个齿其齿轮啮合频率为个齿其齿轮啮合频率为输入速度的输入速度的1212倍，或输出速倍，或输出速度的度的2424倍倍多级变速箱特征频率多级变速箱特征频率归纳一下特征频率的计算步骤：归纳一下特征频率的计算步骤：1.1.首先确定每个轴的相对转速；首先确定每个轴的相对转速；2.2.分析各个轴上的元件并计算分析各个轴上的元件并计算它们的扰动频率（如轴承频它们的扰动频率（如轴承频率、叶片通过频率和齿轮啮率、叶片通过频率和齿轮啮合频率等）同时不要忘记合频率等）同时不要忘记考虑轴的转速考虑轴的转速输出速度的计算需要考虑每一个齿轮的作用，齿输出速度的计算需要考虑每一个齿轮的作用，齿轮啮合频率等于齿数和齿轮转速的乘积，对于多轮啮合频率等于齿数和齿轮转速的乘积，对于多级变速箱同时我们还必须考虑中间轴的作用级变速箱同时我们还必须考虑中间轴的作用三、振动分析三、振动分析n n振动分析的四个阶段n n时域波形分析n n频谱分析检测阶段检测阶段故障根源分析故障根源分析分析阶段分析阶段确认阶段确认阶段振动分析的四个阶段振动分析的四个阶段对时域波形进行分析主要有三个原因：对时域波形进行分析主要有三个原因：第一、你能在时域波形图中看到一些频谱中无法看到的现象。

第一、你能在时域波形图中看到一些频谱中无法看到的现象第二、许多故障状态需要根据时域波形图来识别第二、许多故障状态需要根据时域波形图来识别第三、我们可以利用时域波形来进行一些有用的计算第三、我们可以利用时域波形来进行一些有用的计算时域波形分析时域波形分析信号周期图信号周期图信号频谱图信号频谱图频域波形分析频域波形分析得得到到了了频频谱谱图图，首首先先需需要要检检查查，接接着着查查找找相相关关的的模模式式：谐谐波波、边边频频带带、峰峰丘丘等等，然然后后开开始始查查找找一一些些特特殊殊的的故故障障：不不平平衡衡、不不对对中中和和轴轴承承故故障障、变变速箱故障等等速箱故障等等频域波形分析频域波形分析四、典型设备故障诊断四、典型设备故障诊断n n变速箱n n滚动轴承变速箱分析变速箱分析n n齿面磨损齿面磨损n n齿面胶合和擦伤齿面胶合和擦伤n n齿面接触疲劳齿面接触疲劳n n弯曲疲劳和断齿弯曲疲劳和断齿齿面磨损齿面磨损 n n齿磨损时的频谱图齿磨损时的频谱图齿磨损时的频谱图齿磨损时的频谱图 n n特特特特征征征征：齿齿齿齿轮轮轮轮啮啮啮啮合合合合频频频频率率率率附附附附近近近近的的的的1X1X边频带边频带边频带边频带n n当当当当齿齿齿齿轮轮轮轮的的的的齿齿齿齿开开开开始始始始发发发发生生生生磨磨磨磨损损损损的的的的时时时时候候候候，会会会会发发发发生生生生两两两两件件件件事事事事情情情情，第第第第一一一一件件件件是是是是齿齿齿齿轮轮轮轮啮啮啮啮合合合合频频频频率率率率处处处处边边边边频频频频带带带带的的的的幅幅幅幅值值值值升升升升高高高高，而而而而边边边边频频频频带带带带的的的的振振振振幅幅幅幅决决决决定定定定于于于于齿齿齿齿轮轮轮轮的的的的转转转转速速速速。

第第第第二二二二件件件件事事事事情情情情是是是是将将将将出出出出现现现现齿齿齿齿轮轮轮轮固固固固有有有有频频频频率率率率的的的的振振振振动动动动，固固固固有有有有频频频频率率率率振振振振动动动动也也也也会会会会有有有有边边边边频频频频带带带带产产产产生生生生，并并并并且且且且它它它它有很宽的基频有很宽的基频有很宽的基频有很宽的基频齿轮啮合齿轮啮合n n齿轮啮合时的频谱图齿轮啮合时的频谱图齿轮啮合时的频谱图齿轮啮合时的频谱图n n特特特特征征征征：径径径径向向向向100/120 100/120 HzHz处处处处的的的的波峰波峰波峰波峰n n通通通通常常常常会会会会在在在在轴轴轴轴的的的的转转转转速速速速频频频频率率率率和和和和齿齿齿齿轮轮轮轮啮啮啮啮合合合合频频频频率率率率处处处处出出出出现现现现波波波波峰峰峰峰，但但但但是是是是幅幅幅幅值值值值不不不不高高高高可可可可能能能能会会会会出出出出现现现现2X2X波波波波峰峰峰峰，并并并并且且且且在在在在齿齿齿齿轮轮轮轮啮啮啮啮合合合合频频频频率率率率附附附附近近近近有有有有轴轴轴轴转转转转速速速速频频频频率率率率的的的的边边边边频频频频带带带带。

对对对对于于于于直直直直齿齿齿齿轮轮轮轮主主主主要要要要的的的的振振振振动动动动是是是是在在在在径径径径向向向向，斜斜斜斜齿齿齿齿轮轮轮轮主主主主要要要要的的的的振振振振动动动动是是是是在轴向齿负载齿负载 n n齿负载时的频谱图齿负载时的频谱图齿负载时的频谱图齿负载时的频谱图 n n特特特特征征征征：齿齿齿齿轮轮轮轮啮啮啮啮合合合合频频频频率率率率处处处处高高高高强度波峰强度波峰强度波峰强度波峰n n齿齿齿齿轮轮轮轮啮啮啮啮合合合合频频频频率率率率处处处处振振振振幅幅幅幅的的的的大大大大小小小小决决决决定定定定于于于于带带带带动动动动这这这这个个个个齿齿齿齿轮轮轮轮的的的的轴轴轴轴的的的的对对对对中中中中程程程程度度度度和和和和齿齿齿齿轮轮轮轮上上上上的的的的载载载载荷荷荷荷齿齿齿齿轮轮轮轮啮啮啮啮合合合合频频频频率率率率处处处处的的的的有有有有波波波波峰峰峰峰并并并并不不不不一一一一定定定定意意意意味味味味着着着着存存存存在故障n n齿齿齿齿轮轮轮轮啮啮啮啮合合合合频频频频率率率率=齿齿齿齿数数数数x x轴轴轴轴的的的的转转转转速速速速；输输输输出出出出转转转转速速速速=输输输输入入入入转转转转速速速速x x主主主主动动动动轮轮轮轮齿齿齿齿数数数数/被被被被动动动动轮轮轮轮齿齿齿齿数数数数齿轮啮合侧隙齿轮啮合侧隙 n n齿轮啮合侧隙时的频谱图齿轮啮合侧隙时的频谱图齿轮啮合侧隙时的频谱图齿轮啮合侧隙时的频谱图 n n特特特特征征征征：啮啮啮啮合合合合频频频频率率率率附附附附近近近近的的的的1X1X1X1X边频带边频带边频带边频带n n齿齿齿齿轮轮轮轮啮啮啮啮合合合合侧侧侧侧隙隙隙隙会会会会在在在在啮啮啮啮合合合合频频频频率率率率附附附附近近近近产产产产生生生生轴轴轴轴转转转转速速速速频频频频率率率率边边边边频频频频带带带带，当当当当存存存存在在在在这这这这个个个个问问问问题题题题的的的的时时时时候候候候，齿齿齿齿轮轮轮轮啮啮啮啮合合合合侧侧侧侧隙隙隙隙波波波波峰峰峰峰和和和和齿齿齿齿轮轮轮轮的的的的固固固固有有有有频频频频率率率率波波波波峰峰峰峰将将将将随着载荷的增加而减弱。

随着载荷的增加而减弱随着载荷的增加而减弱随着载荷的增加而减弱齿轮不对中齿轮不对中 n n齿轮不对中时的频谱图齿轮不对中时的频谱图齿轮不对中时的频谱图齿轮不对中时的频谱图 n n特特特特征征征征：齿齿齿齿轮轮轮轮啮啮啮啮合合合合频频频频率率率率谐谐谐谐波波波波附附附附近的近的近的近的1X1X1X1X边频带边频带边频带边频带n n不不不不对对对对中中中中齿齿齿齿轮轮轮轮会会会会在在在在啮啮啮啮合合合合频频频频率率率率处处处处产产产产生生生生带带带带有有有有边边边边频频频频带带带带的的的的啮啮啮啮合合合合频频频频率率率率振振振振动动动动，但但但但是是是是有有有有啮啮啮啮合合合合频频频频率率率率的的的的谐谐谐谐波波波波是是是是很很很很常常常常见见见见的的的的，在在在在二二二二倍倍倍倍和和和和三三三三倍倍倍倍啮啮啮啮合合合合频频频频率率率率处处处处谐谐谐谐波波波波的的的的蜂蜂蜂蜂值值值值还还还还比比比比较较较较高高高高因因因因此此此此，设设设设置置置置较较较较高高高高的的的的频频频频率率率率范范范范围围围围(Fmax)(Fmax)(Fmax)(Fmax)，使使使使所所所所有有有有要要要要测测测测量量量量的的的的频频频频率率率率都都都都能能能能看看看看到到到到，是是是是很很很很重要的。

重要的齿轮破裂或折断齿轮破裂或折断 n n齿轮破裂或折断时的频谱齿轮破裂或折断时的频谱齿轮破裂或折断时的频谱齿轮破裂或折断时的频谱图图图图 n n特特特特征征征征：径径径径向向向向高高高高强强强强度度度度的的的的1X1X1X1X波波波波峰峰峰峰；齿齿齿齿轮轮轮轮固固固固有有有有频频频频率率率率；啮啮啮啮合合合合频率处的频率处的频率处的频率处的1X1X1X1X边频带边频带边频带边频带n n最最最最好好好好的的的的方方方方法法法法是是是是观观观观察察察察破破破破裂裂裂裂或或或或折折折折断断断断的的的的轮轮轮轮齿齿齿齿的的的的时时时时域域域域波波波波形形形形，如如如如果果果果齿齿齿齿轮轮轮轮有有有有12121212个个个个齿齿齿齿，那那那那其其其其中中中中一一一一个个个个齿齿齿齿的的的的波波波波形形形形就就就就会会会会和和和和其其其其他他他他不不不不同同同同脉脉脉脉冲冲冲冲的的的的时时时时间间间间间间间间隔隔隔隔等等等等于于于于齿齿齿齿轮轮轮轮的的的的旋旋旋旋转转转转周周周周期期期期（齿齿齿齿上上上上一一一一固固固固定定定定点点点点重重重重复复复复啮啮啮啮合合合合的的的的时时时时间差）追逐齿频率追逐齿频率 n n追逐齿频率的频谱追逐齿频率的频谱追逐齿频率的频谱追逐齿频率的频谱图图图图 n n特征：追逐齿频和特征：追逐齿频和特征：追逐齿频和特征：追逐齿频和2XHT 2XHT 2XHT 2XHT n n 追追追追逐逐逐逐齿齿齿齿频频频频率率率率 是是是是一一一一个个个个齿齿齿齿轮轮轮轮的的的的一一一一个个个个齿齿齿齿与与与与另另另另外外外外一一一一个个个个齿齿齿齿轮轮轮轮的的的的某某某某一一一一特特特特定定定定齿齿齿齿相相相相啮啮啮啮合合合合的的的的频频频频率率率率。

如如如如果果果果齿齿齿齿轮轮轮轮传传传传动动动动比比比比是是是是整整整整数数数数（例例例例如如如如1 1 1 1，2 2 2 2，3 3 3 3）追追追追逐逐逐逐齿齿齿齿频频频频率率率率就就就就等等等等于于于于大大大大齿齿齿齿轮轮轮轮的的的的转转转转速速速速，每每每每旋旋旋旋转转转转一一一一周相同的齿轮会啮合一次周相同的齿轮会啮合一次周相同的齿轮会啮合一次周相同的齿轮会啮合一次滚动轴承滚动轴承n n疲劳剥落n n磨损n n塑性变形n n腐蚀n n断裂n n胶合疲劳剥落疲劳剥落 在滚动轴承中，滚道和滚动体表面既承受载荷，又相对滚动由于交变载荷的作用，首先在表面一定深度处形成裂纹，继而扩展到使表层形成剥落坑，最后发展到大片剥落这种疲劳剥落现象造成了运行时的冲击载荷，使振动和噪声加剧磨损磨损 滚道和滚动体间的相对运动及杂质异物的侵入都引起表面磨损，润滑不良加剧了磨损磨损导致轴承游隙增大，表面粗糙，降低了机器运行精度，增大了振动和噪声塑性变形塑性变形 轴承因受到过大的冲击载荷、静载荷、落入硬质异物等，在滚道表面上形成凹痕或划痕，而且一旦有了压痕，压痕引起的冲击载荷会进一步使临近表面剥落由载荷的累积作用或短时超载会引起轴承的塑性变形。

腐蚀腐蚀 润滑油、水或空气中水分引起表面锈蚀，轴承内部有较大电流通过造成到电腐蚀，以及轴承套圈在座孔中或轴颈上微小相对运动造成的微振腐蚀断裂断裂 载荷过大或疲劳会引起轴承零件的破裂热处理、装配引起的残余应力、运行时的热应力过大业会引起断裂胶合胶合 在润滑不良、高速重载下，由于摩擦发热，轴承零件可以在极短时间内达到很高的温度，导致表面灼伤，或某处表面上的金属粘附到另一表面上滚动轴承故障诊断方法滚动轴承故障诊断方法1、共振解调2、倒谱3、功率谱（1）共振解调）共振解调 从时域信号中直接提取调制信号，分析调制函数在齿轮故障影响下的变化，就是共振解调法滚动轴承振动信号的解调包括对调幅、调频两种调制的解调，但应用和研究较多的是频率的解调2）倒谱）倒谱n n倒谱的定义倒谱的定义 倒谱定义为对数功率谱的频谱：倒谱定义为对数功率谱的频谱：其中，其中，q q 称为倒频率，具有时间的量纲称为倒频率，具有时间的量纲工程上应用较多的是其算术平方根的定义形式，工程上应用较多的是其算术平方根的定义形式，即：即：n n 倒谱分析能够揭示谱图中的周期分量，将原来谱图上成族的边频带谱线简化为单根倒频谱线，在普通频谱中难以识别的周期性，在倒谱中变得很明显，有利于滚动轴承的故障诊断。

3）功率谱分析）功率谱分析 在齿轮箱上测取振动信号后，通过FFT处理，对振动信号的功率谱进行分析，借以监测和诊断齿轮的运行状况五、振动测量实践五、振动测量实践n n振动测量参数n n传感器类型n n传感器选择n n传感器安放n n测量参数设定 振动测量参数振动测量参数图中显示了振动测图中显示了振动测图中显示了振动测图中显示了振动测量的基本参数量的基本参数量的基本参数量的基本参数:加速加速加速加速度、速度和位移度、速度和位移度、速度和位移度、速度和位移三者的相位关系是：三者的相位关系是：三者的相位关系是：三者的相位关系是：位移与加速度有位移与加速度有位移与加速度有位移与加速度有180180180180度度度度的相位差，与速度有的相位差，与速度有的相位差，与速度有的相位差，与速度有90909090度的相位差度的相位差度的相位差度的相位差振动测量的基本参数有：加速度、速度和位移振动测量的基本参数有：加速度、速度和位移n n根据测量参数的不同，测量中用到的传根据测量参数的不同，测量中用到的传感器有以下几类：感器有以下几类：位移传感器位移传感器速度传感器速度传感器加速度传感器加速度传感器n n传感器稳定时间传感器稳定时间 传感器类型传感器类型 一一般般选选择择非非接接触触式式涡涡流流“位位移移”传传感感器器、速速度度传传感感器器或或加加速速度度传传感感器器来来对对振振动动进进行行测测量量。

它它们们具具有有各各自自不不同同的的特特性性，特特别别是是频频率率响响应应特特性性这这些些差差异异会会在在时时域域波波形形图图中显示出来中显示出来传感器选择传感器选择传感器的安放传感器的安放传感器的安放传感器的安放原则是：原则是：1.1.选择的安装位置必须要能够保证使用数据采集仪时的工选择的安装位置必须要能够保证使用数据采集仪时的工作安全作安全 ；2.2.在振源（轴承）和传感器间必须有一个良好的机械传输在振源（轴承）和传感器间必须有一个良好的机械传输路径机器上的许多部件都会产生振动，传感器安装时应路径机器上的许多部件都会产生振动，传感器安装时应选择振源和传感器间的最短路径选择振源和传感器间的最短路径机器上的测点位置和方位应该与机器主应力的传播方向相吻机器上的测点位置和方位应该与机器主应力的传播方向相吻合对于水平安装的机器，其测量读数通常取自水平面上，但其对于水平安装的机器，其测量读数通常取自水平面上，但其主要部件（电机、泵、风扇等）上至少采集一个垂直方向的主要部件（电机、泵、风扇等）上至少采集一个垂直方向的数据轴向上的数据在延伸方向上采集然而，轴向应力通数据轴向上的数据在延伸方向上采集。

然而，轴向应力通常都是均匀地传播到主轴位置常都是均匀地传播到主轴位置传感器的安放传感器的安放频率范围和时域波形的范围呈反比下面是它们的实际关系：频率范围和时域波形的范围呈反比下面是它们的实际关系：时间间隔样本的数量时间间隔样本的数量/（频带宽度（频带宽度*2.56*2.56）频带宽度样本的数量频带宽度样本的数量/（时间间隔（时间间隔*2.56*2.56）测量参数设定测量参数设定2、测量参数设置测量参数设置 六、汉能华风电振动测试产品简介六、汉能华风电振动测试产品简介 汉能华科技自主研发了风电专用数据采集器及振动分析系统 主要特点：n n多通道数据采集与显示n n强大的分析功能n n携带方便，可灵活配置n n可靠性高。