振动测量参数的选择

一、振动测量参数的选择

位移：适用于低频范围，转速在1500转/分以下的机组,

速度：适用于中频段，转速在1500——10000转/分范围内的机组、加速度：适用于高频段，转速在10000转/分以上的机组

现在一般采用速度标准，

1、位移：反映质点的位能，可监测位能对设备部件的破坏。

2、速度：反映质点的动能，可监测动能对设备部件的破坏。

3、加速度：反映质点的受力情况受，可监测振源的冲击力对设备的破坏程度。

振动的表征参数－峰值（单峰值）、峰－峰值及有效值。

对于位移，一般选峰－峰值作为表征参数；加速度选择峰值，速度选择有效值作为表征参数。

二、测点选择

1、尽量靠近轴承

2、尽量在垂直、水平、轴向三个方向上设置测点

3、给测点位置作好记号，以保证测量数值的稳定性和可比性

4、必要时可将设备表面进行处理

三、测试中应注意的几个问题

1、在测试同一设备、同一测点和同一参数量时，应选择同一种测试仪器，并在同一状态下、同一频带下进行测试。

2、检查测试设备的安装情况，应保证测点设备与测试仪器不产生共振。

3、测量径向振动时，传感器应相对于被测设备轴径向安装；测量轴向振动时，应相对于被测轴平行安装。

4、应考虑测试现场周围的电场、磁场以及外界环境对传感器和仪器本身的影响。

一、振动基础理论

1．1 振动形式的描述

机械设备总是不可避免的会产生振动，过大的振动是有害的，除非为了特殊的目的，如振动给料机、磨煤机等。为了说明振动的特点，采用了多种描述方式。

1、时域描述有两种形式，即振动波形和轴心运动轨迹。可直观了解振动随时间的变化情况，以及转轴在轴承中的横向运动情况，

粗略估量振动平稳与否及对称程度。

2、频域描述将振动幅值、相位、能量情况按频率排列，有利于反映故障原因。

3、幅域描述现场主要采用峰值、峰－峰值、有效值等概念反映振动幅值的大小，其中又有位移、速度、加速度等不同振动量之分。位移峰－峰值主要考核设备间隙的安全性。速度有效值用以反映振动能量的大小或破坏能力，是判断振动状态的主要指标。加速度峰值则和冲击相关联。

4、振型

5、瀑布图

6、极坐标图

7、全息谱图

1.2 影响振动的两大因素

机械振动，就是物体或质点相对于平衡位置的往复运动。振动存在，必定有扰动力。在线性系统中，测点呈现的振动值与作用在该点上的扰动力成正比，与该点的机械阻抗成反比。三者关系如下：X＝F/Z

X—测点的振值

F—作用在测点上的扰动力

Z—测点处的机械阻抗（动刚度）

因此，分析机组振动情况时，应从扰动力和机械阻抗两个侧面寻找可能发生的变化，忽视某一个方面容易走弯路。

注意，扰动力和机械阻抗都是频率的函数，可能出现作用力很大，机械阻抗也很大，而振值却不大的情况。这时难以发现机组受到的过大的应力，在实际中，机件已经磨损严重或者轴瓦损坏，在频谱上却毫无表现。因此在振动频谱分析中，不仅注意峰值部分，还应注意低幅值成分，可能隐藏着重要的力变化信息，或许存在着其他隐患。

1.3 振动的分类每种分类只能从某一侧面突出振动的特征。

1、按振动频率高低分类，可以粗略的估计故障的部位，是一种有实用价值的分类方法，见表一

2、根据信号特点分类，这是故障诊断技术中应用最多的一种分类方法。机械振动分为确定性振动和随机振动。

根据谱线是离散还是连续就能清晰的区分出振动是周期性的（转子不平衡、轴系不对中等）还是非周期性的（起停设备的瞬变过程、冲击、随机干扰等）。如果原先的线型谱突然变成了连续谱（谱线变胖），意味着机组处于暂态过程，指导寻机组失稳的原因。

3、按动力学分类机械振动可分为自由振动、受迫振动、自激振动、

参变振动等四种类型。动力学分类，更有利于从振动机理上查找强振的原因，识别出振动的性质。从设备管理的观点，分清强振的性质，至关重要。机组发生强振时，如能及时识别出强振属于受迫振动还是自激振动就抓住了处理问题的主动权。

4、根据振动系统的特性可分为线性振动和非线性振动两大类。一般情况下，机组振动都按线性振动来分析和诊断，但诊断实践表明，机组经常出现非线性行为。

1.4 振动的动力学特性

1、自由振动：是物体受到初始激励所引发的一种振动。这种振动靠初始激励一次性获得振动能量，历程有限，一般不会对设备造成破坏，不是现场诊断考虑的目标。

固有频率：物体本身固有的频率，只与物体的刚度、物体的质量有关。无阻尼自由振动的频率：ωn＝√k/m k＝物体的刚度；m＝物体的质量

2、强迫振动：物体在持续的交变力作用下的振动叫强迫振动。

当激振力的频率与固有频率相近时，如阻尼很小，则振幅很大，这就是共振现象，共振频率并不等于物体的固有频率，因为振幅不仅和激振频率有关，还和阻尼大小有关。为了避免共振造成危害，设备转速应避开共振区，共振区一般为（0.7－1.4）ωn

临界转速：机组在低于或高于固有频率转速下运行时，机组的振动一般是强迫振动，振幅不会太大。共振点是一个临界点，故此，机组发生共振时的转速称之为临界转速。临界转速不只一个，带有一个转子

的轴系，可简化为具有一个自由度的弹性系统，有一个临界转速；转轴上带有两个转子，可简化为两个自由度系统，对应有两个临界转速，依此类推。转速小的那个临界转速称为一阶临界，比之大的依次称为二阶临界、三阶临界转速。为保证平稳运行，一般要求转速处于该轴系各临界转速的一定范围：

刚性轴n＜0.75n c1柔性轴n c11.4＜n＜0.7n c2

分别为轴系的一阶、二阶临界转速。

3、自激振动：是由振动体自身能量激发的振动。物体产生自激振动时，很小的能量即可产生强烈振动。是一种比较危险的振动，一旦发生，设备运行失去稳定。大机组自激振动时有发生，如轴瓦油膜振荡、密封流体激振、气流激振、摩擦涡动等，有如下特点：

随机性、非线性、自激振动频率与转速不成比例，一般低于工作转速与第一临界转速相符和、转轴存在异步涡动、随机成分多。

4、参变振动：由于结构参数周期性变化引起的振动。造成结构参数发生变化的因素有转轴存在较深的裂纹、基础松动、转子结构不对称等。

1.振动标准分类

常用标准有三类：绝对判定标准、相对判定标准和类比标准

国际上流行的标准很多

中国主要以位移作为设备判定标准（振幅标准）

美国、加拿大多以速度为判定标准（ISO2372、ISO2373）

日本多以加速度作为判定标准（齿轮箱诊断标准）

1、绝对判断标准

采用国际国内流行和实用的ISO2372国际标准

适合于机泵类设备的现场振动测量，通频宽带测量。

注:设备制造厂家特殊说明除外部分化工设备的振幅标准（允许全振幅）

2、

大型旋转机械振动烈度评定等级：GB11347.1-89

美国石油学会标准规定有关公式：

2）相对判定标准

对于同一测点，可以正常状态时的测量值为标准，进行比较简易实用振动判定标准

一、判定轴承故障最有效的方法

高频加速度与低频加速度比值（振动峰值与平均值的比值）在3.3倍左右，轴承故障类型为润滑油脂混入铁粉

在4.0倍左右，轴承缺油

在5.3倍左右，轴承压盖过紧

在9.4倍左右，轴承损坏（点蚀）二、峭度指标相对标准

轴承状态正常一滚动

体剥落二滚动

体剥落

三滚动

体剥落

外圈剥落内圈剥落

峭度指标 3.03 8.32 9.3 10.0 3.5 4.25

3）类比标准

多台机型规格相同的设备，测试值可以进行类比。

频域分析的分频率振动速度标准（MM/S）

机器状态正常注意不好危险

振动速度<4.5<7.8<11.2>11.2

关于标准的几个注意问题：

1、

例如：锅炉1＃引风机轴承晚上出现异常声音，晚上22.00测量

速度、加速度等振动值偏大，早上6点测量振动值恢复正常。拆卸轴承发现保持架已经损坏。包络分析发现了保持架特征频率10、20.30Hz等频率。故障已经非常严重。

B611风机，4.19日测量，位移值垂直和水平均在0.04mm之内，振动情况良好，速度振动为5mm/s, 轴承箱地脚螺栓振动5mm/s，但是加速度已经显示超过危险值，50m/s2,怀疑轴承出现故障。检修发现轴承保持架损坏。所以，正常情况下，位移、速度、加速度三者相互参考，各有利弊。

2、

3、

4、

A区：新交付的使用的机器通常属于该区域；

B区：振动值在该区域的机器通常被认为适用于不受限制的长期使用C区：通常认为振动值在该区域的机器不适宜于长期运行。一般说来，，该机器可在这种状态下运行有限时间，直到有采取补救行动的合适时机为止

D区：在这一区域的振动值通常认为具有足够的烈度，可引起机器危害

Ⅰ级：小型机械（如15KW以下电机）

Ⅱ级：中型机械（如15—75KW电机和300KW以下机械）

Ⅲ级：大型机械（安装在刚性基础上）

Ⅳ级：大型机械（安装在柔性基础上）

5、10Hz以下位移比较合理

10Hz----1KHz速度比较合理

1KHz以上加速度比较合理

6、测量参数：

1、频率范围：振动测量应是宽带，以便充分覆盖机器频率。

2、测量量：振动位移，以微米为单位；振动速度，以毫米每秒为单位；振动加速度，以米每二次方秒为单位。

3、振动值：评价旋转机器的宽带振动时，通常考虑振动速度的均方根值。

4、振动烈度：在规定的机器支承和运行条件下，所测的最大宽带值

定义为振动烈度。

7、一般说来，振动的宽带加速度、速度和位移之间，峰值、峰峰值、均方根值和平均值之间没有简单的关系式。如果振动波形基于单个正弦曲线组成时，峰值和有效值之间可以乘1.414倍。

几个相互转换的公式V＝2πfA a＝2πfV＝（2πf）2A

V、A、a 对应的是速度、位移和加速度的幅值。例如

A单峰值＝√2V有效值/2πf＝0.225 V有效值/f （在低频或单一频率下）同样可以转换成加速度的振动标准。此时的频率应该大于1k，低频不适合。

记住这个重要的公式：

ω＝2πf （角频率）

有人说，我手上只有普通测振表（如VM63,HG-2504等），能否判断轴承故障呢？我认为是可以的。

测振表可以方便地测量振动的位移（峰峰值）、速度（有效

值）和加速度（峰值），由公式

单位：毫米

可知，振动速度和振动位移之间存在着以频率f为函数的关系，当振动位移一定时，频率越高振动速度就越大。

由振动的频谱图我们知道，由不平衡、不对中等原因引起的振动，其振动能量集中在低频段，轴承点蚀产生的振动，其振动能量表现在高频段。

当f＝50～200Hz（即不平衡不对中的低频振动为主）时，

V＝（100～400）πA p－p×10－2×0.707/2＝（1.1～4.4）Ap－p；当f＝600～1200Hz（即轴承点蚀原因产生的高频振动为主）时，

V＝（1200～2400）πA p－p×10－2×0.707/2＝（13～27）A p－p；式中位移振幅单位为道（峰峰值），速度振幅单位为毫米（有效值）。

注意，A峰－峰＝2√2A有效值

也就是说，如果撇开振动位移和振动速度的单位，只从数值上来比较，对于转动设备本身原因所引起的低频振动，其速度振幅约为位移振幅的1～4倍。实际上低频振动多数

情况发生在1～2倍转速频率，即速度振幅约为位移振幅的1～2倍；而对于轴承点蚀所产生的高频振动，其速度振幅要远远大于位移振幅。根据这一点，再结合自己的经验，则可以做到用普通测振表判断轴承故障及其损伤程度。

常用仪器说明

HG-2504、VM－63技术参数

HG-3502 、8904等等

二、滚动轴承振动状态监测及故障分析

?滚动轴承特征频率可以通过公式计算出来

?计算出来的滚动轴承特征频率在使用中只能作为故障诊断的参

考

?实际的滚动轴承在运行中既存在滚动又存在滑动

?注意频谱图中的非整数频率

?滚动轴承异音的概念及界定

?滚动轴承异音的常见原因

?滚动轴承异音与滚动轴承故障的关系和影响

?滚动轴承异音的分析方法与手段

?滚动轴承异音的故障分析技巧

?滚动轴承异音正确分析和判断的重要实际意义

?在实际状态监测中，往往只需判断滚动轴承好坏

?在实用诊断上采取有量纲参数与无量纲参数结合判断进行轴承

快速故障诊断

?这种判断方法经过三年的实践，证明对滚动轴承的故障诊断是

非常实用的。判断快速、准确，准确率超过90%。

?对滚动轴承进行状态监测和故障诊断的实用方法是振动分析。

?滚动轴承的温度监测可采用温度计和红外温度仪，在反映滚动

轴承温度异常时使用。

?正常优质轴承在开始使用时，振动和噪声均比较小，但频谱有

些散乱，幅值都较小。

?运动一段时间后，振动和噪声维持一定水平，频谱非常单一，

极少出现三倍工频以上频谱。

?使用后期，轴承峭度值开始突然达到一定数值。

?既超过振动标准，而峭度值也超过正常值(可用峭度相对标准)

时，我们认为轴承已进入晚期故障。

保持架损坏：B611风机轴承、锅炉引风机轴承

锈蚀：B611风机风挡损坏，导致丙烯酸、甲苯、水份等进入，发生锈蚀严重

磨损：B611风机磨损间隙大，振动出现1、2.3、4倍频。

轴承故障特征频率估算值（内环滚动，外环静止）

内滚道特征频率：f i≈0.6N f s

外滚道特征频率：f o≈0.4N f s

保持架特征频率（滚动体公转频率）：f c≈0.4f s

滚动体特征频率（滚动体特征频率）：f b≈0.23N f s （N ＜10）

≈0.18N f s （N＞10）

Z-转子个数f s-公转频率

特征频率可以从有关软件中查到，方便的利用。

轴承故障分析：

加速度判断比较准确。一般轴承加速度标准不超过50m/s2 (单峰值)。

可以利用a＝2πfV＝（2πf）2A公式来计算大体故障。注意测量的有效值、峰值之间的√2倍关系。可以认为是单幅值。

滚动轴承早期故障是滚子和滚道剥落、凹陷、破裂腐蚀和杂物嵌入。产生的原因包括搬运粗心、安装不当、不对中、轴承倾斜、轴承选用正确、润滑不足或密封失效、负载不合适以及制造缺陷。