振动测试与故障诊断 课件
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振动分析和故障诊断PPT课件
31
滚动轴承故障四个阶段
第三阶段：滚动轴承宏观 故障阶段，出现磨损故障 频率和谐波出现，（有 FFT,BSF,BPFO,BPFI 及 其 谐波的出现）；同时边带 频率的数量增加． 第四阶段：轴承故障的最 后阶段，这一阶段甚至影 响1X分量，并引起其它倍 频分量2X、3X等的增大。 轴承故障频率和固有频率 开始“消失”被随机的宽 带高频噪音地平代替，高 频量和尖峰能量值很大。
微 • 联轴器罩摩轴
摩 • 叶轮与扩压器口接触 擦 • 汽轮机叶片与静叶
摩 • 皮带摩擦皮带罩 擦 • 叶片摩擦外罩
典型的摩擦波形
转子在转动过程中与定子的摩擦会造成严重的设备故障
在摩擦过程中,转子刚度发生改变从而改变转子系统的固有频率,可能激 起一个或多个共振。
往 往 会 激 起 亚 谐 波 振 动 (1/2X,1/3X.), 严 重 时 出 现 大 量 的 谐 频 (1/2X,1.5X,2.5X...)，并伴随有噪音。（类似粉笔在黑板上拖动时产 生的宽带噪声）
1.磨擦或间隙故障 2.油膜涡动 3.油膜振荡
1.保持架故障 2.滚动体故障 3.外环故障 4.内环故障
10
十.流体动力机械故障
1.叶片通过频率 2.紊乱 3.气穴
十一.齿轮故障
1.齿轮负载
2.齿轮偏心和齿轮侧隙反弹
常 十二.交流电机故障
3.齿轮不对中 4.齿断或齿裂
5.齿轮组合状态问题
见 十三.交流同步电机定子 6.齿轮摆动故障 7.齿轮轴承松动
的 线圈松动
1.定子偏心，铁芯片短路或松动
设
十四.直流电动机及其控
2.转子偏心（动偏心） 3.转子故障（断条等）
4.相位故障（接头松动）
备 制故障
滚动轴承故障四个阶段
第三阶段：滚动轴承宏观 故障阶段，出现磨损故障 频率和谐波出现，（有 FFT,BSF,BPFO,BPFI 及 其 谐波的出现）；同时边带 频率的数量增加． 第四阶段：轴承故障的最 后阶段，这一阶段甚至影 响1X分量，并引起其它倍 频分量2X、3X等的增大。 轴承故障频率和固有频率 开始“消失”被随机的宽 带高频噪音地平代替，高 频量和尖峰能量值很大。
微 • 联轴器罩摩轴
摩 • 叶轮与扩压器口接触 擦 • 汽轮机叶片与静叶
摩 • 皮带摩擦皮带罩 擦 • 叶片摩擦外罩
典型的摩擦波形
转子在转动过程中与定子的摩擦会造成严重的设备故障
在摩擦过程中,转子刚度发生改变从而改变转子系统的固有频率,可能激 起一个或多个共振。
往 往 会 激 起 亚 谐 波 振 动 (1/2X,1/3X.), 严 重 时 出 现 大 量 的 谐 频 (1/2X,1.5X,2.5X...)，并伴随有噪音。（类似粉笔在黑板上拖动时产 生的宽带噪声）
1.磨擦或间隙故障 2.油膜涡动 3.油膜振荡
1.保持架故障 2.滚动体故障 3.外环故障 4.内环故障
10
十.流体动力机械故障
1.叶片通过频率 2.紊乱 3.气穴
十一.齿轮故障
1.齿轮负载
2.齿轮偏心和齿轮侧隙反弹
常 十二.交流电机故障
3.齿轮不对中 4.齿断或齿裂
5.齿轮组合状态问题
见 十三.交流同步电机定子 6.齿轮摆动故障 7.齿轮轴承松动
的 线圈松动
1.定子偏心，铁芯片短路或松动
设
十四.直流电动机及其控
2.转子偏心（动偏心） 3.转子故障（断条等）
4.相位故障（接头松动）
备 制故障
振动测试和故障诊断-课件 53页PPT文档
归纳一下特征频率的计算步骤： 1.首先确定每个轴的相对转速； 2.分析各个轴上的元件并计算它
们的扰动频率（如轴承频率、 叶片通过频率和齿轮啮合频 率等）。同时不要忘记考虑 轴的转速。
三、振动分析
振动分析的四个阶段 时域波形分析 频谱分析
振动分析的四个阶段
检测阶段 故障根源分析
分析阶段 确认阶段
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(μ m)表示，现场也有 用丝为单位，1丝=10μ m；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。
和运行工况变化而变化，如质量不平衡。 不稳定强迫振动：如碰摩。
A∝Р/Κ
式中：A—振幅；P—激振力；Κ—部件动刚度。
自激振动：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 馈环节 。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。
频谱简介
快速傅立叶（FFT）
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 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 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 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。
齿轮啮合
特征：径向100/120 Hz处的 波峰
齿轮啮合时的频谱图
通常会在轴的转速频率和齿 轮啮合频率处出现波峰，但 是幅值不高。可能会出现2X 波峰，并且在齿轮啮合频率 附近有轴转速频率的边频带。 对于直齿轮主要的振动是在 径向，斜齿轮主要的振动是 在轴向。
们的扰动频率（如轴承频率、 叶片通过频率和齿轮啮合频 率等）。同时不要忘记考虑 轴的转速。
三、振动分析
振动分析的四个阶段 时域波形分析 频谱分析
振动分析的四个阶段
检测阶段 故障根源分析
分析阶段 确认阶段
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(μ m)表示，现场也有 用丝为单位，1丝=10μ m；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。
和运行工况变化而变化，如质量不平衡。 不稳定强迫振动：如碰摩。
A∝Р/Κ
式中：A—振幅；P—激振力；Κ—部件动刚度。
自激振动：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 馈环节 。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。
频谱简介
快速傅立叶（FFT）
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 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 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 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。
齿轮啮合
特征：径向100/120 Hz处的 波峰
齿轮啮合时的频谱图
通常会在轴的转速频率和齿 轮啮合频率处出现波峰，但 是幅值不高。可能会出现2X 波峰，并且在齿轮啮合频率 附近有轴转速频率的边频带。 对于直齿轮主要的振动是在 径向，斜齿轮主要的振动是 在轴向。
振动检测与故障诊断技术
振动检测是状态检测的手段之一，任何机械在输入能量转化为有用功的过程中，均会产生振动；振动的强弱与变化和故障有关，非正常的震动感增强表明故障趋于严重；不同的故障引起的振动特征各异，相同的振动可能是不同的故障；振动信号是在机器运转过程中产生的，就可以在不用停机的情况下检测和分析故障；因此识别和确定故障的内在原因需要专门的一起设备和专门的技术人才。
1、机械振动检测技术机械运动消耗的能量除了做有用功外，其他的能量消耗在机械传动的各种摩擦损耗之中并产生正常振动，其他的能量消耗在机械传动的各种摩擦损耗之中并产生正常振动，如果出现非正常的振动，说明机械发生故障。
这些振动信号包含了机械内部运动部件各种变化信息。
分辨正常振动和非正常振动，采集振动参数，运用信号处理技术，提取特征信息，判断机械运行的技术状态，这就是振动检测。
所以由此看来，任何机械在输入能量转化为有用功的过程中，均会产生振动；振动的强弱与变化和故障有关，非正常的震动感增强表明故障趋于严重；不同的故障引起的振动特征各异，相同的振动可能是不同的故障；振动信号是在机器运转过程中产生的，就可以在不用停机的情况下检测和分析故障；因此识别和确定故障的内在原因需要专门的一起设备和专门的技术人才。
2、振动监测参数与标准振动测量的方位选择a、测量位置（测点）。
测量的位置选择在振动的敏感点，传感器安装方便，对振动信号干扰小的位置，如轴承的附近部位。
b、测量方向。
由于不同的故障引起的振动方向不同，一般测量互相垂直的三个方向的振动，即轴向（A向）、径向（H 向、水平方向）和垂直方向（v向）。
例如对中不良引起轴向振动；转子不平衡引起径向振动；机座松动引起垂直方向振动。
高频或随机振动测量径向，而低频振动要测量三个方向。
总之测量方向和数量应全面描述设备的振动状态。
测量参数的选择测量振动可用位移、速度和加速度三个参数表述。
这三个参量代表了不同类型振动的特点，对不同类型振动的敏感性也不同。
设备状态监测与故障诊断技术PPT课件 04-振动诊断方法
通过频率一般在1kHz以下，是滚动轴承重要信息特征之一。目 前很多公司开发的设备故障诊断系统软件均内置了轴承频率项数据 库，只需输入轴旋转频率及选择轴承生产商、轴承型号即可自动计 算出通过频率，如美国ENTEK公司开发的EMONITOR Odyssey软 件就有这一功能，非常快捷方便。另外，也可到各大轴承制造商如 日本NSK公司网站下载轴承频率项数据库。
Mrx”+Cx’+K(t)x=K(t)E1+K(t)E2(t) 式中：X——沿作用线上齿轮的相对位移；
C——齿轮啮合阻尼； K(t)——齿轮啮合刚度； Mr——齿轮副的等效质量，Mr=m1·m2/(m1+m2)，其中m1、m2分别为两齿轮质量； E1——齿轮受载后的平均静弹性变形； E2(t)——为齿轮的误差和异常造成的两个齿轮间的相对位移（亦称故障函数）。
齿轮啮合刚度的变化频率即齿轮啮
合频率fc=fz1·z1=fz2·z2（fz1——主动 轮旋转频率； z1——主动轮齿数； fz2——从动轮旋转频率； z2——从 动轮齿数）。
在齿轮振动信号中存在调幅、调频
现象。
调制后的信号，除原来的啮合频率
分量外，增加了一对分量（fc+fz） 和(fc－fz)。它们以fc为中心，以fz为 间距对称分布于fc两侧，所以称为 边频带，右下角图中的上边频和下
p(x) 异常 正常
x
3．示性指标法
峰值
X max | x(t)|
平均幅值 均方根幅值 (有效值) 方根幅值 偏斜度指标 (简称偏度) 峭度指标 (简称峭度 )
_
Xp
1
T
| x(t)| dt
T0
XRMS
1 T x2 (t)dt T0
X r
Mrx”+Cx’+K(t)x=K(t)E1+K(t)E2(t) 式中：X——沿作用线上齿轮的相对位移；
C——齿轮啮合阻尼； K(t)——齿轮啮合刚度； Mr——齿轮副的等效质量，Mr=m1·m2/(m1+m2)，其中m1、m2分别为两齿轮质量； E1——齿轮受载后的平均静弹性变形； E2(t)——为齿轮的误差和异常造成的两个齿轮间的相对位移（亦称故障函数）。
齿轮啮合刚度的变化频率即齿轮啮
合频率fc=fz1·z1=fz2·z2（fz1——主动 轮旋转频率； z1——主动轮齿数； fz2——从动轮旋转频率； z2——从 动轮齿数）。
在齿轮振动信号中存在调幅、调频
现象。
调制后的信号，除原来的啮合频率
分量外，增加了一对分量（fc+fz） 和(fc－fz)。它们以fc为中心，以fz为 间距对称分布于fc两侧，所以称为 边频带，右下角图中的上边频和下
p(x) 异常 正常
x
3．示性指标法
峰值
X max | x(t)|
平均幅值 均方根幅值 (有效值) 方根幅值 偏斜度指标 (简称偏度) 峭度指标 (简称峭度 )
_
Xp
1
T
| x(t)| dt
T0
XRMS
1 T x2 (t)dt T0
X r
《振动测试》课件
振动测试的技术路线
振动测试前的准备
振动测试的常用方法
振动测试的数据分析
测试前需要确保测试设备正常、 测试环境合适、测试物体无损伤。
常用的振动测试方法包括冲击法、 振动法、响应谱法等。
通过测量数据进行分析，了解物 体的振动特性、模态分析、频率 响应等。
实验操作步骤
1 实验前的准备工作
了解实验目的，准备必要的测试设备和试验台。
振动测试的原理
1
振动的概念
振动是指物体在某个参考点或在某个参考系中偏离静止位置并产生周期性的运动。
2
振动测试的定义
振动测试是通过测量和分析物体在振动状态下的各项参数，评估物体振动特性的 一种测试方法。
3
振动测试的原理介绍
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
物体在振动过程中会产生加速度，可以通过测量加速度和频率来描述物体的振动 特性。
2 实验所需设备及材料
常见的实验设备包括加速度传感器、振动台、信号分析仪等。
3 操作步骤的详细说明
实验操作包括控制测试环境、对测试物体施加振动、测量振动参数并进行数据分析等。
振动测试案例分析
1
振动测试案例介绍
对汽车引擎进行振动测试，分析其自然频率和振动响应。
2
案例分析过程
使用加速度传感器和信号分析仪对引擎进行振动测试，并采集振动频谱图。
3
分析结果与结论
分析结果显示引擎存在不均衡问题，需要调整曲轴平衡度以降低振动水平。
结论与展望
分析出的结论
振动测试是揭示物体振动特性、解决振动问题的有效手段。
未来的研究及展望
振动测试技术将在空间、医疗、安全等领域得到广泛应用。
本次课程学习心得
本课程详细介绍了振动测试的基础知识和关键技术，对于我的研究工作有很大帮助。
设备震动故障诊断75页PPT
Ⅰ－原动机（电动机） Ⅱ－传动系统 Ⅲ－工作机（引风机） ①、②－电动机滚动轴承 ③、④－引风机滚动轴承
2） 必须查明各主要零部件（特别是运动零 件）的型号、规格、结构参数及数量等，并 在结构图上表明或另予说明。这些零件包括： 轴承型式、滚动轴承型号、齿轮的齿数，叶 轮的叶片数、带轮直径、联轴器型式等。
2）工作介质：有无尘埃、颗粒性杂质或 腐蚀性气体（液体）；
3）周围环境：有无严重的干扰（或污染） 源存在，如振源，粉尘、热源等。
4.设备基础型式及状况 搞清楚是刚性基础还是弹性基础等等。
5.主要资料档案资料 设备原始档案资料、设备检修资料、设
备故障记录档案等。
二. 确定诊断方案
在此基础上，接下来就要确定具体的诊断方案。 诊断方案应包括以下几方面的内容。
设备震动故障诊断
6
、
露
凝
无
游
氛
，
天
高
风
景
澈
。
7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
8
、
吁
嗟
身
后
名
，
于
我
若
浮
烟
。
9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
按振动频率分类
机械振动
低频振动：f < 10 Hz 中频振动：f = 10-1000 Hz 高频振动：f > 1000 Hz
振动的一般分类
构成一个确定性振动有3个基本要素，即
振幅d、频率f 和相位φ。
当然，振幅不仅用位移，还可以用速度 和加速度。要特别说明一个与振动有关的量 就是速度有效值 ，也常被称为速度均方根值。 这是一个经常用到的振动测量参数。目前许 多振动标准都是采用振动速度作为判别参数， 因为它最能够反映振动的烈度。
振动分析基础讲义1ppt课件
三、无损检测技术 …………………………………………………… 1、渗透探伤法…………………………………………………………
2、磁粉探伤法………………………………………………………… 3、涡流探伤法………………………………………………………… 4、射线探伤法………………………………………………………… 5、光学探伤法………………………………………………………… 四、油液分析技术……………………………………………………… 1、分析式铁谱仪分析技术…………………………………………… 2、直读式铁谱仪分析技术…………………………………………… 3、光谱分析技术……………………………………………………… 五、振动分析技术……………………………………………………… 1、频谱分析技术………………………………………………………
5、轴心位置图…………………………………………………………
6、全息谱图…………………………………………………………… 7、波德图……………………………………………………………… 8、奈奎斯特图…………………………………………………………
第五节 振动频谱分析技术 ………………………………
一、物理解释频谱中的每条谱线……………………………………… 1、振动频谱中存在哪些频谱分量…………………………………… 2、每条频谱分量的幅值多大………………………………………… 3、这些频谱分量彼此之间存在什么关系…………………………… 4、如果存在明显的高幅值的频谱分量，它的精确的来源…………
一、声学监测方法……………………………………………………… 1、声音和噪声的测量 ……………………………………………… 2、超声波诊断方法 …………………………………………………
二、温度监测方法……………………………………………………… 1、简易温度监测方法………………………………………………… 2、红外测温监测技术…………………………………………………
2、磁粉探伤法………………………………………………………… 3、涡流探伤法………………………………………………………… 4、射线探伤法………………………………………………………… 5、光学探伤法………………………………………………………… 四、油液分析技术……………………………………………………… 1、分析式铁谱仪分析技术…………………………………………… 2、直读式铁谱仪分析技术…………………………………………… 3、光谱分析技术……………………………………………………… 五、振动分析技术……………………………………………………… 1、频谱分析技术………………………………………………………
5、轴心位置图…………………………………………………………
6、全息谱图…………………………………………………………… 7、波德图……………………………………………………………… 8、奈奎斯特图…………………………………………………………
第五节 振动频谱分析技术 ………………………………
一、物理解释频谱中的每条谱线……………………………………… 1、振动频谱中存在哪些频谱分量…………………………………… 2、每条频谱分量的幅值多大………………………………………… 3、这些频谱分量彼此之间存在什么关系…………………………… 4、如果存在明显的高幅值的频谱分量，它的精确的来源…………
一、声学监测方法……………………………………………………… 1、声音和噪声的测量 ……………………………………………… 2、超声波诊断方法 …………………………………………………
二、温度监测方法……………………………………………………… 1、简易温度监测方法………………………………………………… 2、红外测温监测技术…………………………………………………
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不稳定强迫振动：如碰摩。 A∝Р/Κ
式中：A—振幅；P—激振力；Κ—部件动刚度。
自激振动：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 馈环节 。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。
频谱简介
快速傅立叶（FFT）
频谱绘制过程
波形分解
滚动轴承特征频率
频
单位时间内的循环次数。
率
频率（f）是具有周期性变化规律的物理量在 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：
1X=1×rpm 表示振动频率和机器的转速相同 0.43X=0.43×rpm 表示振动频率是机器转速的43％
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，但振动频率和故障之间
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
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
1、共振解调 2、倒谱 3、功率谱
必要性
维修制度从事故、定期向预知维修的转变 设备老化，故障率增加 大量新设备投运，容量增大，复杂性增加
提高经济效益
可能性
故障诊断理论、技术的不断发展 和完善 传感器、信号分析和计算机技术的发展
二、振动测试原理
振动三要素与分类 时域波形 频谱 特征频率
振动三要素与分类
特征：齿轮啮合频率处高 强度波峰 齿轮啮合频率处振幅的大 小决定于带动这个齿轮的 轴的对中程度和齿轮上的 载荷。齿轮啮合频率处的 有波峰并不一定意味着存 在故障。 齿轮啮合频率=齿数x轴的 转速；输出转速=输入转 速x主动轮齿数/被动轮齿 数
齿负载时的频谱 图
齿轮啮合侧隙
齿轮啮合侧隙时的频谱 图
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
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。
齿轮破裂或折断
齿轮破裂或折断时的频谱 图
特征：径向高强度的1X波 峰；齿轮固有频率；啮合 频率处的1X边频带 最好的方法是观察破裂或 折断的轮齿的时域波形， 如果齿轮有12个齿，那其 中一个齿的波形就会和其 他不同。脉冲的时间间隔 等于齿轮的旋转周期（齿 上一固定点重复啮合的时 间差）。
追逐齿频率
齿磨损时的频谱 图
齿轮啮合
特征：径向100/120 Hz处的 波峰 通常会在轴的转速频率和齿 轮啮合频率处出现波峰，但 是幅值不高。可能会出现2X 波峰，并且在齿轮啮合频率 附近有轴转速频率的边频带。 对于直齿轮主要的振动是在 径向，斜齿轮主要的振动是 在轴向。
齿轮啮合时的频谱图
齿负载
2
C a (q) C p (q) F log S x ( f )
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
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。
四、典型设备故障诊断
变速箱
滚动轴承
变速箱分析
齿面磨损 齿面胶合和擦伤 齿面接触疲劳 弯曲疲劳和断齿
齿面磨损
特征 ：齿 轮啮 合频 率附近 的1X边频带 当齿 轮的 齿开 始发 生磨损 的时候，会发生两件事情 ， 第一 件是 齿轮 啮合 频率处 边频 带的 幅值 升高 ， 而边 频带 的振 幅决 定于 齿轮的 转速 。第 二件 事情 是将出 现齿 轮固 有频 率的 振动 ， 固有 频率 振动 也会 有边频 带产 生 ， 并且 它有 很宽的 基频。
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
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
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 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。 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 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 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 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。
特征：啮合频率附近的1X 边频带 齿轮啮合侧隙会在啮合频 率附近产生轴转速频率边 频带，当存在这个问题的 时候，齿轮啮合侧隙波峰 和齿轮的固有频率波峰将 随着载荷的增加而减弱。
齿轮不对中
齿轮不对中时的频谱图
特征 ：齿 轮啮 合频 率谐波 附近的1X边频带 不对 中齿 轮会 在啮 合频率 处产 生带 有边 频带 的啮合 频率 振动 ，但 是有 啮合频 率的 谐波 是很 常见 的 ，在 二倍 和三 倍啮 合频 率处谐 波的蜂值还比较高。因此， 设置较高的频率范围 (Fmax) ， 使 所 有 要 测 量 的 频率 都能 看到 ，是 很重要 的。
归纳一下特征频率的计算步骤： 1.首先确定每个轴的相对转速； 2.分析各个轴上的元件并计算 它们的扰动频率（如轴承频 率、叶片通过频率和齿轮啮 合频率等）。同时不要忘记 考虑轴的转速。
三、振动分析
振动分析的四个阶段 时域波形分析 频谱分析
振动分析的四个阶段
检测阶段
分析阶段
故障根源分析
确认阶段
变速箱特征频率
啮合频率
计算齿轮啮合频率，齿轮啮 合频率等于齿数与轴速的乘 积。在这个例子当中，输入 端齿轮有12个齿，输出端有 24个齿。其齿轮啮合频率为 输入速度的12倍，或输出速 度的24倍。
多级变速箱特征频率
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 级变速箱同时我们还必须考虑中间轴的作用。
五、振动测量实践
振动测量参数 传感器类型 传感器选择 传感器安放 测量参数设定
振动测量参数
振动测量的基本参数有：加速度、速度和位移位关系是： 位移与加速度有180度 的相位差，与速度有 90度的相位差。
传感器类型
根据测量参数的不同，测量中用到的传 感器有以下几类：
测量参数设定
2、测量参数设置
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 / （频带宽度*2.56） 频带宽度＝样本的数量 / （时间间隔*2.56）
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： 多通道数据采集与显示 强大的分析功能 携带方便，可灵活配置 可靠性高
追逐齿频率的频谱 图
特征：追逐齿频和2XHT "追逐齿频率 "是一个齿轮 的一 个齿 与另 外一 个齿轮 的某 一特 定齿 相啮 合的频 率。 如果 齿轮 传动 比是整 数（例如1，2，3）追逐齿 频率就等于大齿轮的转速 ， 每旋 转一 周相 同的 齿轮会 啮合一次。
滚动轴承
并不存在简单的一一对应关系。
相
位
相位(φ )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。
稳定的强迫振动：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。
位移传感器 速度传感器 加速度传感器
传感器稳定时间
传感器选择
一般选择非接触式 涡流“ 位移 ”传感器 、 速度传感器或加速度 传感器来对振动进行 测量。它们具有各自 不同的特性，特别是 频率响应特性。这些 差异会在时域波形图 中显示出来。
传感器的安放
传感器的安放原则是： 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 作安全 ； 2.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 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 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 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 常都是均匀地传播到主轴位置。
时域波形分析
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。
频域波形分析
信号周期图
信号频谱图
频域波形分析
得到了频谱图，首先需要检查， 接着查找相 关的模式：谐波、边频带、峰丘等，然后开始查找 一些特殊的故障：不平衡、不对中和轴承故障、变 速箱故障等等。
式中：A—振幅；P—激振力；Κ—部件动刚度。
自激振动：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 馈环节 。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。
频谱简介
快速傅立叶（FFT）
频谱绘制过程
波形分解
滚动轴承特征频率
频
单位时间内的循环次数。
率
频率（f）是具有周期性变化规律的物理量在 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：
1X=1×rpm 表示振动频率和机器的转速相同 0.43X=0.43×rpm 表示振动频率是机器转速的43％
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，但振动频率和故障之间
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
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
1、共振解调 2、倒谱 3、功率谱
必要性
维修制度从事故、定期向预知维修的转变 设备老化，故障率增加 大量新设备投运，容量增大，复杂性增加
提高经济效益
可能性
故障诊断理论、技术的不断发展 和完善 传感器、信号分析和计算机技术的发展
二、振动测试原理
振动三要素与分类 时域波形 频谱 特征频率
振动三要素与分类
特征：齿轮啮合频率处高 强度波峰 齿轮啮合频率处振幅的大 小决定于带动这个齿轮的 轴的对中程度和齿轮上的 载荷。齿轮啮合频率处的 有波峰并不一定意味着存 在故障。 齿轮啮合频率=齿数x轴的 转速；输出转速=输入转 速x主动轮齿数/被动轮齿 数
齿负载时的频谱 图
齿轮啮合侧隙
齿轮啮合侧隙时的频谱 图
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
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。
齿轮破裂或折断
齿轮破裂或折断时的频谱 图
特征：径向高强度的1X波 峰；齿轮固有频率；啮合 频率处的1X边频带 最好的方法是观察破裂或 折断的轮齿的时域波形， 如果齿轮有12个齿，那其 中一个齿的波形就会和其 他不同。脉冲的时间间隔 等于齿轮的旋转周期（齿 上一固定点重复啮合的时 间差）。
追逐齿频率
齿磨损时的频谱 图
齿轮啮合
特征：径向100/120 Hz处的 波峰 通常会在轴的转速频率和齿 轮啮合频率处出现波峰，但 是幅值不高。可能会出现2X 波峰，并且在齿轮啮合频率 附近有轴转速频率的边频带。 对于直齿轮主要的振动是在 径向，斜齿轮主要的振动是 在轴向。
齿轮啮合时的频谱图
齿负载
2
C a (q) C p (q) F log S x ( f )
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
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。
四、典型设备故障诊断
变速箱
滚动轴承
变速箱分析
齿面磨损 齿面胶合和擦伤 齿面接触疲劳 弯曲疲劳和断齿
齿面磨损
特征 ：齿 轮啮 合频 率附近 的1X边频带 当齿 轮的 齿开 始发 生磨损 的时候，会发生两件事情 ， 第一 件是 齿轮 啮合 频率处 边频 带的 幅值 升高 ， 而边 频带 的振 幅决 定于 齿轮的 转速 。第 二件 事情 是将出 现齿 轮固 有频 率的 振动 ， 固有 频率 振动 也会 有边频 带产 生 ， 并且 它有 很宽的 基频。
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
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
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 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。 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 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 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 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。
特征：啮合频率附近的1X 边频带 齿轮啮合侧隙会在啮合频 率附近产生轴转速频率边 频带，当存在这个问题的 时候，齿轮啮合侧隙波峰 和齿轮的固有频率波峰将 随着载荷的增加而减弱。
齿轮不对中
齿轮不对中时的频谱图
特征 ：齿 轮啮 合频 率谐波 附近的1X边频带 不对 中齿 轮会 在啮 合频率 处产 生带 有边 频带 的啮合 频率 振动 ，但 是有 啮合频 率的 谐波 是很 常见 的 ，在 二倍 和三 倍啮 合频 率处谐 波的蜂值还比较高。因此， 设置较高的频率范围 (Fmax) ， 使 所 有 要 测 量 的 频率 都能 看到 ，是 很重要 的。
归纳一下特征频率的计算步骤： 1.首先确定每个轴的相对转速； 2.分析各个轴上的元件并计算 它们的扰动频率（如轴承频 率、叶片通过频率和齿轮啮 合频率等）。同时不要忘记 考虑轴的转速。
三、振动分析
振动分析的四个阶段 时域波形分析 频谱分析
振动分析的四个阶段
检测阶段
分析阶段
故障根源分析
确认阶段
变速箱特征频率
啮合频率
计算齿轮啮合频率，齿轮啮 合频率等于齿数与轴速的乘 积。在这个例子当中，输入 端齿轮有12个齿，输出端有 24个齿。其齿轮啮合频率为 输入速度的12倍，或输出速 度的24倍。
多级变速箱特征频率
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 级变速箱同时我们还必须考虑中间轴的作用。
五、振动测量实践
振动测量参数 传感器类型 传感器选择 传感器安放 测量参数设定
振动测量参数
振动测量的基本参数有：加速度、速度和位移位关系是： 位移与加速度有180度 的相位差，与速度有 90度的相位差。
传感器类型
根据测量参数的不同，测量中用到的传 感器有以下几类：
测量参数设定
2、测量参数设置
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 / （频带宽度*2.56） 频带宽度＝样本的数量 / （时间间隔*2.56）
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： 多通道数据采集与显示 强大的分析功能 携带方便，可灵活配置 可靠性高
追逐齿频率的频谱 图
特征：追逐齿频和2XHT "追逐齿频率 "是一个齿轮 的一 个齿 与另 外一 个齿轮 的某 一特 定齿 相啮 合的频 率。 如果 齿轮 传动 比是整 数（例如1，2，3）追逐齿 频率就等于大齿轮的转速 ， 每旋 转一 周相 同的 齿轮会 啮合一次。
滚动轴承
并不存在简单的一一对应关系。
相
位
相位(φ )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。
稳定的强迫振动：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。
位移传感器 速度传感器 加速度传感器
传感器稳定时间
传感器选择
一般选择非接触式 涡流“ 位移 ”传感器 、 速度传感器或加速度 传感器来对振动进行 测量。它们具有各自 不同的特性，特别是 频率响应特性。这些 差异会在时域波形图 中显示出来。
传感器的安放
传感器的安放原则是： 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 作安全 ； 2.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 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 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 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 常都是均匀地传播到主轴位置。
时域波形分析
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。
频域波形分析
信号周期图
信号频谱图
频域波形分析
得到了频谱图，首先需要检查， 接着查找相 关的模式：谐波、边频带、峰丘等，然后开始查找 一些特殊的故障：不平衡、不对中和轴承故障、变 速箱故障等等。