振动分析参数的选择

一、振动参量的选择

1
从转速角度
  • 位移:在低于600转(10Hz)的设备上使用是比较敏感的参量。

  • 加速度:通常用于故障频率在5000Hz以上的场合比较敏感,这些振动源包括齿轮啮合频率、笼条通过等频率及其谐波。

仅仅靠幅值还不能准确评价振动强度。例如峰峰值50μ在3600转速,比在300转速时的情况要糟糕的多。加速度也有类似的缺点,如在300转时的2g要比3000转时的情况要糟糕很多。

而振动速度在一个比较宽的频率范围内 (10~2000Hz) 与频率不是那么紧密相关。在10~1670Hz范围,振动速度幅值可以直接反映设备的状态,而不管转速的范围,这就是大多振动绝对标准选用振动速度的原因。

2
从故障角度

上图说明,在不明确设备问题所在时,应该同时测量振动的各参量,用速度或位移反映低频振动,用加速度或冲击反映高频振动,而后根据三者的结果进行综合判断。

3
从频率角度

二、振幅的表示方法和选用

常用的振幅表示方法有三种:峰值、峰峰值、有效值。

振幅的选用与振动参量有以下搭配关系:

注:O 常用;V 偶尔用;X 不用

三、振动的数值分析

尽可能全面记录各测点的峰值和有效值。例如:

1#CDQ B吊车1#卷上减速箱测点布置示意图

1
观察各振动参量—故障分类
  • 位移大:气体喘振、基础松动、油膜涡动等;

  • 速度大:不平衡、不对中、共振等;

  • 加速度大:齿轮、叶片、电机笼条、轴承等;

  • 冲击大:轴承、摩擦、磨损、介质冲击等。

2
观察各振动方向—故障判定
  • V——垂直方向:基础松动;

  • H——水平方向:不平衡、共振、轴承、齿轮;

  • A——轴向:不对中、弯轴、斜齿轮、推力轴承的磨损、偶不平衡。

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观察各测点的大小—故障部位
  • 一点最大:局部问题,如轴承;

  • 多点大:齿轮、联轴节等问题;

齿轮故障

轴承故障

4
观察振动参量之比—无量纲指标

用振动峰值或者有效值都能诊断异常,结论基本上是一致的。一般情况下,考虑到显示值的稳定性,用有效值进行诊断。但转速低时(300rpm以下)有效值变化小,正常、异常难以判断,此时使用峰值诊断更敏感。

通过看峰值、有效值(或平均值)比值的大小关系:

  • P/A值大时,轴承有损伤(图a);

  • P/A值小时,往往是润滑不良或者有磨损异常(图b)。

实际上,P/A为一种无量纲指标——峰值指标(冲击指数)。

(a)轴承有损伤

(b)润滑不良、磨损

四、振动的波形分析

1
时域分析

时域波形分析是最直观的诊断方法,对于某些有明显特征的故障,可以利用时域波形作初步和直观的判断。时域波形主要看:

  • 信号的平稳性;

  • 信号频率成分的复杂性;

  • 振动信号幅值的变化范围;

  • 有无明显冲击或调制成分。

在冲击场合,用时域反映更直观。

例题:

断齿故障波形的冲击信号

摩擦故障波形的削波信号

时域信号举例:

(a)

(b)

(c)

(d)

2
频域分析

反映振动的频率组成及各频率成分的大小。

具有代表性的特征频率:

  • 啮合频率:齿轮问题、过载

  • 轴承特征频率:轴承问题

  • 叶片通过频率:叶片与介质的撞击

  • 与转速相关:共振、不平衡

  • 与负荷相关:联轴器、轴承、齿轮、对中不良、裂纹

  • 与负荷相关:联轴器、轴承、齿轮、对中不良、裂纹

  • 有明显方向性:裂纹、支撑刚度或基础问题

  • 高次谐波:碰擦、松动

  • 启停车试验:区分机械还是电气问题

五、振动分析参数的选择

1. 几个重要参数

数据长度N;采样时间T;分析频率fm;谱线数L。其中有如下的关系:

时间域和频率域的样本

N/L 为Nyquist 系数。

由上述公式看出:

  • 时域点数(数据程度N)与频谱点数(谱线数L)的关系,涉及到时域、频域的分析精度;

  • 在谱线数L已定的条件下,T×f是常数见下图,因此二者要兼顾;

  • 分析频率 f根据对象的转速和怀疑的故障确定;受采样频率和数据长度的牵制,取大了将增加计算量和存储空间的开销。

2. 分析参数的选择步骤及必要知识

  • 大致什么问题?

  • 了解与对象有关的故障模式;

  • 大体频率范围?

  • 估算这些故障有什么样的频率;

  • 转速多少?齿数多少?轴承型号?

  • 计算设备基础参数;

  • 确定分析频率。

  • 高频尽量覆盖这些频率;

  • 确定分析长度。

  • 满足低频分析和分析精度的要求。

小  结

  • 尽可能多的测试各振动参量;

  • 明确振动数值、时域波形、频谱各自的用途;

  • 对于较复杂的振动分析系统,会选择分析参数:掌握数据长度、采样时间、采样频率、分析频率、谱线数之间的关系;

  • 对诊断对象的故障模式和频率范围要有移动了解。

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