旋轉(zhuǎn)機(jī)械松動引起的振動故障特征與振動機(jī)理分析

劉文玲

摘 要：本文對旋轉(zhuǎn)機(jī)械發(fā)生機(jī)械松動的形式進(jìn)行了介紹，并重點(diǎn)對各類松動形式的故障特征及典型頻譜圖進(jìn)行了分析，同時對機(jī)械松動產(chǎn)生的振動機(jī)理進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)械松動；故障特征；振動機(jī)理

在旋轉(zhuǎn)設(shè)備運(yùn)行過程中經(jīng)常會出現(xiàn)機(jī)械松動現(xiàn)象，但在設(shè)備運(yùn)行中機(jī)械松動只能通過進(jìn)行狀態(tài)檢測進(jìn)行分析才能發(fā)現(xiàn)，雖然松動本身不是純粹的故障，不會產(chǎn)生振動，但會放大設(shè)備的其它故障，因此有必要對旋轉(zhuǎn)設(shè)備關(guān)于松動引起的振動特征及振動機(jī)理進(jìn)行分析。

機(jī)械松動有三種形式：結(jié)構(gòu)框架或底座松動、結(jié)構(gòu)或軸承座晃動或開裂引起的松動、軸承在軸承座內(nèi)松動或部件配合松動。

一、振動特征分析

1.結(jié)構(gòu)框架或底座松動

結(jié)構(gòu)框架或底座松動包括支腳、底板、水泥底座松動或強(qiáng)度不夠?？蚣芑虻装遄冃危瑘?jiān)固螺絲松動等情況。它的振動特征為：

●類似不平衡或不對中，頻譜主要以1X為主；

●振動具有局部性，只表現(xiàn)在松動的轉(zhuǎn)子上；

●同軸承徑向振動垂直，水平方向相位差0或180度；

●如果軸承堅(jiān)固是在軸向，也會引起類似不對中的軸向振動。

2.結(jié)構(gòu)或軸承座晃動或開裂引起的松動

結(jié)構(gòu)或軸承座晃動或開裂引起的松動主要包括結(jié)構(gòu)或軸承座開裂、支承件長度不同引起的晃動、部件間隙出現(xiàn)少量偏差時、堅(jiān)固螺絲松動。它的振動特征為：

●主要以2X為特征（主要是徑向2X超過1X的50%）；

●幅值有時不穩(wěn)定；

●振動只有伴隨其它故障如不平衡或不對中時才有表現(xiàn)，此時要消除不平衡或不對中將很困難；

●在間隙達(dá)到出現(xiàn)碰撞前，振動主要是1X和2X，出現(xiàn)碰撞后，振動將出現(xiàn)大量諧頻。

3.軸承在軸承座內(nèi)松動或部件配合松動

軸承在軸承座內(nèi)松動或部件配合松動包括軸承在軸承座內(nèi)松動、滾動軸承軸承內(nèi)圈間隙大、滾動軸承軸承保持架在軸承蓋內(nèi)松動、軸承松動或有相對轉(zhuǎn)動。它的振動特征為：

●常常出現(xiàn)大量的高次諧頻，有時10X，甚至20X，松動嚴(yán)重時還會出現(xiàn)半頻及諧頻（0.5X、1.5X……）成分；

●半頻及諧頻往往隨不平衡或不對是等故障現(xiàn)象；

●振動幅值變化較大，相位有時也不穩(wěn)定。

二、振動機(jī)理分析

機(jī)械松動引起的振動的幅值往往是不穩(wěn)定的，用頻閃燈觀察此轉(zhuǎn)子，通常呈現(xiàn)不穩(wěn)定的圖象。比較機(jī)器或者結(jié)構(gòu)上不同位置處的振動幅值和相位往往可以幫助檢測出機(jī)械松動源。在機(jī)器或者結(jié)構(gòu)的相鄰零部件上測量振動幅值和相位的明顯的差別，可以清楚地指出相對運(yùn)動和機(jī)械松動源。除非有某個諸如不平衡或者不對中這樣的激振力引起松動，一般情況下不會出現(xiàn)機(jī)械松動的振動特性。參見圖1中的次序，可以解釋機(jī)械松動的特性和以二倍轉(zhuǎn)速頻率或以較高次諧波頻率特征振動的原因。圖中說明的是安裝在軸承上的不平衡轉(zhuǎn)子，其皮帶松動的例子。

圖1A中，不平衡的重點(diǎn)旋轉(zhuǎn)到6點(diǎn)鐘位置，這時不平衡力指向下方。此不平衡力迫使軸承向下對著軸承支座。圖1B中，不平衡的重點(diǎn)旋轉(zhuǎn)到l2點(diǎn)鐘位置，這時不平衡力指向上方。這個向上的力把軸承舉起，離開軸承支座，如圖所示。圖1C中，重點(diǎn)旋轉(zhuǎn)到3點(diǎn)鐘位置，在此位置時，不平衡力向上舉起方向的分力為零。因此，軸承落下，對著軸承支座。軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)中，這種作用產(chǎn)生兩個作用力。旋轉(zhuǎn)的不平衡力施加一個力，當(dāng)軸承落下，對著軸承座時施加第二個力。因此，這種松動產(chǎn)生的振動頻率將是二倍轉(zhuǎn)速頻率。

機(jī)械松動典型地將產(chǎn)生二倍轉(zhuǎn)速頻率的振動，也可能會產(chǎn)生三、四、五或者也許六倍f率的高階次頻率的振動。這種振動可能是固定螺栓松動、軸承間隙過大，結(jié)構(gòu)或者軸承座斷裂、軸上的轉(zhuǎn)子輪盤松動或者軸上的某些其他零部件松動的后果。大家都知道，電動機(jī)、發(fā)電機(jī)都會引起力矩脈沖振動以同步頻率的兩倍出現(xiàn)，當(dāng)同步頻率為60赫茲或者3600轉(zhuǎn)/分時，此力矩脈沖振動將以7200轉(zhuǎn)/分出現(xiàn)。由此力矩脈沖振動激起的一根轉(zhuǎn)子條松動或者一個定子繞組松動可以在也許是力矩脈沖頻率的二倍或者14400轉(zhuǎn)/分處呈現(xiàn)占優(yōu)勢的振動。

圖2中的次序說明機(jī)械松動怎樣產(chǎn)生三、四倍轉(zhuǎn)速的高階次頻率的，機(jī)器按圖所示次序搖擺的松動可產(chǎn)生二、三、四或更高階次轉(zhuǎn)速頻率的振動。

三、結(jié)束語

每臺機(jī)械總是有一些固有的間隙的，不管是否有大的不平衡或者不對中，在二倍轉(zhuǎn)速頻率和高階次頻率處出現(xiàn)一定的振動是正常的。然而，當(dāng)高階次頻率處的振動的強(qiáng)度大于旋轉(zhuǎn)速度頻率處出現(xiàn)的振動強(qiáng)度的二分之一時，應(yīng)該懷疑是機(jī)械松動。此外，在用平衡或者重新對中方法試圖消除振動遇到特別困難時，應(yīng)該進(jìn)行直觀檢查，檢測可能的松動狀態(tài)。

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（作者單位：淄博職業(yè)學(xué)院）