淺析轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備振動(dòng)故障的原因

郝二軍

摘要：本文分析了轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備產(chǎn)生振動(dòng)故障的常見原因，并對振動(dòng)故障診斷的流程、方法與關(guān)鍵問題進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。最后提出了一些故障處理方法，為機(jī)械行業(yè)利用振動(dòng)信號診斷故障、處理故障提供了參考。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備；振動(dòng)；頻譜；波形；故障；

引言

設(shè)備振動(dòng)是指物體或質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近所做得往返運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備振動(dòng)是由于轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備反復(fù)而有規(guī)律的動(dòng)作所產(chǎn)生的。轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備產(chǎn)生振動(dòng)后，會造成一定的危害，使轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備工作性能降低。某些零部件由于受到附加載荷，磨損、疲勞、破裂等問題會加劇，對轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的工作壽命與工作性能產(chǎn)生了影響，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備零部件出現(xiàn)故障或者提前失效，此時(shí)必須對振動(dòng)信號進(jìn)行采集。根據(jù)振動(dòng)信號進(jìn)行故障診斷，準(zhǔn)確判斷出故障發(fā)生的原因與故障發(fā)生部位，采取應(yīng)急措施處理轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的不正常振動(dòng) ，從而確保轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的正常運(yùn)行，提高轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的工作質(zhì)量與工作性能，延長其使用壽命，實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)價(jià)值的最大化。

1轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備振動(dòng)產(chǎn)生的原因

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備發(fā)生振動(dòng)故障不盡相同。一般來說，常見的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備振動(dòng)都與旋轉(zhuǎn)相關(guān)。轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備產(chǎn)生振動(dòng)故障的原因進(jìn)行分析：

1.1轉(zhuǎn)子的異常振動(dòng)故障

轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備中的轉(zhuǎn)子由于受形狀不對稱、所用材料密度不均勻、加工或安裝時(shí)產(chǎn)生誤差等影響，導(dǎo)致其產(chǎn)生了徑向截面上的不平衡以及質(zhì)量的分布不均勻問題，導(dǎo)致了轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸之間的松動(dòng)分離。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，徑向各截面上存在的不平衡量就會產(chǎn)生離心力，且離心力的方向也會隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而不斷進(jìn)行周期性的改變，從而引發(fā)了異常振動(dòng)，使轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心位置不斷發(fā)生變化，產(chǎn)生振動(dòng)故障，極易對支撐轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承造成極大的磨損變形。

1.2齒輪傳動(dòng)中的振動(dòng)故障

齒輪傳動(dòng)是轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備中最常使用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。在齒輪的傳動(dòng)過程中，由于齒輪的高速旋轉(zhuǎn)，一旦其波動(dòng)幅度超過了允許范圍負(fù)載，就會導(dǎo)致齒輪在短時(shí)間內(nèi)加速磨損。齒輪的磨損變形會導(dǎo)致齒輪發(fā)生異常振動(dòng)，誘發(fā)振動(dòng)故障。嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致齒根的斷裂，影響轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的正常運(yùn)行。

1.3滾動(dòng)軸承的振動(dòng)故障

滾動(dòng)軸承是轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備中較常使用的傳動(dòng)零件。滾動(dòng)軸承在運(yùn)作時(shí)，其內(nèi)外圈的通過頻率必須要保持與標(biāo)準(zhǔn)值一致。一旦內(nèi)外圈的通過頻率與標(biāo)準(zhǔn)值有差異，就會帶來滾動(dòng)軸承的異常振動(dòng)，加劇滾動(dòng)軸承在短時(shí)間內(nèi)的磨損變形程度。最終誘發(fā)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備故障，影響轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的安全使用。

2設(shè)備振動(dòng)故障的診斷流程

在長時(shí)間、高負(fù)荷運(yùn)行下，轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備極易出現(xiàn)各類故障，設(shè)備振動(dòng)故障的診斷是利用檢測儀器對轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的原始振動(dòng)信號進(jìn)行采集，對檢測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對振動(dòng)信號進(jìn)行降噪處理，去除信號中夾雜的噪音雜質(zhì)，提取關(guān)鍵的故障信息。然后參考設(shè)備振動(dòng)故障的判斷標(biāo)準(zhǔn)，并與正常振動(dòng)數(shù)據(jù)相互對比，最終形成數(shù)據(jù)報(bào)告，診斷出轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的故障發(fā)生原因。

3常見的故障振動(dòng)診斷方法

轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的振動(dòng)伴隨著轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行而產(chǎn)生。一般只要設(shè)備振動(dòng)量（位移、速度及加速度）符合標(biāo)準(zhǔn)，未超過允許范圍，轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備所受傷害可以忽略。

轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備振動(dòng)診斷實(shí)際上是通過對采集的振動(dòng)信號在三維圖上的時(shí)域、幅域、頻域進(jìn)行信號處理與分析，以判斷出故障發(fā)生的原因，并找到故障發(fā)生的部位。目前，在國際上普遍使用的振動(dòng)診斷方法主要包括：

3.1波形分析法

波形分析法是在時(shí)域與幅域上對振動(dòng)信號進(jìn)行分析，通過對信號波譜曲線的形態(tài)進(jìn)行分析，提取表征曲線形態(tài)的參量，并以這些參量的相似性作為波譜相似性的測度。將這些參量與設(shè)備振動(dòng)故障的判斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比照，從而判別出振動(dòng)信號中隱含的故障原因，并對故障發(fā)生部位進(jìn)行定位。

波形分析法在振動(dòng)診斷中的使用流程如下：

（1）利用檢測儀器對轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的原始振動(dòng)信號進(jìn)行采集。

（2）確定振動(dòng)信號波形參量在時(shí)間域與幅值域上的分布，找到最大幅值。

（3）分析并確定各諧波分量的頻率值。

（4）計(jì)算振動(dòng)信號波形的相位滯后與時(shí)間滯后。

（5）根據(jù)波形的畸變狀況進(jìn)行反演，計(jì)算得到真實(shí)的波形。

（6）計(jì)算自由振動(dòng)波形衰減系數(shù)與振動(dòng)系統(tǒng)的阻尼值。

（7）構(gòu)建波形與實(shí)際物理現(xiàn)象二者之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系網(wǎng)，構(gòu)建轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備在正常作用狀態(tài)的振動(dòng)波與波形特征的關(guān)聯(lián)關(guān)系網(wǎng)。

（8）通過相關(guān)分析，計(jì)算振動(dòng)波形與轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備在正常作用狀態(tài)的振動(dòng)波形二者之間的相似度。

3.2頻譜分析法

頻譜分析法是將時(shí)域信號變換至頻域，在頻率域內(nèi)對動(dòng)態(tài)信號加以分析的方法。其通過將復(fù)雜的時(shí)間歷程波形，經(jīng)過傅里葉變換分解為若干單一的諧波分量，以獲得信號的頻率結(jié)構(gòu)以及各諧波和相位信息，其分析的結(jié)果是以頻率為坐標(biāo)的各物理量的譜線與曲線。目的是為解決消振、幅振等問題提供條件，幫助判別出振動(dòng)信號中隱含的故障原因，并對故障發(fā)生部位進(jìn)行定位。

頻譜分析法在振動(dòng)診斷中的使用流程如下：

（1）計(jì)算動(dòng)態(tài)振動(dòng)信號中的各個(gè)頻率分布范圍。

（2）計(jì)算動(dòng)態(tài)振動(dòng)信號的各個(gè)頻率在幅域上的分布情況與能力分布情況，獲得主要幅度與能量分布的頻率值。

（3）對測試波形進(jìn)行分析，計(jì)算其頻率成分與幅值，以校正測試波形。

（4）頻譜分析得到頻率值、幅值、相位角以及各種譜密度，作為參數(shù)，以解決消振、幅振等問題。

4設(shè)備振動(dòng)故障診斷的關(guān)鍵

本文對設(shè)備振動(dòng)故障診斷中涉及的關(guān)鍵步驟與重點(diǎn)問題進(jìn)行了分析，從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)綜合判斷三個(gè)角度分別探討了其中的關(guān)鍵注意點(diǎn)。

4.1數(shù)據(jù)采集

設(shè)備振動(dòng)數(shù)據(jù)是進(jìn)行振動(dòng)故障診斷的基礎(chǔ)與判斷依據(jù)，采集的數(shù)據(jù)量與數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度決定著故障診斷的準(zhǔn)確性，因此振動(dòng)數(shù)據(jù)采集是轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備振動(dòng)應(yīng)急處理中基礎(chǔ)的、必不可少的環(huán)節(jié)。在振動(dòng)數(shù)據(jù)的實(shí)際采集時(shí)，所用采集設(shè)備會限制采集數(shù)據(jù)的量級與數(shù)據(jù)的精度。當(dāng)數(shù)據(jù)量級和數(shù)據(jù)精度的增加時(shí)，數(shù)據(jù)的總量也會呈現(xiàn)幾何級的增長。

4.2數(shù)據(jù)分析

利用采集設(shè)備采集到故障振動(dòng)的數(shù)據(jù)后，技術(shù)人員需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分類、綜合，采用頻譜分析等技術(shù)手段進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的深挖掘，為找到故障發(fā)生的原因與發(fā)生部位提供依據(jù)。

4.3故障診斷

數(shù)據(jù)采集與分析的最終目標(biāo)是為了實(shí)現(xiàn)對振動(dòng)故障的診斷，故障的診斷需要對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合判斷。將振動(dòng)故障數(shù)據(jù)與故障判斷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合分析，從而快速準(zhǔn)確地判斷出故障的發(fā)生部位與發(fā)生原因。以較低的成本來解決設(shè)備振動(dòng)故障問題，保證轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的正常運(yùn)行，提高轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備工作的效率。

5振動(dòng)故障的處理措施

在對故障進(jìn)行準(zhǔn)確的原因判斷與位置定位后，需要采取相應(yīng)的處理措施來對轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行科學(xué)合理的維修與維護(hù)，減少轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備在使用過程中對機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)帶來的損失。題時(shí)，需要挨個(gè)敲擊各風(fēng)葉片進(jìn)行檢查。如果發(fā)現(xiàn)風(fēng)葉片有松動(dòng)，則需要進(jìn)行焊接加固。在將風(fēng)扇裝入轉(zhuǎn)子軸后，還需要做動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)并配重至要求。此外，還可以通過油樣化驗(yàn)、鐵普分析等手段來判斷傳動(dòng)部件與軸承的磨損情況。

6結(jié)束語

轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備振動(dòng)是由于轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備反復(fù)而有規(guī)律的動(dòng)作所產(chǎn)生的。一旦轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備出現(xiàn)不正常的振動(dòng)或者振動(dòng)的幅度超過了允許范圍，會對轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的工作壽命和工作性能產(chǎn)生影響，嚴(yán)重的會導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備零部件出現(xiàn)故障或者提前失效，因此必須對振動(dòng)信號進(jìn)行采集。根據(jù)振動(dòng)信號進(jìn)行故障診斷，準(zhǔn)確判斷出故障發(fā)生的原因與故障發(fā)生部位，采取應(yīng)急措施來處理轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備不正常振動(dòng)的問題，以保證轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的安全運(yùn)行。

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