旋轉機械松動引起的振動故障特征與振動機理分析

劉文玲

摘 要：本文對旋轉機械發生機械松動的形式進行了介紹，并重點對各類松動形式的故障特征及典型頻譜圖進行了分析，同時對機械松動產生的振動機理進行了分析。

關鍵詞：機械松動；故障特征；振動機理

在旋轉設備運行過程中經常會出現機械松動現象，但在設備運行中機械松動只能通過進行狀態檢測進行分析才能發現，雖然松動本身不是純粹的故障，不會產生振動，但會放大設備的其它故障，因此有必要對旋轉設備關于松動引起的振動特征及振動機理進行分析。

機械松動有三種形式：結構框架或底座松動、結構或軸承座晃動或開裂引起的松動、軸承在軸承座內松動或部件配合松動。

一、振動特征分析

1.結構框架或底座松動

結構框架或底座松動包括支腳、底板、水泥底座松動或強度不夠。框架或底板變形，堅固螺絲松動等情況。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，只表現在松動的轉子上；

●同軸承徑向振動垂直，水平方向相位差0或180度；

●如果軸承堅固是在軸向，也會引起類似不對中的軸向振動。

2.結構或軸承座晃動或開裂引起的松動

結構或軸承座晃動或開裂引起的松動主要包括結構或軸承座開裂、支承件長度不同引起的晃動、部件間隙出現少量偏差時、堅固螺絲松動。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%）；

●幅值有時不穩定；

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

●在間隙達到出現碰撞前，振動主要是1X和2X，出現碰撞后，振動將出現大量諧頻。

3.軸承在軸承座內松動或部件配合松動

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

●常常出現大量的高次諧頻，有時10X，甚至20X，松動嚴重時還會出現半頻及諧頻（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象；

●振動幅值變化較大，相位有時也不穩定。

二、振動機理分析

機械松動引起的振動的幅值往往是不穩定的，用頻閃燈觀察此轉子，通常呈現不穩定的圖象。比較機器或者結構上不同位置處的振動幅值和相位往往可以幫助檢測出機械松動源。在機器或者結構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動和機械松動源。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機械松動的振動特性。參見圖1中的次序，可以解釋機械松動的特性和以二倍轉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子，其皮帶松動的例子。

圖1A中，不平衡的重點旋轉到6點鐘位置，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，不平衡的重點旋轉到l2點鐘位置，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，重點旋轉到3點鐘位置，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。軸每轉一轉中，這種作用產生兩個作用力。旋轉的不平衡力施加一個力，當軸承落下，對著軸承座時施加第二個力。因此，這種松動產生的振動頻率將是二倍轉速頻率。

機械松動典型地將產生二倍轉速頻率的振動，也可能會產生三、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，結構或者軸承座斷裂、軸上的轉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、發電機都會引起力矩脈沖振動以同步頻率的兩倍出現，當同步頻率為60赫茲或者3600轉/分時，此力矩脈沖振動將以7200轉/分出現。由此力矩脈沖振動激起的一根轉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/分處呈現占優勢的振動。

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

三、結束語

每臺機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，在二倍轉速頻率和高階次頻率處出現一定的振動是正常的。然而，當高階次頻率處的振動的強度大于旋轉速度頻率處出現的振動強度的二分之一時，應該懷疑是機械松動。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，應該進行直觀檢查，檢測可能的松動狀態。

參考文獻：

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（作者單位：淄博職業學院）