淺析轉動設備振動故障的原因

郝二軍

摘要：本文分析了轉動設備產生振動故障的常見原因，并對振動故障診斷的流程、方法與關鍵問題進行了詳細的闡述。最后提出了一些故障處理方法，為機械行業利用振動信號診斷故障、處理故障提供了參考。

關鍵詞：轉動設備；振動；頻譜；波形；故障；

引言

設備振動是指物體或質點在其平衡位置附近所做得往返運動，轉動設備振動是由于轉動設備反復而有規律的動作所產生的。轉動設備產生振動后，會造成一定的危害，使轉動設備工作性能降低。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，對轉動設備的工作壽命與工作性能產生了影響，嚴重的還會導致轉動設備零部件出現故障或者提前失效，此時必須對振動信號進行采集。根據振動信號進行故障診斷，準確判斷出故障發生的原因與故障發生部位，采取應急措施處理轉動設備的不正常振動 ，從而確保轉動設備的正常運行，提高轉動設備的工作質量與工作性能，延長其使用壽命，實現其經濟價值的最大化。

1轉動設備振動產生的原因

在實際生產過程中，轉動設備發生振動故障不盡相同。一般來說，常見的轉動設備振動都與旋轉相關。轉動設備產生振動故障的原因進行分析：

1.1轉子的異常振動故障

轉動設備中的轉子由于受形狀不對稱、所用材料密度不均勻、加工或安裝時產生誤差等影響，導致其產生了徑向截面上的不平衡以及質量的分布不均勻問題，導致了轉子和轉軸之間的松動分離。當轉子轉動時，徑向各截面上存在的不平衡量就會產生離心力，且離心力的方向也會隨著轉子的旋轉而不斷進行周期性的改變，從而引發了異常振動，使轉子的旋轉中心位置不斷發生變化，產生振動故障，極易對支撐轉子轉動的軸承造成極大的磨損變形。

1.2齒輪傳動中的振動故障

齒輪傳動是轉動設備中最常使用的傳動機構。在齒輪的傳動過程中，由于齒輪的高速旋轉，一旦其波動幅度超過了允許范圍負載，就會導致齒輪在短時間內加速磨損。齒輪的磨損變形會導致齒輪發生異常振動，誘發振動故障。嚴重時會導致齒根的斷裂，影響轉動設備的正常運行。

1.3滾動軸承的振動故障

滾動軸承是轉動設備中較常使用的傳動零件。滾動軸承在運作時，其內外圈的通過頻率必須要保持與標準值一致。一旦內外圈的通過頻率與標準值有差異，就會帶來滾動軸承的異常振動，加劇滾動軸承在短時間內的磨損變形程度。最終誘發轉動設備故障，影響轉動設備的安全使用。

2設備振動故障的診斷流程

在長時間、高負荷運行下，轉動設備極易出現各類故障，設備振動故障的診斷是利用檢測儀器對轉動設備的原始振動信號進行采集，對檢測到的數據進行分析，對振動信號進行降噪處理，去除信號中夾雜的噪音雜質，提取關鍵的故障信息。然后參考設備振動故障的判斷標準，并與正常振動數據相互對比，最終形成數據報告，診斷出轉動設備的故障發生原因。

3常見的故障振動診斷方法

轉動設備的振動伴隨著轉動設備的運行而產生。一般只要設備振動量（位移、速度及加速度）符合標準，未超過允許范圍，轉動設備所受傷害可以忽略。

轉動設備振動診斷實際上是通過對采集的振動信號在三維圖上的時域、幅域、頻域進行信號處理與分析，以判斷出故障發生的原因，并找到故障發生的部位。目前，在國際上普遍使用的振動診斷方法主要包括：

3.1波形分析法

波形分析法是在時域與幅域上對振動信號進行分析，通過對信號波譜曲線的形態進行分析，提取表征曲線形態的參量，并以這些參量的相似性作為波譜相似性的測度。將這些參量與設備振動故障的判斷標準進行比照，從而判別出振動信號中隱含的故障原因，并對故障發生部位進行定位。

波形分析法在振動診斷中的使用流程如下：

（1）利用檢測儀器對轉動設備的原始振動信號進行采集。

（2）確定振動信號波形參量在時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）計算振動信號波形的相位滯后與時間滯后。

（5）根據波形的畸變狀況進行反演，計算得到真實的波形。

（6）計算自由振動波形衰減系數與振動系統的阻尼值。

（7）構建波形與實際物理現象二者之間的關聯關系網，構建轉動設備在正常作用狀態的振動波與波形特征的關聯關系網。

（8）通過相關分析，計算振動波形與轉動設備在正常作用狀態的振動波形二者之間的相似度。

3.2頻譜分析法

頻譜分析法是將時域信號變換至頻域，在頻率域內對動態信號加以分析的方法。其通過將復雜的時間歷程波形，經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構以及各諧波和相位信息，其分析的結果是以頻率為坐標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，幫助判別出振動信號中隱含的故障原因，并對故障發生部位進行定位。

頻譜分析法在振動診斷中的使用流程如下：

（1）計算動態振動信號中的各個頻率分布范圍。

（2）計算動態振動信號的各個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）對測試波形進行分析，計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，以解決消振、幅振等問題。

4設備振動故障診斷的關鍵

本文對設備振動故障診斷中涉及的關鍵步驟與重點問題進行了分析，從數據采集、數據分析、數據綜合判斷三個角度分別探討了其中的關鍵注意點。

4.1數據采集

設備振動數據是進行振動故障診斷的基礎與判斷依據，采集的數據量與數據的準確程度決定著故障診斷的準確性，因此振動數據采集是轉動設備振動應急處理中基礎的、必不可少的環節。在振動數據的實際采集時，所用采集設備會限制采集數據的量級與數據的精度。當數據量級和數據精度的增加時，數據的總量也會呈現幾何級的增長。

4.2數據分析

利用采集設備采集到故障振動的數據后，技術人員需要對數據進行整理、分類、綜合，采用頻譜分析等技術手段進行處理，從而實現對數據的深挖掘，為找到故障發生的原因與發生部位提供依據。

4.3故障診斷

數據采集與分析的最終目標是為了實現對振動故障的診斷，故障的診斷需要對采集到的數據進行綜合判斷。將振動故障數據與故障判斷標準進行綜合分析，從而快速準確地判斷出故障的發生部位與發生原因。以較低的成本來解決設備振動故障問題，保證轉動設備的正常運行，提高轉動設備工作的效率。

5振動故障的處理措施

在對故障進行準確的原因判斷與位置定位后，需要采取相應的處理措施來對轉動設備進行科學合理的維修與維護，減少轉動設備在使用過程中對機械產品生產帶來的損失。題時，需要挨個敲擊各風葉片進行檢查。如果發現風葉片有松動，則需要進行焊接加固。在將風扇裝入轉子軸后，還需要做動平衡實驗并配重至要求。此外，還可以通過油樣化驗、鐵普分析等手段來判斷傳動部件與軸承的磨損情況。

6結束語

轉動設備振動是由于轉動設備反復而有規律的動作所產生的。一旦轉動設備出現不正常的振動或者振動的幅度超過了允許范圍，會對轉動設備的工作壽命和工作性能產生影響，嚴重的會導致轉動設備零部件出現故障或者提前失效，因此必須對振動信號進行采集。根據振動信號進行故障診斷，準確判斷出故障發生的原因與故障發生部位，采取應急措施來處理轉動設備不正常振動的問題，以保證轉動設備的安全運行。

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