浅析转动设备振动故障的原因

郝二军

摘要：本文分析了转动设备产生振动故障的常见原因，并对振动故障诊断的流程、方法与关键问题进行了详细的阐述。最后提出了一些故障处理方法，为机械行业利用振动信号诊断故障、处理故障提供了参考。

关键词：转动设备；振动；频谱；波形；故障；

引言

設备振动是指物体或质点在其平衡位置附近所做得往返运动，转动设备振动是由于转动设备反复而有规律的动作所产生的。转动设备产生振动后，会造成一定的危害，使转动设备工作性能降低。某些零部件由于受到附加载荷，磨损、疲劳、破裂等问题会加剧，对转动设备的工作寿命与工作性能产生了影响，严重的还会导致转动设备零部件出现故障或者提前失效，此时必须对振动信号进行采集。根据振动信号进行故障诊断，准确判断出故障发生的原因与故障发生部位，采取应急措施处理转动设备的不正常振动 ，从而确保转动设备的正常运行，提高转动设备的工作质量与工作性能，延长其使用寿命，实现其经济价值的最大化。

1转动设备振动产生的原因

在实际生产过程中，转动设备发生振动故障不尽相同。一般来说，常见的转动设备振动都与旋转相关。转动设备产生振动故障的原因进行分析：

1.1转子的异常振动故障

转动设备中的转子由于受形状不对称、所用材料密度不均匀、加工或安装时产生误差等影响，导致其产生了径向截面上的不平衡以及质量的分布不均匀问题，导致了转子和转轴之间的松动分离。当转子转动时，径向各截面上存在的不平衡量就会产生离心力，且离心力的方向也会随着转子的旋转而不断进行周期性的改变，从而引发了异常振动，使转子的旋转中心位置不断发生变化，产生振动故障，极易对支撑转子转动的轴承造成极大的磨损变形。

1.2齿轮传动中的振动故障

齿轮传动是转动设备中最常使用的传动机构。在齿轮的传动过程中，由于齿轮的高速旋转，一旦其波动幅度超过了允许范围负载，就会导致齿轮在短时间内加速磨损。齿轮的磨损变形会导致齿轮发生异常振动，诱发振动故障。严重时会导致齿根的断裂，影响转动设备的正常运行。

1.3滚动轴承的振动故障

滚动轴承是转动设备中较常使用的传动零件。滚动轴承在运作时，其内外圈的通过频率必须要保持与标准值一致。一旦内外圈的通过频率与标准值有差异，就会带来滚动轴承的异常振动，加剧滚动轴承在短时间内的磨损变形程度。最终诱发转动设备故障，影响转动设备的安全使用。

2设备振动故障的诊断流程

在长时间、高负荷运行下，转动设备极易出现各类故障，设备振动故障的诊断是利用检测仪器对转动设备的原始振动信号进行采集，对检测到的数据进行分析，对振动信号进行降噪处理，去除信号中夹杂的噪音杂质，提取关键的故障信息。然后参考设备振动故障的判断标准，并与正常振动数据相互对比，最终形成数据报告，诊断出转动设备的故障发生原因。

3常见的故障振动诊断方法

转动设备的振动伴随着转动设备的运行而产生。一般只要设备振动量（位移、速度及加速度）符合标准，未超过允许范围，转动设备所受伤害可以忽略。

转动设备振动诊断实际上是通过对采集的振动信号在三维图上的时域、幅域、频域进行信号处理与分析，以判断出故障发生的原因，并找到故障发生的部位。目前，在国际上普遍使用的振动诊断方法主要包括：

3.1波形分析法

波形分析法是在时域与幅域上对振动信号进行分析，通过对信号波谱曲线的形态进行分析，提取表征曲线形态的参量，并以这些参量的相似性作为波谱相似性的测度。将这些参量与设备振动故障的判断标准进行比照，从而判别出振动信号中隐含的故障原因，并对故障发生部位进行定位。

波形分析法在振动诊断中的使用流程如下：

（1）利用检测仪器对转动设备的原始振动信号进行采集。

（2）确定振动信号波形参量在时间域与幅值域上的分布，找到最大幅值。

（3）分析并确定各谐波分量的频率值。

（4）计算振动信号波形的相位滞后与时间滞后。

（5）根据波形的畸变状况进行反演，计算得到真实的波形。

（6）计算自由振动波形衰减系数与振动系统的阻尼值。

（7）构建波形与实际物理现象二者之间的关联关系网，构建转动设备在正常作用状态的振动波与波形特征的关联关系网。

（8）通过相关分析，计算振动波形与转动设备在正常作用状态的振动波形二者之间的相似度。

3.2频谱分析法

频谱分析法是将时域信号变换至频域，在频率域内对动态信号加以分析的方法。其通过将复杂的时间历程波形，经过傅里叶变换分解为若干单一的谐波分量，以获得信号的频率结构以及各谐波和相位信息，其分析的结果是以频率为坐标的各物理量的谱线与曲线。目的是为解决消振、幅振等问题提供条件，帮助判别出振动信号中隐含的故障原因，并对故障发生部位进行定位。

频谱分析法在振动诊断中的使用流程如下：

（1）计算动态振动信号中的各个频率分布范围。

（2）计算动态振动信号的各个频率在幅域上的分布情况与能力分布情况，获得主要幅度与能量分布的频率值。

（3）对测试波形进行分析，计算其频率成分与幅值，以校正测试波形。

（4）频谱分析得到频率值、幅值、相位角以及各种谱密度，作为参数，以解决消振、幅振等问题。

4设备振动故障诊断的关键

本文对设备振动故障诊断中涉及的关键步骤与重点问题进行了分析，从数据采集、数据分析、数据综合判断三个角度分别探讨了其中的关键注意点。

4.1数据采集

设备振动数据是进行振动故障诊断的基础与判断依据，采集的数据量与数据的准确程度决定着故障诊断的准确性，因此振动数据采集是转动设备振动应急处理中基础的、必不可少的环节。在振动数据的实际采集时，所用采集设备会限制采集数据的量级与数据的精度。当数据量级和数据精度的增加时，数据的总量也会呈现几何级的增长。

4.2数据分析

利用采集设备采集到故障振动的数据后，技术人员需要对数据进行整理、分类、综合，采用频谱分析等技术手段进行处理，从而实现对数据的深挖掘，为找到故障发生的原因与发生部位提供依据。

4.3故障诊断

数据采集与分析的最终目标是为了实现对振动故障的诊断，故障的诊断需要对采集到的数据进行综合判断。将振动故障数据与故障判断标准进行综合分析，从而快速准确地判断出故障的发生部位与发生原因。以较低的成本来解决设备振动故障问题，保证转动设备的正常运行，提高转动设备工作的效率。

5振动故障的处理措施

在对故障进行准确的原因判断与位置定位后，需要采取相应的处理措施来对转动设备进行科学合理的维修与维护，减少转动设备在使用过程中对机械产品生产带来的损失。题时，需要挨个敲击各风叶片进行检查。如果发现风叶片有松动，则需要进行焊接加固。在将风扇装入转子轴后，还需要做动平衡实验并配重至要求。此外，还可以通过油样化验、铁普分析等手段来判断传动部件与轴承的磨损情况。

6结束语

转动设备振动是由于转动设备反复而有规律的动作所产生的。一旦转动设备出现不正常的振动或者振动的幅度超过了允许范围，会对转动设备的工作寿命和工作性能产生影响，严重的会导致转动设备零部件出现故障或者提前失效，因此必须对振动信号进行采集。根据振动信号进行故障诊断，准确判断出故障发生的原因与故障发生部位，采取应急措施来处理转动设备不正常振动的问题，以保证转动设备的安全运行。

参考文献

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