揭秘振动监测（第四部分）：诊断不平衡、错位、松动和轴承磨损

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第一部分：振动监测为何重要——以及其工作原理
第 2 部分：旋转机械的振动分析原理
第 3 部分：识别和解释整体振动和故障模式
第 4 部分：诊断不平衡、错位、松动和轴承磨损

四种最常见的机器故障

每个机器部件都会产生独特的振动信号。频谱中显示的信号通常形成特征模式。模式识别是振动分析的关键部分，但识别和解读这些模式需要大量的培训和经验。

不要浪费时间分析数百种罕见的机器故障，90％ 的时间旋转机器都会出现四种常见故障 - 未对准、不平衡、松动和轴承磨损。

四种最常见故障汇总表

以下是用于识别四种最常见的机器故障的模式的简化概述。 

失调

不平衡是指轴上的较重点在所有径向上产生力，从而引起过度振动并增加轴承、密封件等的磨损。见下图 2。

错位

错位是指机器在正常运行条件下，两根轴的旋转轴线不共线。这会产生力，导致过度振动，并加剧轴承、密封件等部件的磨损。详情请参见下图 3。

松弛

松动是指轴、地基或部件松动，从而产生导致过度振动的力并增加轴承、密封件等的磨损，如图 4 所示。

轴承故障

轴承会因过载、其他机器故障、润滑不良或安装不良等原因而磨损。如果不加以纠正，轴承最终会失效，如图 5 所示：

为什么轴承频率不同步（非整数峰值）

滚珠、保持架和滚道的几何形状会在不同转速下显现，而非轴转速的倍数。这意味着非同步峰值通常来自滚柱轴承。许多振动程序需要四个轴承频率来诊断轴承故障：内圈、外圈、保持架和滚珠旋转（见图6）。Flukes 810 是一个例外，它使用自动模式识别技术。

图 7（下图）是轴承故障的一个例子。

注意，轴的振动峰值位于1倍速处。如果机器有四个泵叶轮叶片，则在4倍速处会出现一个较小的峰值。

但是，3.56倍处的峰值是什么呢？一台机器不可能有3.56个风扇叶片或3.56个泵叶片。这可能是滚柱轴承造成的。

了解四种常见故障的严重性

根据 30 多年来众多振动专家对数十万台机器的分析历史记录，可以追踪这四种常见故障的严重程度。

这些知识和经验已被纳入基于规则的算法和基线数据库，这些算法和数据库已被证明对标准旋转机器（电机、泵、风扇、压缩机、鼓风机和单轴主轴）有效。

我们针对每种机器类别和每种故障，分析了机器故障的进展情况，并发现了一些模式，使振动测试仪内置的诊断程序能够准确诊断每种故障的严重程度。以下是一位经验丰富的分析师手动分析数据的方法——不过，请记住，像福禄克 810 这样的测试仪可以自动为您完成所有这些工作。

不平衡的进展：观察其恶化的严重程度 

轴上的重点会在所有径向产生力，从而导致过度振动并增加轴承、密封件等的磨损。不平衡的迹象非常直接：径向和切向的振动高于正常的 1X（轴）。

由于1X在低频范围内最容易被观察到，因此可以通过比较低频范围内的1X峰值来查找不平衡问题。如果1X峰值在径向和/或切向方向上随时间增长，但在轴向上没有增长，则故障为不平衡。

严重程度由基线上方 1X 峰值的幅度决定。

观察每个不平衡阶段的故障严重程度进展，并注意下图 8 中建议的修复措施。

错位的进展：观察其严重程度是否恶化 

机器正常运行时，两个轴的旋转轴线不共线。这会导致过度振动，并增加轴承、密封件等的磨损。

不对中的表现相当明显，包括轴向振动高于正常值1倍（轴）和径向/切向振动高于正常值2倍。

由于两根轴之间存在错位，因此在电机和泵的位置都会看到峰值增加。

由于1X和2X峰值在低频范围内最容易看到，因此可以通过比较低频范围内的1X和2X峰值来查找错位。如果峰值随时间增长，则故障为错位。

严重程度由基线以上的振幅大小决定。

观察错位每个阶段的故障严重程度进展，并注意图 9 中建议的修复措施。

松动的进展：观察其严重程度 

轴、基础或部件松动，产生导致过度振动的力并增加轴承、密封件等的磨损。

松动的迹象相当直观。包括任何方向上高于正常的1X谐波。由于这些谐波在低频最明显，因此可以通过比较低频中的1X谐波来查找松动。

如果1X谐波在任意方向或所有方向上随时间增大，则故障为松动。故障严重程度取决于1X谐波相对于基线的振幅大小。

观察松动每个阶段的故障严重程度进展，并注意下图 10 中建议的修复措施。

轴承磨损的进展：观察磨损程度是否恶化 

轴承的迹象可能时有时无。这个月还存在，下个月就消失了。我们都知道，轴承不会自动好转。

诊断轴承故障时，请记住这一点。查找任意方向上的非整数峰值。观察轴承磨损每个阶段的故障严重程度进展，并记录建议的维修措施（参见图11）。注意：电机数据正常。 

轴承磨损通常是由作用于轴承的其他因素造成的。如果您的轴承过早失效，您可能需要检查机器中的其他低级故障，例如不平衡、错位或松动。例如，中等程度的错位可能会随着时间的推移而加剧，也可能不会，但错位的影响会随着时间的推移增加轴承和密封件的压力。

确保您使用的测试仪能够显示机器中发现的所有故障，以便您能够发现故障根源的潜在可能性。即使错位程度不严重，也应尽快诊断并纠正，以避免对轴承和密封件造成附带损害。 

结论：从振动信号到更智能的维护

在本系列文章中，我们详细分析了振动的工作原理、它揭示的信息以及它与旋转设备最常见故障的直接关系。但真正的要点是：

振动监测可以让维护团队在正确的时间收到正确的信号。 

它足够早地进行规划和行动，但又足够专注，可以避免干扰和误报。它涵盖从简单的筛选工具到高级诊断系统的各种工具，无论技术人员是在识别问题还是确认根本原因，它都能为他们提供帮助。

由于团队需要使用更少的资源来维护更多的设备，振动不再只是一种测量指标，而是一种策略。

借助正确的工具并清晰地了解振动所传达的信息，您可以从被动维修转向基于条件的规划，从而使您的资产运行更长时间，减少意外。

作者简介： John Bernet 是福禄克公司的机械应用和产品专家。凭借 30 多年核电站及商用电厂机械维护和运行经验，John 曾与各行各业的客户合作实施可靠性项目。他是一名认证二级振动分析师和认证维护可靠性专家 (CMRP)，拥有 20 多年的机器故障诊断经验。