设备故障的振动识别方法与实例

实例 合成气压缩机轴裂纹 ??????????????（42） 3.5滚动轴承 ????????????????????（43） 实例l 压缩机轴承损伤 ???????????????（45） 实例2 煤气排送机故障 ???????????????（47） 实例3 挖土机滚动轴承损坏 ?????????????（48） 3.6滑动轴承 ???????????????????（50） 实例l 离心压缩机油膜振荡 ?????????????（52） 实例2 二氧化碳压缩机停车事故 ???????????（54） 3.7齿轮箱 ?????????????????????（56） 实例l JCF.500齿轮箱的边频分析 ???????????（58） 实例2 大型水泥磨齿轮箱故障 ????????????（60） 实例3 立式车床变速箱故障 ?????????????（61） 3.8传动皮带 ???????????????????（62） 3.9叶轮、叶片和旋翼 ????????????????（63） 实例 叶片断裂故障 ????????????????（64） 3.10电机 ????????????????????（65） 实例 冷凝液泵驱动电机故障 ???????????? （68） 3.11共振 ????????????????????（70） 实例 变速风机的共振故障 ?????????????（70）

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1 振动信号的波形和频谱

不同的振动信号具有不同的波形和频谱。诊断设备故障时，为了根据已知的频谱和波形确定未知的振动类型和特点，需要掌握常见的几种波形、频谱与振动之间的对应关系。

1.1 孤立的谱峰——单一频率信号

频谱中只有一个孤立的峰（图1-1），表明这是正弦振动。它具有单一的频率分量，即峰值所在处的频率分量，是最简单的周期性振动。

频谱中除了一个主峰外，若还有其他孤立的峰，表明这已不是正弦振动，而是由几个频率分量合成的振动，每个峰代表一个频率分量。若其他峰比主峰幅度小很多，则可近似的看作是正弦振动。这种以单一频率为主的振动是处于不平衡状态下一台简单机器的振动，它的频谱在轴转速处（l×RPM①）出现一个主峰。

有时振动信号中包含直流分量,可以通过交流耦合输入方式（AC方式）将直流成分滤掉。直流成分在频谱分析中并不重要，一般不予考虑。

1.2 谐波——一般周期信号

机器产生的振动基本上都是周期性振动，即波形为无限重复的形式。一般周期性振动信号的频谱由一系列彼此有关的峰

（a） （b）

图1-1 正弦振动的波形和频谱

a—波形；b—频谱

组成，每个峰代表一个频率分量。代表信号中最长的波形重复率的称为基频或基波，其他各峰位于基频的整数倍处，依次称为二次谐波、三次谐波等等。上节讨论过的单一频率的振动是最简单的周期性振动，其二次以上的谐波为零。

周期信号的一个例子是方波（图1-2）。方波的基频是波形中基本方形的重复频率，理想方波的频谱只包含奇次谐波（一、三、五等次谐波）。如果方波不完全理想，也可能包含一些较小的偶次谐波。奇次谐波的幅值与谐波次数成反比，即三次谐波幅值是一次谐波幅值的1/3，五次谐波幅值是一次谐波幅值的1/5等等。

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① RPM代表转速

1.3 边频——调制的单频信号

1.3.1 调幅

一个单一频率的振动，其幅值随时间周期性地变化，称为调幅。其单一频率的振动信号为载波信号。而幅值随时间变化的信号为调制信号。所以，调幅就是由调制信号对载波信号进行幅值调制。

（a）

（b）

图1-2 方波的波形和频谱

a—波形；b—频谱

最简单的情况是，调制信号是直流信号加上一个单一频率的信号，其频率与载波信号频率不同。这种调幅信号的频谱在载波峰两侧各有一个幅值相同的峰，此即边频（图1-3）。设载波频率为fc，调制频率为fs，则边频的频率为fc±fs。其中，fc＋fs为上边频，fc－fs为下边频，它们与载波峰的频率间隔都是fs。

如果调制信号是一般的周期信号，它包含多个谐波分量，则每个谐波分量对载波信号调制的结果都在载波峰两侧产生一对边频，最终组成边频族。最靠近载波峰的一对边频由调制信号的基频产生，再往外一对由调制信号的二次谐波产生，如此等等。相邻边频的间距等于

调制信号频率，各边频幅值比例

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（a）

（b）

图1-3 调幅信号的波形和频谱

a—波形；b—频谱

与调制信号各次谐波幅值比例相同。

在调制信号中不含直流分量的特殊情况下，载波峰幅值可能为零，也就是说，只剩上边频和下边频。

1.3.2 调频

一个单一频率信号的幅值保持不变，但是频率随时间周期性的变化，称为调频（频率调制）。最简单的情况是调制信号单一频率的正弦信号（图1-4），但即使这种最简单的情况，频谱也十分复杂。载波峰两边等间隔地分布着边频族，相邻边频的间距等于调制频率。

（a）

（b）

图1-4 调频信号波形和频谱

a—调频信号的波形；b—调频信号的频谱

只有频率调制而不存在幅值调制时，载波峰两侧左右对称。但实际上两种调制往往同时存在，使载波峰两侧一般不对称、不规则，而且载波峰和某些边频的幅值有可能很小，甚至为零，这使得在某些情况下难于确认究竟哪个是载波峰。若调制信号不是单一频率，而是一般周期信号，则频谱更加复杂。但是，相邻边频的间距仍然等于调制信号的基本频率。

例如，齿轮齿距的改变、载荷波动、局部缺陷以及连成片的缺陷都会对啮合频率产生调

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