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2025-09-23
引言
隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的不斷提高，機械產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)生活中。科技的進步推動了各行業(yè)的機械化程度的進步，在機械產(chǎn)品的生產(chǎn)中，機械設(shè)備的質(zhì)量、性能、使用壽命等也日益得到了關(guān)注。
機械振動是指物體或質(zhì)點在其平衡位置附近所做得往返運動，機械設(shè)備振動是由于機械設(shè)備反復(fù)而有規(guī)律的動作所產(chǎn)生的。機械設(shè)備產(chǎn)生振動后，會造成一定的危害，使機械設(shè)備工作性能降低。一般只要機械的振動量（如位移、速度及加速度等）沒有超過允許標(biāo)準(zhǔn)范圍，那么其所受的傷害可以忽略。但是一旦機械設(shè)備出現(xiàn)不正常的振動或者振動幅度超過了允許范圍，機械設(shè)備將會產(chǎn)生較大的動載荷和噪聲。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，對機械設(shè)備的工作壽命與工作性能產(chǎn)生了影響，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致機械設(shè)備零部件出現(xiàn)故障或者提前失效，此時必須對振動信號進行采集。根據(jù)振動信號進行故障診斷，準(zhǔn)確判斷出故障發(fā)生的原因與故障發(fā)生部位，采取應(yīng)急措施處理機械設(shè)備的不正常振動 ，從而確保機械設(shè)備的正常運行，提高機械設(shè)備的工作質(zhì)量與工作性能，延長其使用壽命，實現(xiàn)其經(jīng)濟價值的最大化。
1 機械設(shè)備振動產(chǎn)生的原因
在實際的機械生產(chǎn)過程中，機械設(shè)備發(fā)生振動故障不盡相同。一般來說，常見的機械設(shè)備振動都與旋轉(zhuǎn)相關(guān)。本文對機械設(shè)備產(chǎn)生振動故障的原因進行分析：
1.1 轉(zhuǎn)子的異常振動故障
機械設(shè)備中的轉(zhuǎn)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(chǎn)生誤差等影響，導(dǎo)致其產(chǎn)生了徑向截面上的不平衡以及質(zhì)量的分布不均勻問題，導(dǎo)致了轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸之間的松動分離。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，徑向各截面上存在的不平衡量就會產(chǎn)生離心力，且離心力的方向也會隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而不斷進行周期性的改變，從而引發(fā)了異常振動，使轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心位置不斷發(fā)生變化，產(chǎn)生振動故障，極易對支撐轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的軸承造成極大的磨損變形。
1.2 電機的振動故障
通常來說，發(fā)生電機振動故障的原因主要是電機在組裝時，轉(zhuǎn)子安裝的不對稱，或者轉(zhuǎn)子與定子之間的電壓不均勻、不穩(wěn)定。當(dāng)電機超長時間運行后，轉(zhuǎn)子鐵心與軸配合容易發(fā)生松動。轉(zhuǎn)子在磁拉力的作用下，二者之間容易開裂，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)的摩擦過程中，軸系出現(xiàn)松動，電機產(chǎn)生振動故障。當(dāng)電機運行時振動強度值超出允許范圍，電機會發(fā)生強烈震動，且伴隨著較大的噪聲。此時如果任其發(fā)展，會導(dǎo)致電機的線圈燒毀、電機短路、軸承磨損嚴(yán)重等問題。
1.3 齒輪傳動中的振動故障
齒輪傳動是機械設(shè)備中最常使用的傳動機構(gòu)。在齒輪的傳動過程中，由于齒輪的高速旋轉(zhuǎn)，一旦其波動幅度超過了允許范圍負(fù)載，就會導(dǎo)致齒輪在短時間內(nèi)加速磨損。齒輪的磨損變形會導(dǎo)致齒輪發(fā)生異常振動，誘發(fā)振動故障。嚴(yán)重時會導(dǎo)致齒根的斷裂，影響機械設(shè)備的正常運行。
1.4 滾動軸承的振動故障
滾動軸承是機械設(shè)備中較常使用的傳動零件。滾動軸承在運作時，其內(nèi)外圈的通過頻率必須要保持與標(biāo)準(zhǔn)值一致。一旦內(nèi)外圈的通過頻率與標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)的磨損變形程度。最終誘發(fā)機械設(shè)備故障，影響機械設(shè)備的安全使用。
2 機械振動故障的診斷流程
在長時間、高負(fù)荷運行下，機械設(shè)備極易出現(xiàn)各類故障，機械振動故障的診斷是利用檢測儀器對機械設(shè)備的原始振動信號進行采集，對檢測到的數(shù)據(jù)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(zhì)，提取關(guān)鍵的故障信息。然后參考機械振動故障的判斷標(biāo)準(zhǔn)，并與正常振動數(shù)據(jù)相互對比，最終形成數(shù)據(jù)報告，診斷出機械設(shè)備的故障發(fā)生原因。只有對故障進行清晰明確的判斷，才能提高機械振動故障判斷的準(zhǔn)確性。應(yīng)針對故障原因采取相應(yīng)的處理措施，對機械設(shè)備進行科學(xué)合理的維修與維護，避免發(fā)生故障誤判問題，減少機械設(shè)備在使用過程中對機械產(chǎn)品生產(chǎn)帶來的損失。
在實際的機械設(shè)備使用過程中，設(shè)備的管理人員和操作人員在面對設(shè)備工作狀態(tài)、檢測裝置、實際運轉(zhuǎn)、軸承類型等問題時，通常需要根據(jù)機械設(shè)備的工況，結(jié)合自己的工作經(jīng)驗與專業(yè)技能，參考以往機械設(shè)備的維修標(biāo)準(zhǔn)，制定出適合自身工廠的故障判斷標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)包括機械設(shè)備振動故障的頻率、幅度等物理參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可作為后續(xù)故障診斷的標(biāo)準(zhǔn)參考。
3 常見的故障振動診斷方法
機械設(shè)備的振動伴隨著機械設(shè)備的運行而產(chǎn)生。可以說，只要機械設(shè)備在運行，就會產(chǎn)生機械振動。一般只要機械振動量（位移、速度及加速度）符合標(biāo)準(zhǔn)，未超過允許范圍，機械設(shè)備所受傷害可以忽略。但是一旦機械設(shè)備出現(xiàn)不正常的振動或者振動的幅度超過了允許范圍，機械設(shè)備將會產(chǎn)生較大的動載荷和噪聲。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，會對機械設(shè)備的工作壽命和工作性能產(chǎn)生影響，嚴(yán)重的會導(dǎo)致機械設(shè)備零部件出現(xiàn)故障或者提前失效。因此需要對機械振動信號中蘊藏的故障信息進行深挖掘，及時診斷并準(zhǔn)確判別出故障發(fā)生的原因，降低以振動加劇為征兆的故障事件發(fā)生的概率。
機械設(shè)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(fā)生的原因，并找到故障發(fā)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(tài)進行分析，提取表征曲線形態(tài)的參量，并以這些參量的相似性作為波譜相似性的測度。將這些參量與機械振動故障的判斷標(biāo)準(zhǔn)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(fā)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）利用檢測儀器對機械設(shè)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(jù)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(shù)與振動系統(tǒng)的阻尼值。（7）構(gòu)建波形與實際物理現(xiàn)象二者之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系網(wǎng)，構(gòu)建機械設(shè)備在正常作用狀態(tài)的振動波與波形特征的關(guān)聯(lián)關(guān)系網(wǎng)。（8）通過相關(guān)分析，計算振動波形與機械設(shè)備在正常作用狀態(tài)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(nèi)對動態(tài)信號加以分析的方法。其通過將復(fù)雜的時間歷程波形，經(jīng)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(jié)構(gòu)以及各諧波和相位信息，其分析的結(jié)果是以頻率為坐標(biāo)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(fā)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(tài)振動信號中的各個頻率分布范圍。（2）計算動態(tài)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(shù)，以解決消振、幅振等問題。
4 機械振動故障診斷的關(guān)鍵
本文對機械振動故障診斷中涉及的關(guān)鍵步驟與重點問題進行了分析，從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)綜合判斷三個角度分別探討了其中的關(guān)鍵注意點。
4.1 數(shù)據(jù)采集
機械振動數(shù)據(jù)是進行振動故障診斷的基礎(chǔ)與判斷依據(jù)，采集的數(shù)據(jù)量與數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度決定著故障診斷的準(zhǔn)確性，因此振動數(shù)據(jù)采集是機械設(shè)備振動應(yīng)急處理中基礎(chǔ)的、必不可少的環(huán)節(jié)。在振動數(shù)據(jù)的實際采集時，所用采集設(shè)備會限制采集數(shù)據(jù)的量級與數(shù)據(jù)的精度。當(dāng)數(shù)據(jù)量級和數(shù)據(jù)精度的增加時，數(shù)據(jù)的總量也會呈現(xiàn)幾何級的增長。這不僅需要消耗極大的存儲空間，也大大增加了故障診斷系統(tǒng)的工作負(fù)荷。為了提高所采集振動數(shù)據(jù)的有效性，通常只將采集設(shè)備放置在故障經(jīng)常發(fā)生的關(guān)鍵部位，然后利用工業(yè)控制計算機監(jiān)測系統(tǒng)來自動采集振動故障診斷時所需的數(shù)據(jù)。
4.2 數(shù)據(jù)分析
利用采集設(shè)備采集到故障振動的數(shù)據(jù)后，技術(shù)人員需要對數(shù)據(jù)進行整理、分類、綜合，采用頻譜分析等技術(shù)手段進行處理，從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的深挖掘，為找到故障發(fā)生的原因與發(fā)生部位提供依據(jù)。
4.3 故障診斷
數(shù)據(jù)采集與分析的最終目標(biāo)是為了實現(xiàn)對振動故障的診斷，故障的診斷需要對采集到的數(shù)據(jù)進行綜合判斷。將振動故障數(shù)據(jù)與故障判斷標(biāo)準(zhǔn)進行綜合分析，從而快速準(zhǔn)確地判斷出故障的發(fā)生部位與發(fā)生原因。以較低的成本來解決機械振動故障問題，保證機械設(shè)備的正常運行，提高機械設(shè)備工作的效率。
5 振動故障的處理措施
在對故障進行準(zhǔn)確的原因判斷與位置定位后，需要采取相應(yīng)的處理措施來對機械設(shè)備進行科學(xué)合理的維修與維護，減少機械設(shè)備在使用過程中對機械產(chǎn)品生產(chǎn)帶來的損失。本文以旋轉(zhuǎn)設(shè)備的振動故障為例，探討了其故障判別與應(yīng)急處理措施。旋轉(zhuǎn)設(shè)備的振動量主要采用振動儀進行采集獲取，將采集得到的振動量與故障判斷標(biāo)準(zhǔn)進行對比分析。如果發(fā)現(xiàn)振動量超過允許的標(biāo)準(zhǔn)范圍，通?？梢愿鶕?jù)振動發(fā)生部位與振動方向來推測振動的來源。例如，縱向振動量的增大，可以推測是由于聯(lián)軸器中心有誤差或者轉(zhuǎn)子的安裝存在誤差超標(biāo)問題，水平振動量的增大可能是由于轉(zhuǎn)子失去平衡。遇到此問題時，需要挨個敲擊各風(fēng)葉片進行檢查。如果發(fā)現(xiàn)風(fēng)葉片有松動，則需要進行焊接加固。在將風(fēng)扇裝入轉(zhuǎn)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。與此同時，需加強設(shè)備的裂化傾向管理，定期檢修維護，以確保機械設(shè)備的安全使用。
6 結(jié)束語
機械設(shè)備振動是由于機械設(shè)備反復(fù)而有規(guī)律的動作所產(chǎn)生的。一旦機械設(shè)備出現(xiàn)不正常的振動或者振動的幅度超過了允許范圍，會 對機械設(shè)備的工作壽命和工作性能產(chǎn)生影響，嚴(yán)重的會導(dǎo)致機械設(shè)備零部件出現(xiàn)故障或者提前失效，因此必須對振動信號進行采集。根據(jù)振動信號進行故障診斷，準(zhǔn)確判斷出故障發(fā)生的原因與故障發(fā)生部位，采取應(yīng)急措施來處理機械設(shè)備不正常振動的問題，以保證機械設(shè)備的安全運行。本文分析了機械設(shè)備產(chǎn)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(guān)鍵問題進行了詳細(xì)的闡述。最后提出了一些故障處理方法，為機械行業(yè)利用振動信號診斷故障、處理故障提供了參考。
來源：設(shè)備管理網(wǎng)
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