王志欣 朱浩軍

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一、概述

對設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的振動(dòng)分析，通常使用多個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析，包括速度、加速度、位移以及一些特殊分析參數(shù)，例如SKF加速度包絡(luò)技術(shù)等。通常根據(jù)不同的頻率范圍來選擇對應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行分析，位移、速度、加速度這3種振動(dòng)參數(shù)的選擇可以參考圖1。

圖1 振動(dòng)參數(shù)Vs頻率范圍

振動(dòng)位移通常用于較低頻率的分析；振動(dòng)加速度用來分析高頻振動(dòng)（例如葉片的通過頻率、齒輪嚙合頻率、軸承缺陷頻率等）；振動(dòng)速度用來分析的頻率范圍通常適用于10～1 000Hz。

振動(dòng)加速度信號(hào)和速度信號(hào)通常用來分析周期性激勵(lì)振動(dòng)（例如不平衡、不對中等）和隨機(jī)振動(dòng)（例如氣蝕、摩擦等。SKF加速度包絡(luò)技術(shù)通常用來分析反復(fù)沖擊振動(dòng)（滾動(dòng)體早期缺陷、齒輪嚙合缺陷等）。以下通過一系列的案例舉例分析了如何通過多參數(shù)分析方法來評估設(shè)備的缺陷。

二、滾動(dòng)軸承的早期缺陷（NU320）

當(dāng)軸承缺陷時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生周期性的沖擊力和激勵(lì)力。在早期缺陷的階段（例如內(nèi)圈有缺陷），當(dāng)滾動(dòng)體滾動(dòng)到缺陷位置（比如該處有磨損和剝落）將會(huì)產(chǎn)生微弱的振動(dòng)。這種振動(dòng)通常被其他信號(hào)調(diào)制了，因此通過信號(hào)處理技術(shù)，例如SKF加速度包絡(luò)解調(diào)技術(shù)和FFT頻譜分析，能夠提取并放大這些微弱的振動(dòng)信號(hào)，從而來分析軸承的缺陷，見圖2。

圖3通過加速度包絡(luò)頻譜的瀑布圖展示了軸承缺陷出現(xiàn)前后，頻譜頻率成分的變化。

同上，在該設(shè)備同一時(shí)刻、同一位置測試的振動(dòng)速度頻譜見圖4。圖4中可以看出，軸承缺陷頻率在速度頻譜圖中并沒有出現(xiàn)峰值，因此速度頻譜不能用于軸承早期缺陷的檢測，因?yàn)樵谶@種早期缺陷的情況下，產(chǎn)生的重復(fù)沖擊力還不能引起大的振動(dòng)。

圖2 軸承外圈缺陷加速度包絡(luò)譜圖

圖3 缺陷出現(xiàn)前后，加速度包絡(luò)頻譜的變化

圖5通過速度頻譜的瀑布圖做了一個(gè)較深入的失效原因分析，從圖1到圖3，可以知道存在軸承缺陷。但是從圖5，可以看到速度頻譜的瀑布圖中，1倍頻明顯增大，因此，可以判斷在這個(gè)案例中，不平衡才是產(chǎn)生軸承缺陷的根本原因。

與以上兩種參數(shù)的分析方法一樣，圖6是加速度頻譜的瀑布圖，圖7是加速度總值的趨勢圖。圖6和圖7中，振動(dòng)測點(diǎn)的位置和時(shí)間與以上的一樣，從圖6中可以看出，加速度頻譜有一些形狀上的變化，此外振動(dòng)總值有所增加。重復(fù)的沖擊力導(dǎo)致了高頻信號(hào)部分的幅值增加，從而引起了振動(dòng)總值的變化。

在這個(gè)案例中，通過多參數(shù)振動(dòng)分析法揭示了如何檢測軸承的早期缺陷，并分析了引起軸承缺陷的根本原因。

三、齒輪嚙合缺陷

圖4 速度頻譜

圖5 速度頻譜瀑布圖

圖6 振動(dòng)加速度頻譜瀑布圖

圖7 振動(dòng)加速度總值趨勢圖

圖8 齒輪嚙合缺陷速度譜圖

圖9 齒輪嚙合缺陷速度瀑布圖

圖10 速度總值趨勢圖

圖11 加速度包絡(luò)譜圖

圖12 加速度包絡(luò)譜瀑布圖

圖13 加速度包絡(luò)譜趨勢圖

通常加速度頻譜和速度頻譜中都能出現(xiàn)齒輪的嚙合頻率（GMF），當(dāng)齒輪產(chǎn)生缺陷時(shí)，頻譜中通常出現(xiàn)齒輪的嚙合頻率及其倍頻，而且在這些頻率周圍通常會(huì)出現(xiàn)大量的邊頻成分。

從圖9和圖10可以分別從速度頻譜瀑布圖以及速度總值趨勢圖看出齒輪缺陷發(fā)展的演變，頻譜中齒輪嚙合頻率和總值逐漸增加。

最終，通過SKF加速度包絡(luò)頻譜確認(rèn)了齒輪的早期缺陷，見圖11。圖11中出現(xiàn)了多個(gè)齒輪的嚙合頻率的倍頻，并且伴有邊頻成分。該齒輪的缺陷是因?yàn)槟p產(chǎn)生了周期性沖擊力，從而引起了振動(dòng)的增加。

這個(gè)案例中，齒輪的嚙合缺陷可以通過速度和加速度頻譜在早期檢測出來，并能在SKF加速度包絡(luò)頻譜中清晰顯示出因?yàn)槿毕菀鸬闹芷谛詻_擊力的頻率成分。

四、結(jié)論

在設(shè)備的故障診斷中，每種振動(dòng)參數(shù)都有其獨(dú)特的重要性，不同設(shè)備部件、不同的缺陷階段（初期、中期、晚期）應(yīng)該選擇最適合其的振動(dòng)參數(shù)來進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，比如：最恰當(dāng)?shù)念l率范圍、最恰當(dāng)?shù)臏y量位置、最恰當(dāng)?shù)腇FT參數(shù)設(shè)置等。 W13.12-30