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引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展與科學技術(shù)的不斷提高，機械產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應用于人們的生產(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，機械設備振動是由于機械設備反復而有規(guī)律的動作所產(chǎn)生的。機械設備產(chǎn)生振動后，會造成一定的危害，使機械設備工作性能降低。一般只要機械的振動量（如位移、速度及加速度等）沒有超過允許標準范圍，那么其所受的傷害可以忽略。但是一旦機械設備出現(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，對機械設備的工作壽命與工作性能產(chǎn)生了影響，嚴重的還會導致機械設備零部件出現(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，準確判斷出故障發(fā)生的原因與故障發(fā)生部位，采取應急措施處理機械設備的不正常振動 ，從而確保機械設備的正常運行，提高機械設備的工作質(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　機械設備振動產(chǎn)生的原因

在實際的機械生產(chǎn)過程中，機械設備發(fā)生振動故障不盡相同。一般來說，常見的機械設備振動都與旋轉(zhuǎn)相關(guān)。本文對機械設備產(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，導致了轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸之間的松動分離。當轉(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，會導致電機的線圈燒毀、電機短路、軸承磨損嚴重等問題。

1.3 齒輪傳動中的振動故障

齒輪傳動是機械設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載，就會導致齒輪在短時間內(nèi)加速磨損。齒輪的磨損變形會導致齒輪發(fā)生異常振動，誘發(fā)振動故障。嚴重時會導致齒根的斷裂，影響機械設備的正常運行。

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準值一致。一旦內(nèi)外圈的通過頻率與標準值有差異，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)機械設備故障，影響機械設備的安全使用。

2　機械振動故障的診斷流程

在長時間、高負荷運行下，機械設備極易出現(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準，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確性。應針對故障原因采取相應的處理措施，對機械設備進行科學合理的維修與維護，避免發(fā)生故障誤判問題，減少機械設備在使用過程中對機械產(chǎn)品生產(chǎn)帶來的損失。

在實際的機械設備使用過程中，設備的管理人員和操作人員在面對設備工作狀態(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，參考以往機械設備的維修標準，制定出適合自身工廠的故障判斷標準。該標準包括機械設備振動故障的頻率、幅度等物理參數(shù)標準，可作為后續(xù)故障診斷的標準參考。

3　常見的故障振動診斷方法

機械設備的振動伴隨著機械設備的運行而產(chǎn)生。可以說，只要機械設備在運行，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）符合標準，未超過允許范圍，機械設備所受傷害可以忽略。但是一旦機械設備出現(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，會對機械設備的工作壽命和工作性能產(chǎn)生影響，嚴重的會導致機械設備零部件出現(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準進行比照，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)的準確程度決定著故障診斷的準確性，因此振動數(shù)據(jù)采集是機械設備振動應急處理中基礎(chǔ)的、必不可少的環(huán)節(jié)。在振動數(shù)據(jù)的實際采集時，所用采集設備會限制采集數(shù)據(jù)的量級與數(shù)據(jù)的精度。當數(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)與故障判斷標準進行綜合分析，從而快速準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，保證機械設備的正常運行，提高機械設備工作的效率。

5　振動故障的處理措施

在對故障進行準確的原因判斷與位置定位后，需要采取相應的處理措施來對機械設備進行科學合理的維修與維護，減少機械設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)設備的振動故障為例，探討了其故障判別與應急處理措施。旋轉(zhuǎn)設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準進行對比分析。如果發(fā)現(xiàn)振動量超過允許的標準范圍，通常可以根據(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，需要挨個敲擊各風葉片進行檢查。如果發(fā)現(xiàn)風葉片有松動，則需要進行焊接加固。在將風扇裝入轉(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，需加強設備的裂化傾向管理，定期檢修維護，以確保機械設備的安全使用。

6　結(jié)束語

機械設備振動是由于機械設備反復而有規(guī)律的動作所產(chǎn)生的。一旦機械設備出現(xiàn)不正常的振動或者振動的幅度超過了允許范圍，會 對機械設備的工作壽命和工作性能產(chǎn)生影響，嚴重的會導致機械設備零部件出現(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，準確判斷出故障發(fā)生的原因與故障發(fā)生部位，采取應急措施來處理機械設備不正常振動的問題，以保證機械設備的安全運行。本文分析了機械設備產(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：設備管理網(wǎng)

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