齿轮、轴承及旋转机械故障特征频率

齿轮故障特征频谱

功率倒频谱常用于齿轮系统的振动和噪声分析，它能分离转轴二次以上谐波调制而引起的大量“边频”，容易找出主要调制频率成分，从而对故障做出准确的诊断。

齿轮常见故障的特征频谱如图1所示，其中，GMF表示齿轮啮合频率，Fr 表示低速齿轮转频，Fn表示高速齿轮转频。

（a）正常

（b）磨损

（c）不对中

（d）裂纹

（e）偏心

（f）断齿

图1 齿轮常见故障特征频谱图

滚动轴承故障特征

1. 故障频率经验公式

• 内圈故障频率：

• 外圈故障频率：

• 保持架故障频率：

• 滚动体故障频率：

• 外圈与保持架的关系：

• 外圈与内圈的关系：

其中，fr 为转频，z 为滚动体个数。

2. 滚动轴承滚动体故障

• 滚动体损伤时，缺陷部位通过内圈或外圈滚道表面时，会产生冲击振动。

• 滚动轴承无径向间隙时，会产生频率为n×z×fb 的冲击振动。

• 滚动轴承有径向间隙时，根据损伤部位与内圈或外圈发生冲击接触的位置不同，会发生以保持架旋转频率fc 进行的振幅调制的情况。

图2 滚动轴承滚动体故障

3. 滚动轴承内圈故障

• 内滚道产生损伤时，如剥落、裂纹、点蚀等，若滚动轴承无径向间隙，会产生频率为n×z×fi 的冲击振动。

• 通常滚动轴承都有径向间隙，且为单边载荷，根据损伤部分与滚动体发生冲击接触的位置不同，振动的振幅会发生周期性的变化，及发生振幅调制的情况。

图3 滚动轴承内圈故障

4. 滚动轴承外圈故障

• 滚动轴承外圈滚道产生损伤时，在滚动体通过时也会产生冲击振动。

• 由于损伤的位置与载荷方向的相对位置关系是一定的，所以不存在振幅调制的情况。

图4 滚动轴承外圈故障

旋转机械故障特征

1. 转子不平衡

转子不平衡形式分为：静不平衡，偶不平衡，动不平衡（静不平衡+偶不平衡）。

图5 静不平衡

图6 偶不平衡

转子转动一周，离心力方向改变一次。因此，转子不平衡振动的频率与转频一致。

2. 转子不平衡故障现象

• 时域为类似正弦波的振动波形；

• 振动能量主要集中在工作转频的1倍频；

• 轴心轨迹为椭圆，并为正进动方向；

• 主要表现为径向振动；

• 同一平面X、Y方向振动相位相差90°；

• 振动幅值随转速升高而迅速增大；

• 振动幅值不随负荷的增大而增大。

3. 转子不对中

美国MONSANTO石化公司统计，旋转机械故障的50%~60%是由转子不对中引起的。

转子故障特征频率