• 发布日期：2023-07-20
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    最近一直在写关于振动分析的文章，前面写了一点关于振动分析的基本概念辨析。今天来点实用的。说说电机轴轴承振动分析该怎么做。

01

    电机轴系统通常是一个双支撑单轴系统。单独就电机轴系统而言，这几乎是最简单的一类轴系统，也是所有轴系统振动分析的基础。其实际分析操作方法也是其他复杂轴系统振动分析的基础。

    对电机轴系统做振动分析首先要选择合适的传感器。传感器有各种类型，我们对电机轴系统进行振动分析之初，需要知道应该分析的振动信号应该是位移信号、速度信号还是加速度信号。

02

    在前面的文章中，讲述了应该如何选择的原则。但是选择的时候根据故障诊断与分析的目的，有时候也需要增加额外的信号。例如，对于中速电机，我们主要需要分析振动的速度信号。但是，从轴承的特征频率计算（参见相应资料）可以得知轴承的频段可能处于高频。而在轴承失效的初期，其特征振动幅值在整体振动中所占比例很小，因此仅仅从总值上看到的特征并不明显。此时如果纳入加速度信号，则轴承的特征会变得十分明显，有利于对发现早期特征。举这个例子的目的是为了说明振动分析信号选取虽然有一定的原则，但是也可以根据实际分析目的进行调整。

    同样，确定了分析目的之后也需要对传感器采样频率进行确定。从采样定理我们知道，传感器采样频率高于被采样频率的2倍的时候，被采样的频率才可以被提取。具体到电机上，我们可以计算分析基本目的的特征频率，然后采用采样频率高于这个特征频率2倍以上的传感器。当然，如果采样频率可以更高对于采样有好处，但是也会带来一些噪声信号之类的干扰。

03

    布置测点。也就是在电机轴系统合适的位置安置传感器。上一篇文章，我们讲述了对于一般的旋转轴系统振动分析测点位置的布置选择。条件允许的话，我们需要测量径向平面上相互垂直的两个点，同时再测量一个轴向位置。对于电机而言，需要对两端轴承进行相同的采样位置。在条件不允许的情况下，可以保留一个径向，一个轴向。如果还不行，那就采取径向一个点。其中的关联关系可以阅读上一篇文章。

    事实上，选择好传感器，布置安装好之后就可以进行测量和信号采集。当然测量信号要经过相应的软、硬件通过数采设备传输上来。之后使用数据分析方法进行时域绘制，频域展开，瀑布图等等的绘制。这些都是数据采集和数据分析工作内容。如果分析师想自己编写分析程序，那么这其中的处理手法以及相应的知识就需要掌握了。Python，Matlab，R等语言的普及，使得进行这些分析在工具上变得并不困难。但是其中的信号处理技术等是工业工程师需要掌握和学习的。

    当然更多的人是直接利于数据分析的结果进行解读和判别。

04

    对于电机而言，主要的振动时域变化对于位移信号分析位移的峰峰值，对于速度信号分析有效值，对于加速度信号分析峰值。在时间轴上这些信号的变化，是否达到预警限值等是最初级的时域分析。

    数据分析师可以对这些信号的时域特征做更深入的分析，看信号的各种时域特征进行诊断（大约十三个时域特征）。

    现场中更常用的频域分析方法是对采集来的数据进行频域展开，观察故障的特征。

    对于电机轴系统而言，主要有两大部分：与轴系相关的频率部分；与轴承相关的频率部分。（当然连接齿轮，连接风叶等等的本文先不讨论）

    不难发现，与轴系相关的频率也就是在1、2、3、4倍频左右。与轴承相关的就在轴承特征频率附近。这就确定了分析频段的目标。

    至于特征比对，特种资料上林林总总介绍了很多，也无非就是不对中、不平衡、地脚松动，轴承内圈、外圈、滚动体、保持架特征频率等等。再加上一些杂项，诸如：旋转剐蹭等。

    这些特征非常容易查找，也好记。但是现场采集来的信号往往掺杂在一起，需要一定经验进行分离辨认。

    经过分析辨认，可以对设备状态进行评估，对故障进行一定的判别。至此，振动分析大致的主要步骤完成。