旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷專項(xiàng)訓(xùn)練題引言旋轉(zhuǎn)機(jī)械作為工業(yè)生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，其安全穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到生產(chǎn)效率與經(jīng)濟(jì)效益。故障診斷技術(shù)是保障此類設(shè)備可靠運(yùn)行的核心手段之一，它要求從業(yè)人員不僅具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，更需要豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和敏銳的分析能力。為幫助相關(guān)技術(shù)人員鞏固專業(yè)知識(shí)、提升故障甄別與分析技能，特編寫本專項(xiàng)訓(xùn)練題。本訓(xùn)練題旨在模擬實(shí)際工程場(chǎng)景，涵蓋常見故障類型與典型診斷方法，期望通過(guò)練習(xí)，深化對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障機(jī)理與診斷邏輯的理解。專項(xiàng)訓(xùn)練題一、選擇題(單選或多選)1.在旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)診斷中，下列哪種故障最可能導(dǎo)致振動(dòng)信號(hào)中出現(xiàn)明顯的1倍頻（工頻）分量幅值增大，且相位穩(wěn)定？A.轉(zhuǎn)子不平衡B.轉(zhuǎn)子不對(duì)中C.滾動(dòng)軸承外圈故障D.齒輪齒面磨損2.當(dāng)一臺(tái)離心泵在運(yùn)行中，其振動(dòng)頻譜在2倍轉(zhuǎn)頻處出現(xiàn)較高幅值，并伴隨有明顯的軸向振動(dòng)，最可能的故障原因是：A.葉輪不平衡B.泵與電機(jī)對(duì)中不良（平行不對(duì)中為主）C.泵與電機(jī)對(duì)中不良（角度不對(duì)中為主）D.基礎(chǔ)松動(dòng)3.關(guān)于滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)特征，以下描述正確的有：A.內(nèi)圈故障的特征頻率與轉(zhuǎn)速成正比B.外圈故障的特征頻率受轉(zhuǎn)速影響較小C.滾動(dòng)體故障會(huì)產(chǎn)生特定的通過(guò)頻率，且常伴有邊頻帶D.軸承故障發(fā)展到一定程度時(shí)，振動(dòng)信號(hào)的峭度值會(huì)顯著增大4.在齒輪箱故障診斷中，常關(guān)注的頻率成分包括：A.齒輪嚙合頻率B.齒輪旋轉(zhuǎn)頻率（軸頻）C.嚙合頻率的諧波及邊頻帶D.軸承的特征頻率二、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)采集時(shí)，傳感器的安裝位置和安裝方式對(duì)測(cè)量結(jié)果有何重要影響？在實(shí)際操作中應(yīng)如何選擇和保證？2.什么是“共振”？在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中，如何識(shí)別和避免共振對(duì)診斷結(jié)果的干擾？3.簡(jiǎn)述油液分析技術(shù)在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中的主要應(yīng)用，以及它與振動(dòng)診斷技術(shù)相比，有哪些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和局限性？三、案例分析題背景：某化工廠一臺(tái)離心式空氣壓縮機(jī)，型號(hào)為2MCL457，額定轉(zhuǎn)速約為某千轉(zhuǎn)每分鐘。近期操作人員反映機(jī)組振動(dòng)較以往有明顯增大，且在機(jī)組外殼處可聽到異常聲響。維護(hù)人員對(duì)其進(jìn)行了振動(dòng)數(shù)據(jù)采集，主要測(cè)量位置為電機(jī)軸承座、增速箱輸入軸和輸出軸軸承座、壓縮機(jī)各級(jí)葉輪軸承座，測(cè)量方向包括水平、垂直和軸向。部分測(cè)量數(shù)據(jù)特征如下：1.增速箱輸出軸軸承座水平方向振動(dòng)速度有效值較歷史數(shù)據(jù)上升約60%。2.對(duì)該點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，發(fā)現(xiàn)其在齒輪嚙合頻率（已知該增速箱為二級(jí)增速，高速級(jí)齒輪齒數(shù)Z1=25，Z2=100）處有較高幅值，并伴有明顯的、間隔均勻的邊頻帶，邊頻帶間隔近似為增速箱輸入軸的旋轉(zhuǎn)頻率。3.其他測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值雖有小幅波動(dòng)，但頻譜特征不明顯。問(wèn)題：1.根據(jù)上述信息，試分析該離心式空氣壓縮機(jī)最可能存在的故障部位及故障類型，并說(shuō)明判斷依據(jù)。2.為進(jìn)一步確診故障，你認(rèn)為還需要進(jìn)行哪些補(bǔ)充檢查或數(shù)據(jù)采集？3.若初步判斷成立，簡(jiǎn)述在不立即停機(jī)的情況下，可采取哪些臨時(shí)性監(jiān)控措施，以及后續(xù)應(yīng)優(yōu)先考慮的維修策略。參考答案與解析一、選擇題1.答案：A.轉(zhuǎn)子不平衡解析：轉(zhuǎn)子不平衡是引起旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)最常見的原因之一。其振動(dòng)特征主要表現(xiàn)為1倍頻（工頻）分量幅值較大，且相位穩(wěn)定。不對(duì)中故障通常會(huì)伴有明顯的2倍頻分量。滾動(dòng)軸承外圈故障和齒輪齒面磨損則會(huì)出現(xiàn)其特定的故障特征頻率。2.答案：B.泵與電機(jī)對(duì)中不良（平行不對(duì)中為主）解析：平行不對(duì)中主要引起徑向振動(dòng)，特別是在2倍轉(zhuǎn)頻處會(huì)有較高幅值。角度不對(duì)中則軸向振動(dòng)更為突出，常伴有2倍頻甚至更高階次的諧波。葉輪不平衡以1倍頻為主?；A(chǔ)松動(dòng)可能導(dǎo)致多個(gè)頻率成分的振動(dòng)增大，且相位不穩(wěn)定。3.答案：A,C,D解析：滾動(dòng)軸承內(nèi)圈、外圈和滾動(dòng)體的故障特征頻率均與轉(zhuǎn)速相關(guān)（通過(guò)公式計(jì)算，與轉(zhuǎn)速成正比），故A正確，B錯(cuò)誤。滾動(dòng)體故障會(huì)產(chǎn)生滾動(dòng)體通過(guò)內(nèi)圈或外圈的特征頻率，當(dāng)故障較為嚴(yán)重或存在軸系不對(duì)中等情況時(shí)，常伴有以軸頻為間隔的邊頻帶，C正確。峭度值對(duì)沖擊信號(hào)敏感，軸承故障初期即會(huì)有沖擊產(chǎn)生，故峭度值會(huì)顯著增大，D正確。4.答案：A,B,C,D解析：齒輪箱故障診斷中，齒輪嚙合頻率及其諧波是判斷齒輪嚙合狀態(tài)的重要依據(jù)；齒輪旋轉(zhuǎn)頻率（軸頻）可反映軸系的基本狀態(tài)；邊頻帶的出現(xiàn)和特征（如間隔、幅值）能提供關(guān)于齒輪調(diào)制、偏心、齒距誤差等信息；同時(shí)，齒輪箱內(nèi)的滾動(dòng)軸承故障也會(huì)通過(guò)其特征頻率在頻譜中體現(xiàn)。因此，以上所有選項(xiàng)均正確。二、簡(jiǎn)答題1.參考答案：傳感器的安裝位置和安裝方式直接影響振動(dòng)信號(hào)的真實(shí)性、準(zhǔn)確性和信噪比，是保證診斷結(jié)論可靠性至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。*安裝位置：應(yīng)選擇在振動(dòng)信號(hào)傳遞路徑短、剛性好的部位，通常是軸承座或靠近被監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子的支撐結(jié)構(gòu)上，避免安裝在柔性基礎(chǔ)、蓋板或遠(yuǎn)離振源的位置，以減少信號(hào)衰減和失真。對(duì)于特定故障診斷（如齒輪、軸承），應(yīng)盡量靠近故障可能發(fā)生的部件。*安裝方式：常用的有磁座吸附、螺栓連接、手持探針等。螺栓連接方式剛性最好，測(cè)量最準(zhǔn)確，但安裝不便；磁座吸附是現(xiàn)場(chǎng)最常用的方式，需保證磁座與被測(cè)表面緊密貼合，表面應(yīng)清潔平整；手持探針?lè)绞奖憬莸藶橐蛩赜绊懘?，精度低，僅適用于粗略檢查。*實(shí)際操作中：應(yīng)優(yōu)先選擇螺栓或優(yōu)質(zhì)磁座安裝；確保傳感器與被測(cè)表面垂直（針對(duì)單向傳感器）；測(cè)量同一部位的歷史數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)保持安裝位置、方向、方式的一致性，以保證數(shù)據(jù)的可比性。2.參考答案：*共振：當(dāng)外界激勵(lì)頻率與機(jī)械系統(tǒng)的固有頻率相等或接近時(shí)，系統(tǒng)將產(chǎn)生共振，此時(shí)振幅會(huì)急劇增大，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞或強(qiáng)烈振動(dòng)。*識(shí)別共振：通過(guò)進(jìn)行啟停機(jī)過(guò)程的升速/降速振動(dòng)測(cè)試（瀑布圖或Bode圖），觀察振動(dòng)幅值隨轉(zhuǎn)速（頻率）的變化，若在某一轉(zhuǎn)速下振動(dòng)幅值突然顯著增大并迅速減小，則該轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的頻率即為系統(tǒng)的一個(gè)共振頻率。也可通過(guò)模態(tài)分析等方法獲取系統(tǒng)固有頻率。*避免共振干擾：設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使機(jī)械系統(tǒng)的固有頻率遠(yuǎn)離其工作轉(zhuǎn)速及主要激勵(lì)頻率；若無(wú)法避免，可通過(guò)增加阻尼、改變系統(tǒng)剛度或質(zhì)量等方式調(diào)整固有頻率；在故障診斷時(shí)，需識(shí)別出共振頻率成分，避免將其誤認(rèn)為是故障特征頻率，必要時(shí)可通過(guò)改變激勵(lì)或測(cè)試方法來(lái)區(qū)分。3.參考答案：*油液分析技術(shù)主要應(yīng)用：檢測(cè)潤(rùn)滑油中磨屑的濃度、尺寸、形貌、成分等，判斷設(shè)備內(nèi)部的磨損部位、磨損類型（如黏著磨損、磨粒磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損等）和磨損嚴(yán)重程度；監(jiān)測(cè)油液的理化性能指標(biāo)（如黏度、酸值、水分、污染度等），評(píng)估油液的劣化程度和適用性，指導(dǎo)換油。*優(yōu)勢(shì)：能早期發(fā)現(xiàn)潛在的磨損故障，特別是對(duì)于封閉或不易接近的部件；可同時(shí)評(píng)估潤(rùn)滑油狀態(tài)；信息量大，能提供磨損顆粒的直接證據(jù)。*局限性：對(duì)突發(fā)性故障（如斷裂、嚴(yán)重不平衡）響應(yīng)不如振動(dòng)診斷及時(shí)；故障定位精度相對(duì)較低，通常只能定位到部件級(jí)別；采樣和分析過(guò)程對(duì)結(jié)果影響較大，需要規(guī)范操作；對(duì)于非摩擦副的故障（如松動(dòng)、不對(duì)中早期）敏感性較差。振動(dòng)診斷則能更直接地反映動(dòng)態(tài)力學(xué)行為，故障定位和類型識(shí)別更精準(zhǔn)，但對(duì)早期磨粒磨損的敏感性不如油液分析。兩者結(jié)合可實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。三、案例分析題參考答案與解析：1.最可能的故障部位及類型：增速箱高速級(jí)齒輪（主動(dòng)輪或從動(dòng)輪）存在齒面損傷或嚴(yán)重的齒形誤差（如齒面剝落、嚴(yán)重磨損、斷齒初期等）。判斷依據(jù)：*振動(dòng)主要異常點(diǎn)在增速箱輸出軸軸承座，說(shuō)明故障源靠近該區(qū)域。*頻譜特征中，齒輪嚙合頻率處幅值較高，表明齒輪嚙合過(guò)程存在異常。嚙合頻率是齒輪故障診斷的核心頻率。*伴有明顯的、間隔均勻的邊頻帶，且邊頻帶間隔近似為增速箱輸入軸的旋轉(zhuǎn)頻率。這通常表明齒輪存在偏心、齒距不均勻或局部缺陷，導(dǎo)致嚙合頻率被輸入軸的旋轉(zhuǎn)頻率調(diào)制。輸入軸的旋轉(zhuǎn)頻率作為調(diào)制頻率，說(shuō)明問(wèn)題可能出在與輸入軸相連的齒輪（高速級(jí)主動(dòng)輪，Z1=25），或由于主動(dòng)輪的問(wèn)題導(dǎo)致從動(dòng)輪（Z2=100，與輸出軸相連）也產(chǎn)生相應(yīng)的振動(dòng)響應(yīng)。*其他測(cè)點(diǎn)振動(dòng)不明顯，進(jìn)一步縮小了故障范圍至增速箱內(nèi)部。2.補(bǔ)充檢查或數(shù)據(jù)采集建議：*細(xì)化振動(dòng)測(cè)試：對(duì)增速箱高速級(jí)齒輪箱壁或軸承座進(jìn)行更近距離的振動(dòng)測(cè)量，包括更高分辨率的頻譜分析、倒頻譜分析（以識(shí)別邊頻帶模式）、時(shí)域波形觀察（看是否有沖擊特征）。*相位分析：測(cè)量增速箱輸入軸和輸出軸的振動(dòng)相位，有助于判斷故障是主動(dòng)輪還是從動(dòng)輪。*油液分析：采集增速箱潤(rùn)滑油樣進(jìn)行鐵譜分析和光譜分析，觀察油中是否存在大量與齒輪材料相符的磨粒，特別是是否有片狀、塊狀等異常磨粒，以佐證齒輪磨損或損傷。*外觀檢查：在安全條件下，檢查增速箱油溫、油位、有無(wú)滲漏，傾聽異常聲音的具體來(lái)源。若有機(jī)會(huì)打開觀察孔，可直接目視檢查齒輪表面狀況。*歷史數(shù)據(jù)分析：對(duì)比該機(jī)組近期的振動(dòng)趨勢(shì)數(shù)據(jù)，分析故障發(fā)展的速度和程度。3.臨時(shí)性監(jiān)控措施與維修策略：*臨時(shí)性監(jiān)控措施：*加密振動(dòng)監(jiān)測(cè)頻次：從目前的常規(guī)監(jiān)測(cè)改為每日甚至每班監(jiān)測(cè)，密切關(guān)注振動(dòng)幅值變化趨勢(shì)和頻譜特征演變。*增加溫度監(jiān)測(cè)：密切監(jiān)控增速箱軸承溫度和油溫，溫度異常升高往往是故障惡化的重要信號(hào)。*油液狀態(tài)監(jiān)測(cè)：可縮短油液分析周期，關(guān)注磨粒濃度和類型的變化。*負(fù)載控制：在不影響主要生產(chǎn)的前提下，適當(dāng)降低機(jī)組負(fù)荷，避免在高負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，以減緩故障發(fā)展。*制定應(yīng)急預(yù)案：準(zhǔn)備好停機(jī)后的檢修方案、備件（如齒輪、軸承）等，一旦振動(dòng)急劇惡化或出現(xiàn)其他緊急情況，能立即停機(jī)處理。*后續(xù)維修策略：*優(yōu)先考慮停機(jī)檢修：根據(jù)故障初步判斷和發(fā)展趨勢(shì)，建議盡快安排計(jì)劃性停機(jī)，對(duì)增速箱進(jìn)行解體檢查，重點(diǎn)檢查高速級(jí)齒輪的齒面狀況、齒側(cè)間隙、軸承游隙等。*維修方式：根據(jù)檢查結(jié)果，若齒面損傷較輕，可考慮進(jìn)行齒面修復(fù)（如珩齒、研磨）；若損傷嚴(yán)重或齒輪已有斷齒風(fēng)險(xiǎn)，則必須更換受損齒輪。同時(shí)檢查并更換潤(rùn)滑油，清洗油濾油器。*修后驗(yàn)證：維修完成后，需進(jìn)行開機(jī)試運(yùn)行和振動(dòng)測(cè)試，確保振動(dòng)值恢復(fù)正常，頻譜特征無(wú)異常，方可投入正常運(yùn)