振动扫描频率检测：原理、检测项目及工业应用

一、振动扫描频率检测概述

二、核心检测项目

1. 转子系统异常检测

• 不平衡振动
  • 检测指标：1倍转频（1×RPM）幅值升高，相位稳定。
  • 方法：通过频谱分析锁定主频成分，结合相位分析验证。
• 不对中故障
  • 特征频率：2×RPM为主，可能伴随轴向振动增加。
  • 技术手段：轴向与径向振动联合分析，时域波形呈现周期性冲击。
• 轴弯曲或裂纹
  • 识别标志：亚谐波（如1/2×RPM）或超谐波成分出现，高阶倍频能量分布异常。

2. 轴承故障检测

• 滚动轴承缺陷
  • 特征频率计算：
    • 内圈故障频率（BPFI）：�2×���×(1+������� ������������ℎ ��������cos⁡�)2n​×RPM×(1+Pitch DiameterBearing Diameter​cosθ)
    • 外圈故障频率（BPFO）：�2×���×(1−������� ������������ℎ ��������cos⁡�)2n​×RPM×(1−Pitch DiameterBearing Diameter​cosθ)
  • 检测方法：高频共振解调（HFRD）技术，分析包络谱中的特征频率。
• 滑动轴承磨损
  • 信号特征：低频涡动（0.42-0.48×RPM）及油膜振荡现象。

3. 齿轮传动系统检测

• 齿轮啮合频率（GMF）分析
  • 计算公式：���=����ℎ ������×���GMF=Teeth Number×RPM
  • 磨损判断：边频带展宽（由调制效应引起），啮合频率幅值异常增加。
• 断齿或局部缺陷
  • 时域特征：周期性冲击信号，对应频谱中高阶谐波成分激增。

4. 共振与结构松动检测

• 共振频率识别
  • 扫描方法：变转速测试，通过Campbell图分析临界转速点振动响应。
• 结构件松动
  • 频谱特征：宽频随机振动能量增加，可能伴随亚谐波成分。

5. 电气系统关联振动

• 电机电磁振动
  • 特征频率：2×电源频率（如100Hz/120Hz）及其谐波。
  • 案例：转子断条故障表现为(1±2�)�(1±2s)f边频（s为转差率）。

三、关键技术方法

1. • 频域分析：FFT频谱、阶次分析、倒频谱（用于分离调制信号）
   • 时域分析：峭度指标、峰值因子、波形指标
   • 时频分析：小波变换、短时傅里叶变换（STFT）
2. • 高精度ICP加速度传感器（频响范围0.5Hz-10kHz）
   • 无线振动采集系统（适用于旋转部件在线监测）
   • 激光测振仪（非接触式，分辨率达0.01μm/s）

四、工业应用场景

1. • 风力发电机：检测主轴不平衡、齿轮箱点蚀故障
   • 汽轮机：监测临界转速通过时的振动突变
2. • 航空发动机：转子动平衡验证，叶片通过频率监测
3. • CNC机床：主轴轴承状态实时监控，预警早期磨损

五、检测流程标准化

1. ISO 10816系列标准：规定不同设备类型的振动烈度限值
2. ASTM E1311：指导振动数据分析与故障诊断

六、未来发展趋势

1. AI辅助诊断：深度学习算法（如CNN）用于振动模式识别
2. 数字孪生集成：仿真模型与实测数据动态比对
3. 物联网（IoT）应用：分布式传感器网络实现全域状态感知