尹洪江
摘要：对振动频谱中一倍频成分的分析和研究，列举了各种条件下的一倍频成分变化的原因。
关键词：振动,平衡,一倍频,频谱,幅值
据统计，有19％的设备振动来自动不平衡即一倍频，而产生动不平衡有很多原因。现场测量的许多频谱结果也多与机器的一倍频有关系，下面仅就一倍频振动增大的原因进行分析。
一、单一一倍频信号
转子不平衡振动的时域波形为正弦波，频率为转子工作频率，径向振动大。频谱图中基频有稳定的高峰，谐波能量集中于基频，其他倍频振幅较小。当振动频率小于固有频率时，基频振幅随转速增大而增大；当振动频率大于固有频率时，转速增加振幅趋于一个较小的稳定值；当振动频率接近固有频率时机器发生共振，振幅具有最大峰值。由于通常轴承水平方向的刚度小，振动幅值较大，使轴心轨迹成为椭圆形。振动强烈程度对工作转速的变化很敏感。
1．力不平衡
频谱特征为振动波形接近正弦波，轴心轨迹近似圆形；振动以径向为主，一般水平方向幅值大于垂直方向；振幅与转速平方成正比，振动频率为一倍频；相位稳定，两个轴承处相位接近，同一轴承水平方向和垂直方向的相位差接近90度。
2．偶不平衡
频谱特征为振动波形接近正弦波，轴心轨迹近似圆形；在两个轴承处均产生较大的振动，不平衡严重时，还会产生较大的轴向振动；振幅与转速平方成正比，振动频率以一倍频为主，有时也会有二、三倍频成分；振动相位稳定，两个轴承处相位相差180度。
3．动不平衡
频谱特征为振动波形接近正弦波，轴心轨迹近似圆形；振动以径向为主，振幅与转速平方成正比，频率以一倍频为主；振动相位稳定，两个轴承处相位接近。
4．外力作用下（旋转）产生的共振
各个零部件、结构件在外力作用下所产生的固有共振为自激振动，其频率与不同的结构对应，即刚度不同引起的不同共振。频谱特征为时域波形为正弦波，振动频率以一倍频为主。
二、相关一倍频信号
1．转子永久弯曲
振动类似于动不平衡和不对中，以一倍转频为主，也会产生二倍转频振动；振动随转速增加很快；通常振幅稳定，轴向振动较大，两支承处相位相差180度。
2．转子存在裂纹使挠度增大
转子系统的转轴上出现横向疲劳裂纹，可能引发断轴事故，危害很大。及时确定裂纹可防止突然断裂的灾难性事故。转轴裂纹常用的诊断方法是监测机器开停机过程中通过“半临界转速”的振幅变化，以及监测转子运行中振幅和相位的变化。
转轴的横向疲劳裂纹为半月状的弧形裂纹，由于裂纹区所受的应力状态不同，转轴的横向裂纹呈现张开、闭合、时张时闭三种情况。当裂纹区转轴总受拉应力时，裂纹处于张开或具有张开倾向的状态，轴刚度小于无裂纹时的刚度，挠度大于无裂纹时的挠度，在一定工作转速下振幅及相位都发生变化。当裂纹区转轴总受压应力时，裂纹处于闭合状态，轴的刚度略小于无裂纹时，裂纹对转子的振动特性基本没有影响。当裂纹区转轴受交变应力时，裂纹周期性时闭时开，对振动的影响比较复杂。
出现横向疲劳裂纹时，轴的刚度呈各向异性，振动带有非线性性质。一倍频和二倍频分量随时间逐渐增大，特别是二倍频分量，随裂纹深度的增加而明显增大。
3．滑动轴承间隙变大
轴与轴承间隙过大，类似于不对中和机械松动，应注意区别。此时径向振动较大，特别是垂直径向；可能有较大的轴向振动，止推轴承可能有较高次谐波分量；径向和轴向时域为稳定的周期波形占优势，每转一圈有13个峰值；没有较大的加速度冲击现象。若轴向振动与径向振动大小接近，表明问题严重。
4．轴承压盖松动
振动频率为转频，并有高次谐波和分数谐波。振动具有方向性，幅值稳定。
5．轴系同轴度差
造成轴系不对中的原因很多，如安装误差、调整不够、承载后的变形、机器基础的沉降不均匀等。
转子径向振动以一倍频和二倍频为主，轴向振动在一倍频、二倍频和三倍频处有稳定的高峰，一般可达径向振动50％以上。若与径向振动一样大或更大，表明情况严重。
三、其它与一倍频有关的原因
1．电机、风机等底座龟裂，引起刚度变化，易产生共振。
2．联轴器制造安装偏差造成的磨损；不配套的连接螺帽／螺栓缺损；联轴器螺帽磨损。
3．转子温度梯度影响。
4．润滑油温度变化引起的失稳。
5．转子或轴承刚性变化。
6．电磁异常。
7．齿轮机构中齿轮的累积制造误差。
参考文献：
王宜．设备振动简易诊断技术．机械工业出版社，1990.
沈庆根．化工机器故障诊断技术，1993.
北京京航公司．设备故障诊断技术及应用，1998.