机械松动
一、
产生机械松动的故障原因及机理
机械松动分为结构松动（非转动部分松动）和转动部件松动。造成机械松动的原因是：安装不良、长期工作造成的过度磨损、基础或机座损坏或零部件破坏。
对于机器的转子支承系统，当轴承外圈与机器壳体配合具有较大间隙或配合过盈量不足时，轴承外圈受转子离心力的作用沿圆周方向发生周期性变形，从而改变了轴承的几何形状而影响油膜的稳定性，当轴承座或机器地脚螺栓预紧力不足时，由于结合面上有间隙，系统将发生不连续的位移。
基座或装配松动（外因因素）常和转子不平衡（内因因素）相伴产生，表现为非线性的振动特征。
二、
转动部件的松动
频谱图中显示存在较高的工频及其谐波，时域图中波形有反弹现象。典型的松动频谱接近于矩形波的频谱即1×、3×、5×、7×....特征频率，即在跳动的同时又发生滑动位移。
三、
结构松动（非转动部分松动）
非转动部分配合是转子系统常见故障之一，其典型情况是轴承外壳以过大的间隙与轴承座配合。其它情况还有轴承座的松动，支座的松动，机架或灌浆的松动，地脚螺栓没有拧紧等。对松动影响分析应借助于非线性理论，由于非线性可能引起转子的分数次谐波共振（亚谐波共振），其频率是精确的1/2、1/3……倍转速。能否发生次谐波共振与转子转速与转子临界转速之比α及转子偏心率λ有关。见图示区域。
松动的另一特征是振动的方向性，特别是松动方向上的振动，由于约束力的下降，将引起
振动的加大。松动使转子系统在水平方向和垂直方向具有不同的临界转速，因此、分数谐波共振现象有可能发生在水平方向，也有可能发生在垂直方向。
由于非线性，在松动情况下，振动形态会发生“跳跃”现象，当转速增加或减小时，振动会突然增大或减小。此外、松动部件的振动具有不连续性，有时用手触摸也会感觉到。
松动除产生上述低频振动外，还存在同频或倍频振动。
四、松动与其它故障的区别
1、松动与摩擦的区别：
松动一般不应有明显的冲击现象，而碰摩有明显的冲击，两者可从时域波形中加以区别。碰摩在时域波形中应是逐渐衰减的。
2、松动与不平衡的区别：
基础松动频率与转子不平衡频率类似，均为工频。可借助于相位进行区别。有关松动的补充说明：
1.转子支承系统的连接状态对转子的偏心率和转速比的变化很敏感，当工作转速低于一阶临界转速时，连接松动的振动响应较大，当转速高于一阶临界转速时，在一定条件下将发生分数谐波共振。
2.机械松动也可能在达到工作温度且零件已经热膨胀后才出现。
3.水平固定的机器，若机座松动，则垂直方向会出现很大的1倍频振动，比水平方向振动还大。
五、机械松动故障分类（一）、机械松动(A基础松动)
1.由机器基础引起的松动；2.基础变形引起的软地脚；
3.机器的基础垂直方向机器与底座之间的相位在180°之间变化。
（二）、机械松动(B支撑部件松动)
1.支撑部件螺栓松动；
2.产生0.5、1×、2×、3×RPM频率；3.有时构件或轴承座断裂也会产生；
（三）机械松动(C零件松动)
1、相位常常不稳定2、有许多谐波存在3、频谱地脚噪声较高
4、引起的原因常有轴承垫松动、轴承间隙偏大、或轴上叶轮松动。例：离心泵叶轮松动
一台悬臂式单级离心泵，运转几个月后发生了叶轮松动。在泵侧的两个轴承上检测振动信号，经频谱分析，显示有许多旋转频率的谐波成分，这些很强的谐波预示着泵的转子零件存在
松动问题。另外、从图中还可以看出，频谱的噪声低线很高，谱线连续，表明松动零件对轴施加了一种不稳定的随机性冲击力。
轴上零件松动在频谱图上可能表现出如下的一些特征：1、由于松动部分存在间隙影响，将出现大量旋转频率的谐波。
2、配合部分松动后，各个方向上的间隙不同，因此振动常常具有一定的方向性，即水平和垂直方向的幅值差别很大；而且在这两个方向上的振动相位差不是90°而可能是接近0°或180°。
3、某些零件如果松动间隙较大，则零件的不平衡矢量可能会随机地绕转子转动。因此、不仅振动相位随时间变动，而且频谱上会出现升高了的连续形谱线。这表明转子振动时带有一定程度的不稳定随机冲击影响。
4、偶尔也可能出现1/2、1/3倍旋转频率的次谐波成分。
5、松动引起的故障具有随机性，通常极小的松动就会产生猛烈的振动。
轴上零件松动破坏了转子原有的平衡精度，其振动特点不仅使得转速频率成分幅值明显升高，而且不平衡矢量在转子运转中会发生变化。尤其是在机器启动或停车过程中，受到轴加速旋转的影响或者是热膨胀的影响。由于零件分界面上的应力发生了变化，这种特性表现得更加明显。因此、识别这种故障的特点是从振动矢量的变化或者振动与温度相关这两方面来加以判别。
地脚螺栓松动故障及其诊断
主要表现特征：
1.机组各地脚螺栓相比较，振动幅值不均匀，相差很大；2.振动值大的地脚螺栓频谱特征以工频振动为主；
3.同一测点的垂直振动幅值明显大于水平振动幅值，如果两个方向的振动幅值都很大，说明地脚螺栓松动很严重。
基座或装配松动常和转子不平衡相伴随，表现为非线性的振动特征。
探讨：对于一些设备主要松动特征频率为工频，可以这样理解，由于转子存在比较大的动态不平衡量，产生的离心力振动，是系统振动的内因因素。而基础的刚性不足产生的松动是振动的外因因素。外因通过内因发生作用。所以产生的特征主要为内因因素特征；而外因起到了促进作用。单纯由于刚性不足或间隙增大的原因产生的振动频率特征应该是随机的，而不会有规律的。
1．机件松动的特点
在旋转机械中，松动可能导致严重的振动。松动是由于固紧基础松弛、轴承约束松弛、过大的轴承间隙等原因引起的。松动可以使任何已有的不平衡、不对中所引起的振动问题更加严重。例如，在松动情况下，任何一个很小的不平衡都会引起很大的振动。 2．机件松动的频域诊断法
在出现松动情况下，除了产生旋转的基本振动外，还会发生基本频率的高次成分．如2fr，3fr，也会发生1／2fr，1/3fr等分数级谐和共振。其一般特征是在运转频率的一系列谐频上出现异常大的振幅。
因此，利用频域诊断法对机件松动进行诊断时，要对转频及其高次倍频幅值进行分析。
图6—是对转子机件松动的诊断谱图。
机械松动的诊断要点1）频域
a)确认径向振动有较大的1倍频分量，特别是3-10倍频分量。b)可能有1/2、3/2、5/2等分数倍频分量，它们随时间增大。
c)确认轴向振动小或正常。2）时域
a)不稳定的非周期信号占优势，可能有大的冲击信号。
b)比较垂直和水平方向的振动，可以发现振动具有高度的方向性。其它现象：
1）故障严重，还会出现1/3、1/4倍频等分量。
2）机械松动也可在达到工作温度且部件已经热膨胀后出现。
3）水平固定的机器，如果基座松动，则垂直方向会出现很大的一倍频振动，一般比水平方向振动还大。所以，这一点要特别注意和转子不平衡相区分。
4）具有松动故障的典型频谱特征是以工频为基频的各次谐波，并在谱图中常看到10X。国外有人认为，若3X处峰值最大，是轴和轴承间有松动，若4X处有峰值，表明轴承本身、松动。
机械松动检测与确认
诊断:
—具有较大的径向（特别是垂直方向）的振动。具有较强的谐波存在，特别是在3-10×RPM处。还可能出现次谐波或混叠谐波。时域波形显示出杂乱和冲击。
—具有较低或正常的轴向振动，如果是止推轴承出现了松动则会出现较大的轴向振动。—松动引起的振动，幅值与负荷有密切关系，随负荷增加而增大；松动时设备对转速的变化也很敏感，随转速的增减而表现出无规律变化，忽大忽小。测量:
—Fmax 设置500Hz以下；速度频谱图；加速度时域图。—检查径向振动3-10×RPM处是否出现了峰值。—检查轴向振动是否较低或正常。—检查时域波形是否杂乱或存在冲击。—检查是否有次谐波或混叠谐波。
—松动时设备上各个点的相位读数会发生漂移。
—一般地脚与基座之间有相位差，而且通常相位差大于90°；
—有机械松动的波形非常明显，随机和不具有重复性。
轴上零件松动在振动频率和相位上可能表现如下一些特征：1)
松动的零件随着转速的升高离心力迅速增大，零件内孔扩大，与转轴之间发生松动，并
偏置于零件重心一侧或轴中心线弓形回转的外侧，因此产生转子转速频率成分幅值很快增大现象。2)
由于存在松动间隙，振动将出现明显的非线性影响因素，在频谱图上出现大量转速频率
的谐波，偶然也可能出现1/2、1/3转速频率的次谐波成分。3)
如果松动间隙较大，则零件的不平衡矢量可能会随机地绕转轴转动。因此在振动信号上
表现为振幅不稳定，相位随时间变动，而且频谱图上会出现许多连续的噪声谱线。这种现象表
明转子振动带有一定程度的不稳定随机冲击。研究表明，松动零件引起的不平衡量对转子的原始不平衡比值较低时，转子的振幅和相位变化不明显，如果比值较高，则转子振幅和相位变化较大。4)
如果转子在稳态下产生零部件松动，则在不平衡力的作用下可能会产生“拍振”现象，
拍振的频率一个是轴的转速频率，另一个是稍低于轴转速的松动零件转速频率。