油膜轴承的振动测量

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轴颈轴承的振动测量最常用涡流探头。对于滚动轴承，振动通过滚动体传递到轴承座阻尼很小或无阻尼，导致对轴承座非常高的力（和振动）的传递性；对于轴颈轴承，油膜的刚度通常比支撑刚度小得多，导致轴与轴承之间高的相对运动，且轴承座相对小的运动。

很多轴颈轴承的机器也具有相比设备的壳体很轻的转子，对于怎样近似测量轴颈轴承设备的振动存在一些经验准则，这些准则取决于转子相对于壳体的重量。一般来说，如果壳体非常轻而转子重，近似测量看轴承壳体振动；如果壳体很重且转子轻，即使转子振动很高壳体的运动也非常小，这种情况下倾向于使用涡流探头测量转子与壳体间的相对振动。

实际上，选择轴承座振动（加速度计或速度探头）还是轴对轴承座的相对振动（涡流探头）取决于轴承座和轴振动的大小，一些机器类型具有倾向于一种的特性，但是很多情况是介于二者之间的，下表是对机器类型和常见的传感方法的很好汇总。

当转子与壳体重量比大时，尽管由于涡流探头灵敏度不足更倾向于使用地震式传感器测量振动，但是涡流探头能够测量静态位置（轴中心线）和相对轴振动，它对状态评估是相当有帮助的。当转子与壳体重量比小时，单独使用地震式传感器几乎不可能判断机器的状态。

轴颈轴承一般不会损坏，除非失去润滑或过载，如果其任一个发生，由于轴承表面的损坏轴的静态位置通常会改变。如果过大的载荷是动态的（如不平衡），振动将非常高直到轴承损坏，它伴随着轴承表面的破坏，并由于轴承金属的损失轴承间隙扩大，通常导致静态位移。一旦轴承过载或润滑不足，轴颈轴承倾向于以剧烈方式损坏，几乎没有预警，故障通常在数秒内产生严重的破坏。

很多具有轴颈轴承的机器安装固定监测系统是常见的做法，大部分固定监测系统采用涡流探头，对每个轴承成对安装，在相同的轴向位置并且成90°分布。最常见的布置是在轴承的顶部两侧各45°安装，探头接近轴承的中心或直接在其侧面。探头通常安装在轴承座内，这样由于总是有油，被监测的轴表面可避免锈蚀。

对于涡流探头，最常用是时域波形分析方法，通常使用时域波形和轴心轨迹绘图。优先使用轴心轨迹，它是一个李萨如图形，从两个正交探头产生的X-Y图形。取决于两个探头输出信号的相位关系，一个线性时不变系统（LTI）的轴心轨迹特征将指示两个探头之间的相对幅值和相位关系，图1表示当X和Y具有相同的幅值频率，但是两个探头之间相位不同产生的一般特征。该绘图可被用于确定轴的涡动方向是正进动还是反进动，正进动意味着与旋转相同的方向运动，反进动意味着与轴旋转相反的方向运动，不平衡一般产生正进动运动。

图1 X和Y探头之间相位对轴心轨迹图的影响

如果振动信号不是在相同的频率或幅值，轴心轨迹则复杂得多。轴心轨迹一个常见的特征是环，这些现象的发生是不同频率合成的结果，并且具有如下特征：

1. 内部的环意味着正向涡动（两个频率以相同的方向运动）

两个频率之比等于内环数加1，如图2所示，显示的时间标记数指示实际频率：

  · 一个时间标记表示第二个频率是2X

  · 两个时间标记指示第二个频率是(1/2)X

图2 正进动轨迹图

2. 外环意味着反向涡动（一个频率逆旋转方向运动）

两个频率之间的频率比是外环数减去1（不适用于1或2个明显外环），如图3所示，显示的时间标记数指示实际频率：

  · 一个时间标记表示第二个频率是2X

  · 两个时间标记指示第二个频率是(1/2)X

图3 反进动轨迹图

3. 移动的时间标记（在轨迹上不固定）

意味着非整数倍频率关系，典型的油膜涡动如图4所示，时间标记沿着轴心轨迹形状连续旋转。

图4 油膜涡动，1X 和 0.45X

来源：普迪美状态监测微信公众号（ID：bpdm-cm）