了解旋转机械的机械松动
定义：什么是机械松动？
机械松动 指旋转机械部件间隙过大、紧固不足、配合磨损或结构劣化，导致本应刚性连接的部件之间发生意外相对运动的情况。这会造成非线性运动。 振动 具有多种特征的行为 谐波 跑步速度、振幅变化无常、振动方向差异不符合正常模式。.
松动是常见的机械故障，它不仅会直接导致过度振动，还会妨碍对其他问题进行有效诊断和纠正，例如 不平衡 或 错位. 必须先找出并纠正这个问题，其他减振措施才能奏效。.
机械松动的类型
A型：旋转松动（轴承松动）
轴承与轴或轴承座之间的间隙过大：
- 轴承与轴的接触： 轴表面磨损、过盈配合不足、轴承孔损坏
- 轴承座： 轴承座孔磨损、轴承盖松动、过盈配合不足
- 内轴承： 过多的 轴承间隙 磨损
- 症状： 1×、2×、3×谐波；径向方向更高
B类：结构松动（基座/地基）
非旋转部件连接不牢固：
- 松散的基座: 锚栓未拧紧，灌浆层老化
- 松散底座安装： 设备安装螺栓松动或缺失
- 框架或地基开裂： 结构性损坏导致移动
- 症状： 多重谐波（通常高达 5 倍或更多）；不稳定、非线性响应
C型：部件松动
散装组件：
- 松动的叶轮： 叶轮在轴上松动，键磨损或缺失
- 松散耦合： 联轴器轮毂在轴上松动
- 滑轮/齿轮松动： 驱动部件在轴上松动
- 松散的盖子/护罩： 金属板嘎嘎作响
- 症状： 谐波和次谐波；可能包含 1/2 倍、1/3 倍分量
振动特征
频率特性
松弛状态会产生独特的频率模式：
- 多重谐波： 强 1 倍、2 倍、3 倍、4 倍及以上（与主要为 1 倍的不平衡不同）
- 次谐波： 可能出现 1/2 倍、1/3 倍的组件（C 型松动）
- 非谐波内容： 峰值出现在跑步速度的非整数倍处
- 较高的噪声基底： 随机冲击导致宽带流量增加
振幅行为
- 整体水平高： 总振动与驱动力不成比例
- 非线性： 振动强度与速度或负载之间并不存在可预测的线性关系。
- 不稳定的： 振幅在不同测量值之间差异显著。
- 方向差异： 可能在一个方向上比垂直方向高 2-5 倍
相特性
- 不稳定 阶段: 测量过程中相位角变化不规则
- 大相位散射： 相同速度下，角度变化范围为±30-90°
- 平衡性失败： 相位不可预测，导致平衡计算不可靠。
时间波形特征
- 不规则的非正弦波形
- 截断或裁剪的峰值（对约束条件的影响）
- 随机冲动事件
- 周期性结构的丧失
常见地点和原因
轴承相关
- 磨损的轴颈表面导致轴承摇晃
- 轴承座孔磨损或损坏
- 过盈配合不足（公差选择错误）
- 轴承盖螺栓松动或扭矩不足
- 带有磨损配合面的分体式轴承座
基础和安装
- 锚栓松动（最常见的结构松动）
- 基座下方的灌浆层破损或缺失
- 开裂的混凝土基础
- 设备安装螺栓松动，无法固定到底板上
- 螺栓孔损坏或拉长
旋转部件
- 风扇或叶轮在轴上松动（键磨损、固定螺丝松动）
- 耦合轮毂过盈配合不足
- 滑轮固定螺丝松动或缺失
- 转子部件在轴上松动
结构
- 机器框架或外壳破裂
- 焊缝疲劳裂纹
- 结构螺栓松动
- 粘合剂或胶粘剂性能下降
检测方法
振动分析
- 快速傅里叶变换分析: 寻找多个谐波（1×、2×、3×、4×、5×及以上）
- 一致性检验： 测量结果之间的低一致性表明存在非线性行为
- 方向性比较： 水平和垂直方向之间存在很大差异
- 对外部刺激的反应： 点击机器，观察异常反应
实物检查
目视检查
- 检查是否有缝隙、裂缝、腐蚀或损坏。
- 检查是否有移动痕迹。
- 观察界面处的油漆磨损模式
- 检查是否有金属屑，这表明存在磨损。
敲击测试
- 用锤子敲击疑似松动的部件。
- 注意听是否有嘎嘎作响或沉闷的声音，而不是清脆的铃声。
- 感受是否有过度晃动或震动
- 与已知优质组件相比
扭矩验证
- 使用扭矩扳手检查所有螺栓
- 根据规范进行验证
- 检查紧固件是否破损、损坏或腐蚀。
- 检查螺纹是否剥落
推拉式测试
- 对可疑部件施加力
- 观察是否存在不应发生的动作。
- 使用千分表来量化游戏
- 与全新或妥善固定的组件相比
纠正程序
轴承松动
- 更换轴承： 如果自身磨损
- 轴修复： 用镀铬或焊接方法修复磨损的轴，然后重新加工至所需尺寸。
- 房屋维修： 机壳尺寸增大，可使用更大尺寸的轴承；或采用金属喷涂/焊接方式加固。
- 改善贴合度： 使用符合制造商规格的适当过盈配合
- 轴承盖： 拧紧或更换磨损处
结构松散性
- 拧紧所有紧固件： 使用正确的模式，按规定扭矩拧紧。
- 更换损坏的螺栓： 安装正确等级和尺寸的新螺栓
- 修复地基： 清除旧的填缝剂，清洁表面，灌注新的填缝剂
- 焊缝裂纹： 如果合适，修复框架或底座上的裂缝。
- 增加加固： 用于加固薄弱结构的角撑板或支撑结构
组件松动
- 使用适当的扭矩和螺纹锁固剂重新拧紧固定螺钉。
- 更换磨损的键和键槽
- 对于压入配合部件，应使用适当的过盈配合。
- 反复松动的销钉或关键部件
- 更换损坏的部件
预防策略
设计阶段
- 明确紧固件的尺寸和数量。
- 设计合适的过盈配合。
- 提供足够的结构刚度
- 避免应力集中导致裂纹。
- 指定合适的紧固件等级和材料
安装阶段
- 使用经过校准的扭矩扳手
- 遵循正确的拧紧顺序
- 在适当情况下使用螺纹锁固剂。
- 组装前请确保表面清洁平整。
- 确认尺寸符合规格
- 进行质量控制检验
维护阶段
- 定期扭矩验证（每年一次或根据振动监测计划进行）
- 振动趋势用于检测正在发展的松动
- 停电期间的目视检查
- 根据需要重新拧紧
- 及时处理振动问题，以免造成松动。
诊断挑战
掩盖其他问题
渐进性
- 松弛通常从轻微开始，然后逐渐加重。
- 松动引起的振动会导致更多松动（正反馈）
- 如果不加以纠正，病情可能在几周内从轻微恶化为严重。
- 最终会导致轴承、轴、地基等二次损坏。
与其他故障的关系
松弛与失衡
| 特征 | 不平衡 | 松弛 |
|---|---|---|
| 主频率 | 仅限 1 次 | 1×、2×、3×、4×+谐波 |
| 相稳定性 | 一致、可重复 | 测量结果不稳定，存在变化。 |
| 线性 | 振动与速度²成正比 | 非线性、不可预测 |
| 对平衡的回应 | 振动减少 | 改善甚微或无改善 |
| 方向模式 | 水平/垂直方向相似 | 通常在一个方向上要高得多 |
松动与错位
- 错位： 主要为 2×，少量为 1×，稳定相
- 松弛： 多重谐波（1× 至 5×+），相位不稳定
- 组合： 错位会导致松动，而松动又会加剧错位的影响。
对机器性能的影响
直接影响
- 高振动： 过量会导致不适和安全隐患
- 噪音： 嘎嘎作响、砰砰作响或敲击声
- 精度降低： 轴定位误差
- 加速磨损： 冲击载荷会损坏部件
二次伤害
- 轴承损坏： 冲击载荷和松动导致的不对中会损坏轴承
- 轴磨损： 松动配合中的微动会导致微动腐蚀
- 紧固件失效： 螺栓在交变载荷作用下会发生疲劳断裂。
- 裂纹扩展： 振动会使现有裂缝扩展
- 地基劣化： 持续振动会损坏混凝土和灌浆层。
运营问题
- 妨碍有效平衡
- 使保持对齐变得不可能
- 诊断混淆掩盖了其他问题
- 设备可靠性降低
案例
情况： 大型引风机，转速1200转/分，振动过大
- 初期症状： 整体振动速度 8 毫米/秒（报警限值 4.5 毫米/秒）
- 光谱： 强效 1×、2×、3×、4× 成分
- 平衡尝试： 三次尝试，没有改进，相位不稳定
- 调查： 实地检查发现八个锚栓中有四个松动
- 更正： 已将所有锚栓重新拧紧至 400 N·m 规格。
- 结果： 振动速度立即降至 1.8 毫米/秒
- 后续行动： 单次平衡运行将振动降低至 0.8 毫米/秒（此时系统呈线性）。
- 课： 平衡前务必检查是否松动。
最佳实践
诊断清单
在排查振动问题时，务必检查是否存在松动：
- 分析频谱中的多个谐波
- 检查相位重复性
- 对可疑部件进行敲击测试
- 检查所有螺栓扭矩。
- 检查是否有裂缝、磨损、劣化
- 首先纠正松紧度。 在其他诊断或纠正措施之前
维护规程
- 将螺栓扭矩检查纳入预防性维护计划。
- 记录基准扭矩值
- 扭矩随时间变化的趋势松弛
- 在关键紧固件上使用螺纹锁固剂
- 如果松动反复出现，应更换而非反复拧紧。
机械松动是机械振动的常见原因，但往往被忽视。其特有的多谐波特征、非线性行为以及对其他诊断和纠正措施的干扰，使得检查和纠正松动成为任何振动故障排除工作的首要步骤。.
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