理解振动分析中的谐波

定义：什么是谐波？

在振动分析中， 谐波 是基频的整数倍频率。基频通常是系统的主要驱动频率，例如轴的转速。该基频被称为第一谐波或 1x. 后续谐波为：

• "(《世界人权宣言》) 第二谐波（2x） 是基频的两倍。
• "(《世界人权宣言》) 三次谐波（3x） 是基频的三倍。
• 等等（4x、5x、6x……）。

例如，如果电机以 1,800 RPM（30 Hz）的速度运行，其谐波将出现在振动频谱中的 60 Hz（2x）、90 Hz（3x）、120 Hz（4x）等。

为什么会产生谐波？

在具有纯正弦力函数的完美线性系统中（例如完美平衡的转子），仅会产生 1 倍基频。然而，现实世界中的机械并非完美线性。当部件的运动发生扭曲或非正弦时，就会产生谐波。这种扭曲可能由各种机械和电气条件引起。因此，特定谐波的存在和幅度是强有力的诊断指标。

谐波的常见原因和诊断价值

振动频谱中的谐波模式为机器故障的根本原因提供了有价值的线索。

高 1x 振幅（基本面）

1x 处的主峰通常与 不平衡. 偏心和弯曲的轴也会产生强烈的 1x 信号。

高 2x 振幅（二次谐波）

强烈的二次谐波，其振幅通常与 1x 峰值相当，是 轴错位轴的错位会导致轴在每次旋转时弯曲两次，产生强烈的2倍频分量。严重的平行错位还会产生3倍和4倍谐波。

谐波“家族”（1x、2x、3x、4x、5x……）

当你看到一系列的运行速度谐波时，这是 机械松动部件松动（例如轴承座内松动的轴承或机器底座上松动的螺栓）产生的冲击和非线性运动会扭曲振动信号，并产生丰富的谐波。松动程度越严重，产生的谐波就越多。

谐波的其他原因

• 悬臂转子： 带有悬臂转子的机器（如立式泵）上的弯曲轴可以产生强烈的 1x、2x 和 3x 谐波。
• 往复式机器： 发动机和压缩机中活塞和曲轴的非正弦运动自然会产生丰富的谐波频谱。
• 电气问题： 交流电机的问题可能会产生线路频率的谐波（例如，60 Hz 系统中的 120 Hz）。
• 摩擦： 轻微的局部摩擦可以产生一系列高阶谐波，有时高达 10 倍、20 倍甚至更多。

分析考虑

分析谐波时，重要的是要考虑：

• 哪个谐波占主导地位？ 答案指向不同的潜在故障。
• 有多少个谐波？ 数量较大则表明松动或严重变形。
• 振幅趋势如何？ 谐波幅度随时间的增加表明情况正在恶化。
• 它们是径向的还是轴向的？ 例如，不对中通常表现为较高的轴向振动，而不平衡则主要表现为径向振动。

通过检查基频和谐波频率的完整模式，振动分析师可以高度自信地诊断机器问题。

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