理解异步振动
异步振动 （也称为非同步振动） 振动 在频率为 不是 确切的整数倍 — 阶次 — 轴的转速。与……不同 同步振动 从 不平衡 或 错位 （其运行速度总是为1×、2×或3×），异步振动产生的频率取决于部件几何形状、电磁效应或外部源，而非轴本身的旋转。
区分同步内容与异步内容是机械领域最基础的技能之一 诊断，因为这种划分能立即缩小故障原因的范围。同步成分通常指向与转子相关的旋转质量或几何问题；而异步成分则往往指向滚动体缺陷、电气故障，或是源自转子外部的影响。尽早准确进行这种分类，可以避免分析人员对一台实际问题在于轴承失效的机器进行不必要的平衡校正。
1. 同步与异步：核心区别
该边界完全由 阶次 — 振动频率与运行速度频率之比。若峰值出现在精确的整数阶，则为同步状态，并与轴旋转同步；若峰值出现在分数阶，则为异步状态，并遵循其他时钟。
- 同步（整数级）： 1.00×、2.00×、3.00× — 不平衡、对中不良、 弯轴, certain 松弛 patterns.
- 异步（非整数阶次）： 2.47倍、3.57倍、0.45倍——轴承缺陷、电气频率、亚同步不稳定性及外部因素。
一个有用的子类别是 次谐波 — energy 低于 1×（例如，由严重松动或摩擦引起的0.5×峰值）。次谐波是一种异步内容，与下文将进一步讨论的亚同步不稳定性并存。
2. 异步振动的常见来源
滚动轴承缺陷（最常见）
迄今为止，异步振动的最主要来源是：
- 轴承故障频率: BPFO, BPFI, BSF 和 FTF 由轴承几何形状决定，且绝非轴转速的精确倍数。
- 例子： 一台转速为 1800 转/分钟（30 Hz）的电机可能会出现 107 Hz 的 BPFO——这相当于轴速的 3.57 倍，显然不是整数。
- 诊断价值： 异步频率会立即让人怀疑是轴承出了问题。
- 检测： 包络分析 这是揭示这些成分的主要方法，通常在它们出现在常规光谱中之前很久就能检测到。
电频率
与轴转速无关的电磁振动：
- 2× 线频： 在60 Hz电源下为120 Hz，在50 Hz电源下为100 Hz，与电机转速无关。
- 例子： 一台2极60 Hz电机以约3550 RPM（59.2 Hz）转速运行，但其两倍于线频的振动频率为120 Hz——即转速的2.03倍，属于异步振动。
- 极点通过频率: 可能不是一个精确的整数倍。
- VFD harmonics: 驱动器的切换频率与轴转速无关。
外部来源
- 相邻设备： 附近机器通过地板传来的振动。
- 建筑物或地基： 结构共振 在固定频率下。
- 工艺脉动： 在管道中传播的压力波。
- 声学共振： 管道或封闭空间中的驻波。
亚同步不稳定性
随机振动
3. 光谱中的识别
光谱特征
- 固定频率： 无论速度如何变化，都以相同的赫兹值出现。
- Order shifts: 如果转速发生变化，异步频率的阶次会随之改变（因为阶次等于频率除以转速）。
- 瀑布图： 异步组件显示为 vertical 线路、同步组件，例如 diagonal 线条——这是区分它们最直观的方法。
- 阶次频谱： 异步峰值出现在非整数阶（2.47×、3.57×等）。
诊断程序
- 确定运行转速 从1×峰值开始，或者更可靠地，从 转速表.
- 计算阶次 通过将每个峰值频率除以运行速度频率。
- Integer orders (1.00×, 2.00×, 3.00×) 是同步的。
- 非整数阶 (2.47×, 3.57×) 属于异步。
- 与故障类型匹配 通过将计算出的频率与轴承频率、电力线路等进行对比。
在变速机器上，这种分离在以下情况下更为明显： 阶次分析，该方法将频率轴重新映射为运行速度的倍数，从而使同步峰值保持静止，而异步峰值则发生位移。
4. 诊断意义
轴承缺陷
- 若在BPFO、BPFI或BSF处出现异步峰，则立即提示 轴承问题.
- 计算轴承的理论频率，并将其与观测到的峰值进行比较。
- 若误差在±5%左右，则可确认轴承存在故障。
- 谐波 和 边带 缺陷频率的统计数据进一步证实了这一点。
你可以使用一个 轴承缺陷频率计算器，该函数可直接根据轴承几何形状和轴转速计算出BPFO、BPFI、BSF和FTF值。
电磁问题
外部振动
- 这些峰值既与机器转速不匹配，也与轴承频率不匹配。
- 它们可能与附近设备的运行速度一致。
- 需要进行源头排查，随后采取隔离或纠正措施。
5. 异步振动的分析技术
包络分析
- 轴承缺陷检测的主要方法。
- 增强了产生异步内容的重复性冲击。
- 抑制强烈的同步低频成分。
- 在生成的结果中清晰地显示轴承频率 包络频谱.
高频加速度
- 异步轴承的缺陷通常出现在高频范围（1 kHz以上）。
- 使用 加速度计 采用较高的 Fmax 设置。
- 这能够捕捉到低频速度测量所遗漏的冲击和高频共振。
倒谱分析
6. 实际案例
轴承有故障的电机
- Running speed: 1750 转/分（29.17 赫兹）。
- 同步组件： 1× 29.17 Hz，2× 58.34 Hz。
- 异步组件： 在 107 Hz（3.67×轴转速）处出现一个峰值。
- 诊断： 107 Hz 与计算出的 BPFO → 外环缺陷相符。
- 确认： 这种异步现象证实了这是轴承问题，而非转子问题。
变频电机
- 电机转速范围为1200至1800转/分钟。
- 1×峰值随速度变化（同步）。
- 120 Hz 的峰值保持不变（异步，2×线频）。
- 诊断： 来自60赫兹电源的电磁元件。
在现场，这种分离正是便携式分析仪的日常工作。因为像这样的仪器 Balanset-1A 该设备在读取振动频谱的同时，还能通过其光学转速计获取转速数据，从而能够当场判断特定峰值是同步还是异步的——这能立即告知工程师，解决问题的方案是平衡转子还是更换轴承。 通过识别非整数阶次、转速变化时频率保持恒定，或瀑布图上的垂直特征来辨别异步成分，正是准确识别轴承缺陷、电气问题及外部干扰的关键——并为采取正确的纠正措施指明方向。
