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皮带传动振动诊断

皮带传动的风机、水泵和空调机组很常见,振动问题也常集中在皮带和带轮上。皮带频率低于两根轴的转频,又不是转频的整数倍,频谱上的这些峰如果不先算出来,很容易被误当成松动或其他故障。本页说明皮带频率怎么算、几类典型问题的特征、频闪观察的用法,以及处理后如何复测。

皮带频率的计算与特点

皮带频率是皮带绕完整一圈的频率,等于皮带线速度除以皮带长度;线速度可以用任一带轮的节圆周长乘以该带轮的转频得到。由于皮带长度总是大于两个带轮的周长,皮带频率低于电机和被驱动设备的转频,并且一般不是任何一根轴转频的整数倍。

皮带上的局部缺陷,例如开裂、鼓包、硬化段或接头不均,每绕一圈要经过两个带轮,在主动轮和从动轮处各引起一次冲击,因此频谱上二倍皮带频率往往比基频更明显,并伴有若干阶谐波。多根皮带并联时,各根皮带长度和张紧状态不同,频率略有差别,频谱上表现为一簇靠得很近的峰,幅值也不稳定,时大时小。

同步带的情况有所不同:带齿与带轮齿逐一啮合,会产生啮合频率,等于带轮齿数乘以该带轮转频,也等于皮带齿数乘以皮带频率。同步带磨损、带轮齿面磨损、张紧不当或带轮不对中时,啮合频率及其谐波升高,常伴有明显的啸叫。

计算前要掌握的参数包括两个带轮的节圆直径、中心距或皮带型号与长度、皮带根数,以及实测的两轴转速。实测转速很重要,它能同时检查皮带有没有打滑:被驱动设备的转速明显低于按带轮比算出的值,说明存在滑动。

典型问题与判断方法

现场现象频率特征可能原因怎么确认
皮带拍打、抖动,振动时大时小皮带频率及其谐波,二倍皮带频率常较明显,幅值不稳定皮带磨损、长度不一致或张紧不足频闪观察皮带跨段;检查张紧和皮带表面
一侧机器一倍转频高,沿皮带方向最大偏心带轮所在轴的一倍转频,另一台机器上也能测到带轮偏心、带轮轮槽跳动、轮毂与轴配合间隙百分表测带轮径向和端面跳动;比较水平与垂直相位关系
轴向振动偏高一倍转频为主,电机上可能测到被驱动设备的转频,反之亦然带轮不对中,包括平行偏移、角度偏斜和扭斜用直尺或对中工具检查两个带轮的轮槽面
某一转速下皮带跨段剧烈摆动某轴转频附近幅值突然增大皮带跨段的固有频率与转频接近调整张紧力后观察摆动是否消失或转移到其他转速
电机驱动端轴承温升高、反复损坏轴承特征频率和高频成分升高张紧过度,轴承径向负荷过大按规定方法检查张紧力;检查轴承负荷方向的磨损痕迹
被驱动设备转速偏低,伴有啸叫两轴实测转速比偏离带轮比张紧不足或轮槽磨损,皮带打滑实测两轴转速;用槽规检查轮槽磨损
同步带传动有规律的冲击声同步带啮合频率及谐波升高带齿或带轮齿磨损、张紧不当、带轮不对中停机检查带齿与带轮齿面;复核对中和张紧

与转频问题的区分

皮带传动设备最容易混淆的有两类:一是把皮带频率的谐波当成转频问题,二是把带轮偏心当成不平衡。前者发生在皮带频率的某阶谐波恰好靠近某根轴的转频时,分辨率不够就会合成一个峰,误以为是不平衡或不对中。先算出皮带频率及其谐波的位置,再用足够高的分辨率细看,通常就能分开。

带轮偏心产生的是皮带张力随转动的周期变化,力沿两带轮中心连线方向作用,所以沿皮带方向的一倍转频最大,而且这个力会经皮带传到另一台机器上。不平衡力是旋转的,各径向方向都有,水平与垂直相位通常相差接近九十度;偏心引起的振动方向性强,水平与垂直相位多为同相或反相。在偏心带轮上做动平衡,往往只能使一个方向下降,另一个方向反而上升。

带轮不对中最典型的表现是轴向振动大。由于两台机器通过皮带相互影响,轴向振动最大的位置不一定在不对中的那一端,电机上测到的可能是风机转频,风机上测到的可能是电机转频。必要时可以拆下皮带,让电机单独运转:皮带和被驱动设备的影响去掉以后,电机自身的不平衡、轴承和电磁问题就能单独评估。

  • 先算皮带频率及各阶谐波,标注在频谱上,再判断其余峰值。
  • 实测两轴转速,分别标出两根轴的一倍转频和谐波。
  • 比较沿皮带方向与垂直于皮带方向的幅值和相位,判断偏心还是不平衡。
  • 轴向振动高时优先检查带轮对中,而不是急于做动平衡。

频闪观察的用法

频闪仪以设定的频率闪光,当闪光频率与运动部件的运动频率一致时,部件看起来像静止一样。把闪光频率设为皮带频率,可以观察皮带上的鼓包、裂纹和硬化段,以及跨段是否在拍打或扭动;设为带轮转频,可以观察带轮是否摆动、轮槽是否偏斜、配重块和轮毂是否有异常。微调闪光频率让图像缓慢移动,还能看出皮带在轮槽中跳动、跨段振幅随转动的变化过程。

要注意,闪光频率为运动频率的整数分之一时,图像同样会静止,所以应从振动频谱上的频率出发设置,而不是凭肉眼找到静止就定下来。观察时必须保持护罩完整,从护罩观察孔或网孔中观察,不得靠近运动部件;频闪会使人对转动部件产生静止的错觉,现场要特别提醒其他人员。

频闪观察是对振动频谱的补充:频谱告诉我们问题在哪个频率,频闪让人直接看到对应的部件在怎样运动,二者对照,判断更直观,也便于向现场维修人员说明问题所在。

测点布置与需要准备的资料

  1. 测点位置在电机靠近带轮一端的轴承座和被驱动设备靠近带轮一端的轴承座上布置测点,远端轴承座作为对比。
  2. 测量方向径向分别取平行于皮带跨段方向和垂直于皮带方向,再加测轴向;方向在每次测量中保持一致,便于对比。
  3. 转速与相位测量两根轴的实际转速,需要判断偏心与不平衡时同时测相位。
  4. 工况记录记录负荷、风门或阀门开度,皮带更换和张紧调整的时间;新皮带运行一段时间会伸长,记录有助于解释变化。
  5. 设备资料带轮节圆直径、皮带型号与根数、中心距、轴承型号,以及以往的维修记录和皮带更换周期。
  6. 对比测试需要时在调整张紧前后、更换皮带前后分别测量,或拆下皮带让电机单独运行,用对比结果锁定原因。

处理措施与复测验证

  • 多根皮带并联时整组同时更换,选用长度配组一致的皮带,不要新旧混用。
  • 按皮带厂家规定的方法检查和调整张紧力,可用挠度法或测量跨段固有频率的方法;新皮带运行初期会伸长,需要再检查一次。
  • 带轮偏心或轮槽跳动超出要求时,修正或更换带轮,检查轮毂与轴的配合和键;不要用配重去掩盖偏心。
  • 用直尺或对中工具校正带轮,使两个带轮的轮槽在同一平面内,同时检查电机底座滑轨和调节螺栓是否松动。
  • 轮槽磨损明显时更换带轮,否则新皮带也会很快磨损并打滑。
  • 跨段共振可通过调整张紧力、加装张紧轮或改变中心距来改变跨段固有频率。
  • 上述问题排除以后,转子本身的不平衡仍然偏高时,再进行现场动平衡。
  • 处理后在相同负荷和测点下复测,比较皮带频率谐波、一倍转频和轴向振动的变化,并记录张紧力和更换日期,作为下一次巡检的对比依据。

现场测试怎么安排

现场测试由北京团队的工程师带仪器完成;测点方案、评价依据和报告形式在方案中与您确认。北京以外的项目按地点、测点数量和工期安排人员和仪器。需要配合材料检测或失效件分析的,可以与失效分析一并安排。

常见问题

皮带频率怎么算?需要提供什么参数?

皮带频率等于带轮节圆周长乘以该带轮转频,再除以皮带长度。需要提供两个带轮的节圆直径、皮带型号和长度或中心距、皮带根数,转速最好现场实测,同时可以核对皮带是否打滑。

换了新皮带,振动还是大,为什么?

常见原因是带轮偏心或不对中没有处理、轮槽已经磨损、多根皮带长度不配组,或者张紧力不合适。也可能问题本来就不在皮带,而是转子不平衡、轴承或底座共振,需要按频率特征逐项排查。

带轮偏心能用动平衡解决吗?

一般不能根本解决。偏心产生的是沿皮带方向的张力变化,配重只能在某一方向抵消一部分,常出现一个方向下降、另一个方向上升的情况。应测量带轮跳动,修正或更换带轮。

皮带是不是张得越紧越好?

不是。张紧不足会打滑、拍打、磨损加快;张紧过度会使轴承径向负荷过大,电机驱动端轴承容易过早损坏,轴也承受更大弯曲。应按皮带厂家规定的方法和要求调整。

测试时需要拆下皮带护罩吗?

常规振动测量不需要拆护罩,测点在轴承座上。频闪观察一般从护罩观察孔或网孔中进行;需要检查带轮跳动和对中时,应停机并执行挂牌上锁后再拆护罩。

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