一、概述

對(duì)于共振現(xiàn)象的了解，人們Z為熟悉的是18世紀(jì)中葉，一隊(duì)士兵通過法國(guó)昂熱市一座大橋時(shí)，邁著威武雄壯、整齊劃一的步伐，快走到橋中間時(shí)，橋梁突然發(fā)生強(qiáng)烈的震動(dòng)，Z終斷裂塌陷，造成許多人落水喪生。造成慘劇的罪魁禍?zhǔn)拙褪枪舱瘢∫驗(yàn)槭勘R步走時(shí)，產(chǎn)生的頻率正好和大橋的固有頻率一致，使橋的振動(dòng)突然加劇，當(dāng)振幅達(dá)到Z大限度直至超過橋梁的抗壓力時(shí)，橋就斷裂了。還有古代的魚洗，用手緩慢有節(jié)奏地摩擦盆邊兩耳，盆會(huì)象受擊撞一樣振動(dòng)起來，盆內(nèi)水波蕩漾。摩擦得法，可噴出水柱。當(dāng)兩手搓雙耳時(shí)，產(chǎn)生兩個(gè)振源，振波在水中傳播，互相干涉，使能量疊加起來，所以這些能量較大的水點(diǎn)，會(huì)跳出水面。這也是發(fā)生了共振。  

自然中有許多地方有共振現(xiàn)象。那么共振的定義是什么呢，共振是指一個(gè)物理系統(tǒng)在特定頻率下，以Z大振幅做振動(dòng)的情形。此一特定頻率稱之為共振頻率。人類也在其技術(shù)中利用或者試圖避免共振現(xiàn)象。

共振是物理學(xué)上的一個(gè)運(yùn)用頻率非常高的專業(yè)術(shù)語。現(xiàn)象是兩個(gè)振動(dòng)頻率相同的物體，當(dāng)一個(gè)發(fā)生振動(dòng)時(shí)，引起另一個(gè)物體也一起振動(dòng)。 從某種程度上甚至可以說，是共振產(chǎn)生了宇宙和世間萬物，沒有共振就沒有世界，它又有著非常巨大的危害性。

當(dāng)今，旋轉(zhuǎn)設(shè)備廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，在生產(chǎn)中占著十分重要的地位，一旦設(shè)備出故障，會(huì)給生產(chǎn)或環(huán)境造成巨大的影響和損失。在旋轉(zhuǎn)設(shè)備故障中，振動(dòng)故障占絕大多數(shù)，振動(dòng)故障常見的有不平衡、不對(duì)中、松動(dòng)、碰磨、軸承損壞、共振等，共振作為造成振動(dòng)的主要原因之一，但它的故障特征與不平衡故障特征容易相混淆，共振也分很多種，今天從實(shí)際例子出發(fā)對(duì)基礎(chǔ)共振故障的機(jī)理和振動(dòng)特征做介紹，了解一下對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備共振故障的診斷和處理。

二、旋轉(zhuǎn)設(shè)備共振故障特征

1、共振發(fā)生的原因

  （1）設(shè)計(jì)、制造方面的原因。

     機(jī)組在設(shè)計(jì)、制造時(shí)系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)不盡合理，致使工作轉(zhuǎn)速接近或落入臨界轉(zhuǎn)速區(qū)。一般將轉(zhuǎn)軸的固有頻率所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速當(dāng)作轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速與臨界轉(zhuǎn)速相等或相近時(shí)，設(shè)備便會(huì)發(fā)生共振。

  （2）運(yùn)行、操作方面的原因。在設(shè)備啟用、停車或升降轉(zhuǎn)速過程中操作不當(dāng)，在臨界區(qū)停留時(shí)間過長(zhǎng)，從而引起共振，振動(dòng)增大。

  （3）安裝、維護(hù)方面的原因。設(shè)備安裝不當(dāng)或在使用中，系統(tǒng)的支撐條件（剛度）發(fā)生變化，致使設(shè)備的固有頻率發(fā)生改變，從而與激勵(lì)頻率過于接近，引起共振。

2、基礎(chǔ)共振的故障特征

  基礎(chǔ)和機(jī)組的振動(dòng)形式

當(dāng)物體A的固有頻率和物體B的振動(dòng)頻率相近時(shí),物體B就會(huì)引起物體A的共振。所謂物體的固有頻率是指，當(dāng)物體在不受外力作用或所受合外力為零的情況下，振動(dòng)時(shí)的頻率，比如，一把尺子，用手使它彎曲，然后松開手，尺子就會(huì)振動(dòng)，這時(shí)，振動(dòng)的尺子受合外力是為零的，此時(shí)尺子的振動(dòng)頻率就是尺子的固有頻率。

系統(tǒng)一般有多個(gè)共振頻率，在這些頻率上振動(dòng)比較容易，在其它頻率上振動(dòng)比較困難。假如引起振動(dòng)的頻率比較復(fù)雜的話（比如是一個(gè)沖擊或者是一個(gè)寬頻振動(dòng)）一個(gè)系統(tǒng)一般會(huì)“挑出”其共振頻率隨此頻率振動(dòng)，事實(shí)上一個(gè)系統(tǒng)會(huì)將其它頻率過濾掉。

設(shè)備B的振動(dòng)幅值與設(shè)備B的阻尼系數(shù)、基礎(chǔ)A的自振頻率、設(shè)備B自振頻率與基礎(chǔ)A振動(dòng)頻率的比有關(guān)。當(dāng)設(shè)備B的自振頻率與基礎(chǔ)A的自振頻率相等時(shí)，設(shè)備B的振動(dòng)幅值達(dá)到Z大值，在無阻尼的情況下，B的振動(dòng)幅值將達(dá)到無窮大，共振使設(shè)備B產(chǎn)生不可估量的破壞。改變基礎(chǔ)A的剛度或質(zhì)量，可以使基礎(chǔ)A的自振頻率發(fā)生改變，從而避免基礎(chǔ)共振的發(fā)生，減小B的振動(dòng)。

共振發(fā)生時(shí)，設(shè)備振動(dòng)的頻率顯示以一倍頻為主，引起一倍頻的主要原因有：不平衡、松動(dòng)、碰磨、共振等。不平衡引起的振動(dòng)在徑向上表現(xiàn)基本相同，而不會(huì)出現(xiàn)某個(gè)方向振動(dòng)超大。松動(dòng)或碰磨會(huì)出現(xiàn)高次諧頻，而不是單一的一倍頻。

故而基礎(chǔ)引起共振時(shí)的特征與不平衡類似，頻率顯示以一倍頻為主，但會(huì)顯示出某一個(gè)方向上振動(dòng)極大并呈不穩(wěn)定性。

三、案例分析

1、案例一：電機(jī)基礎(chǔ)剛度差，引起共振 

      該引風(fēng)機(jī)電機(jī)及軸承箱的基礎(chǔ)為金屬框架結(jié)構(gòu)（與上圖的結(jié)構(gòu)類似），剛啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速未達(dá)到正常時(shí)振動(dòng)不大，運(yùn)轉(zhuǎn)正常時(shí)設(shè)備振動(dòng)很大，設(shè)備振動(dòng)與基礎(chǔ)框架的震動(dòng)幅值相當(dāng)，振動(dòng)幅值極大（50-70mm/s），設(shè)備各點(diǎn)引起震動(dòng)的頻率為轉(zhuǎn)速頻率的1倍（16.49HZ），設(shè)備停運(yùn)時(shí)對(duì)基礎(chǔ)做敲擊試驗(yàn)，得出基礎(chǔ)支架的固有頻率為（16.89HZ），與電機(jī)的1倍轉(zhuǎn)速頻率相近，故而產(chǎn)生共振，使振動(dòng)加劇。 

 也就是說，電機(jī)基礎(chǔ)框架的自振頻率（16.89HZ）與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速頻率（16.49HZ）相近，因此該基礎(chǔ)框架與電機(jī)的共振引起很大的震動(dòng)。

一般電動(dòng)機(jī)應(yīng)該要安裝在水泥澆注的地基上，或者安裝在很重的底盤上，但該電機(jī)的基礎(chǔ)框架的剛性較差，故而建議該車間對(duì)該電機(jī)的基礎(chǔ)進(jìn)行加固，對(duì)電機(jī)側(cè)的金屬框架進(jìn)行多條加筋處理，使基礎(chǔ)部分的固有頻率增加，以增大與電機(jī)的振動(dòng)頻率（驅(qū)動(dòng)力頻率）之差來防止基礎(chǔ)的振動(dòng)。改變基礎(chǔ)的固有頻率后，故障消除，各點(diǎn)的振動(dòng)正常。

2、案例二：攪拌器電機(jī)因?yàn)橥饧拥娜强蚣芤鸸舱?/span> 

我廠聚丙烯一臺(tái)攪拌器，電機(jī)連接2組減速箱，電機(jī)處外加了一個(gè)鋼筋三腳架，設(shè)計(jì)單位是為了固定電機(jī)防止振動(dòng)的，但該電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中振動(dòng)很大。 

攪拌器電機(jī)新加支撐中北側(cè)支撐管的震動(dòng)： 

從圖中可以看出，外加三腳架的固有頻率（10HZ）與電機(jī)轉(zhuǎn)速頻率（10HZ）相同，故而存在著共振，但頻譜圖中顯示還存在著高次諧頻，共振與其它故障并存，它在其中是加劇了振動(dòng)，故要查明引起振動(dòng)的根本原因，首先需消除掉攪拌器電機(jī)處外加三腳架所產(chǎn)生的共振問題，才能進(jìn)一步查明問題，消除振動(dòng)。

車間在去掉攪拌器電機(jī)處所加的三腳支撐后，各點(diǎn)振動(dòng)減小明顯，但仍未達(dá)到正常值，頻譜圖上仍顯示存在轉(zhuǎn)頻的高次諧頻，懷疑下部攪拌器有碰磨現(xiàn)象，在進(jìn)一步拆檢過程中發(fā)現(xiàn)扇葉確實(shí)與罐壁發(fā)生了輕微的碰磨。 

四、結(jié)語

對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障診斷時(shí)，不能忽視機(jī)組及其支撐基礎(chǔ)系統(tǒng)的問題，基礎(chǔ)共振一般易發(fā)生在新建機(jī)組或運(yùn)行轉(zhuǎn)速發(fā)生變化的機(jī)組上，設(shè)計(jì)不合理，基礎(chǔ)剛性差等原因，其振動(dòng)特征是振動(dòng)具有很強(qiáng)的方向性、不穩(wěn)定性，振動(dòng)頻率以一倍頻為主。為防止共振對(duì)設(shè)備產(chǎn)生破壞性影響，可以通過改變基礎(chǔ)的自振頻率或改變工作轉(zhuǎn)速有效的消除共振，但有時(shí)候系統(tǒng)的工作轉(zhuǎn)速是不容易改變的，就要通過改變基礎(chǔ)的剛度或基礎(chǔ)的質(zhì)量來改變基礎(chǔ)的自振頻率，使該自振頻率與轉(zhuǎn)速頻率遠(yuǎn)離，消除共振。

在設(shè)備使用的過程中更要加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行條件發(fā)生改變（如基礎(chǔ)出現(xiàn)裂紋）時(shí)，要及時(shí)處理消除隱患，以免故障進(jìn)一步擴(kuò)展。 

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