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皮带传动的振动特征及诊断

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 皮带传动由于结构简单,特别适用于两轴中心距较大的传动场合,而且传动平稳无噪声,能缓冲、吸振,同时当过载时,皮带将会在带轮上打滑,可防止薄弱零部件损坏,起到安全保护作用。由于有以上众多优点,所以现场使用广泛,但相对而言却比联轴器类故障率要高得多。

 

1. 皮带传动故障形成原因

 皮带传动工作时所受的应力有:由紧边和松边拉力产生的应力;由离心力产生的应力;带在带轮上弯曲产生的弯曲应力。其主要失效形式为:皮带打滑及疲劳损坏。

 

2. 皮带传动故障类型

 一个系统的任何部位出现问题可能都会影响到皮带的传动,在此不做重复,可参考其它所述的诊断方法。仅就皮带及皮带轮方面的故障类型有:皮带轮不对中、皮带轮偏心、安装不当、皮带张力调节不当、皮带过量磨损或制造上的缺陷。

 

3. 皮带传动振动机理

 带传动的横向振动主要发生在两个带轮之间的直线段。由于传动带的断面尺寸远小于两带轮之间的中心距,带的抗弯刚度较小,因此带传动的横向振动力学模型可以近似地认为是一张弦的横向振动,其中弦的张力为带传动的张力,弦的长度为两带轮之间的直线部分长度。由于带轮存在偏心或带轮轴承有间隙,将使传动带的两端在垂直于带的方向产生简谐运动。皮带频率由下式计算:


4. 皮带传动故障诊断

大多数情况下,皮带自身缺陷产生的振动频率为皮带转速的倍频,如 2×,3×,4×等等。皮带缺陷极少造成转动基频(1×皮带转速)的大振动。这个原因同齿轮相似,皮带轮缺陷在皮带旋转一周内会产生几次激振力,当皮带缺陷旋转到皮带轮时产生第一个激振,当皮带缺陷离开带轮时产生一个相反的激振力。一个带传动系统中至少存在两个皮带轮,皮带缺陷经过第二个皮带轮时,将产生同样的激振。如果系统中有皮带脱辊,皮带缺陷旋转将产生更多的激振力。如果是多带传动,且有几个传动带存在缺陷,则会产生更高的皮带转动频率的倍频。

 在分析皮带传动系统的振动时,必须要考虑皮带数量、带轮和张紧轮数量以及缺陷数量,这些会产生皮带转速的倍频或谐频。因此,事先知道皮带转速和可能出现的谐波频率极其重要。知道这些简单的数据信息,振动分析者可以从中找出相应频率。

 

4.1 皮带故障简易诊断

4.1.1观察一组皮带的弹跳程度,可有效发现是否存在皮带松动等问题。另外带松可以通过计算皮带轮的变速比,推算出从主动轮到被动轮的精确转频,看是否偏低。

 

4.2 皮带故障谱图相位诊断

4.2.1皮带频率低于电动机或被驱动机器的转速频率。

4.2.2皮带磨损,松动,不匹配

 皮带磨损,松动,不匹配时,通常引起皮带频率的1~4倍的频率振动。2倍皮带频率往往是占优势的峰值。这些振动幅值通常不稳定,有时还伴有驱动电动机或被驱动机器的转速频率。在同步皮带驱动中,同步皮带频率处大振动幅值指示磨损或皮带轮不对中。

4.2.3皮带、皮带轮不对中

  皮带轮不对中在轴向方向产1转速频率占优势的大振动。驱动电动机对被驱动机器转速频率的幅值之比与采集数据的位置,相对质量和框架刚性有关。皮带轮不对中时,电动机最大的轴向振动常常是风机转速频率,反之亦然。把相位滤波器设定在最大轴向振动幅值的皮带轮转速频率,测量相位,然后与在每个转子的轴向方向这个具体的频率处的相位作比较可以证实之。

4.2.4皮带轮偏心

 偏心的皮带轮引起偏心的皮带的 1 转速频率的大振动。振动幅值通常在皮带成一直线的方向最大, 表现在驱动和被驱动机器两者的轴承上。有时可以对锥形锁紧螺栓加垫圈便可以平衡偏心的皮带轮。然而,即使平衡了,偏心仍会引起振动和皮带中交变疲劳应力。相位分析表明是水平和垂直方向相位差约0度或180度,则可证实是皮带轮偏心。

4.2.5皮带共振故障

 如果皮带自然频率接近或者与电动机或被驱动机器的转速频率一致,皮带共振可引起大的幅值振动。改变皮带张力,皮带长度或皮带横截面可以改变皮带的自然频率。在测量皮带轮或轴承的响应时,张紧然后松开皮带,可以检测皮带的自然频率。然而,运转时,皮带自然频率趋向于略高于拉紧侧的皮带的自然频率,低于松弛侧的皮带的自然频率。

4.2.5皮带轮偏斜可以通过皮带特征频率看出来,由于一组皮带经常是多根,常表现出来的故障频率有2、4、6、8倍频中的某一个或几个占主导。

 

 整个传动系统中既有各设备转速频率及谐波,又有皮带频率谐波成分,往往时相互交叉影响,特别是一些大的振动,比如电机表现出很高幅值的皮带振动频率,甚至超出因皮带轮偏斜产生的力所能达到的振幅,此时不要轻易下结论说是皮带轮偏斜,当然有这样的因素在里面,主要的原因可能是底座刚度不足,所引起的强迫振动或共振。

 

 另外需要注意的一个问题是,对皮带进行振动分析需要足够的分辨率,否则你会发现低频处“乱糟糟”一堆重合在一起峰值。

 

    除皮带及皮带轮本身振动外的其它机械振动问题,参考其它机械诊断方法可有效的进行鉴别,比如机械松动振幅及相位比较方法。



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