來源：因聯智慧診斷微信公眾號 作者：因大師
機械摩擦有內摩擦與干摩擦之分，今天，給大家分享的是由干摩擦引起的故障診斷。
干摩擦是指轉子與靜子之間的摩擦。這類摩擦大多數表現為徑向摩擦，也有少數情況下表現為端面摩擦，此外還有配合面之間的摩擦。徑向摩擦的例子很普遍，如轉子與密封件的摩擦，轉子與隔板的摩擦，電動機轉子與定子的摩擦，葉輪、齒輪、風扇與機殼或護罩的摩擦等，都屬于這一類問題。另外，滾動軸承外圈與軸承座孔，以及轉軸與軸承內圈或轉軸與其他零件（如葉輪、聯軸器等）因配合松動而引發的摩擦，也與此類情況相似。在這種情況下，松動是原發性故障，摩擦是引發性故障，其頻率表現兩者兼而有之。
1 摩擦的振動特征
(1) 頻率特征
轉子和定子之間發生徑向摩擦，從表現程度上分析有兩種情況。一種是轉子在渦動過程中與定子發生偶然的或周期性的局部碰擦；另一種是轉子與定子的接觸弧度較大，甚至發生360°的接觸摩擦。不論何種摩擦形式，在頻率上都有比較明顯的特征。
摩擦振動屬于非線性振動，頻帶范圍較寬，除了1x基頻外，還有2x、3x等高次諧波，以及1/2x、1/3x等低次諧波成分，如圖1所示。
圖1 摩擦的典型頻譜
在某些特殊情況下，摩擦還可能激起系統的固有頻率振動。在現場診斷中，有時會碰到一個在不同轉速下都出現但又不知來歷的高頻分量，這個頻率很可能就是機器的固有頻率。
(2) 幅值變化
摩擦振動在幅值變化上呈現非穩定狀態，局部碰擦時更為突出。隨著故障擴大，摩擦弧度增加，其時轉頻幅值反而有所下降， 2次、3次……高次諧波幅值卻有所增長，發展下去將導致轉子失穩。
(3) 波形特征
轉子與定子之間的徑向摩擦，在時域波形上常常表現為削波狀態，“截頭余弦”形狀的波形常被視為摩擦故障特有的重要標志。
2 摩擦故障的診斷方法
診斷摩擦故障除了考察頻域特征外，還要觀察各個特殊頻率的幅值變化和振動波形特點，以便把它與其他故障區別開來。
3 實例分析
【實例1】 有一次，某科研單位在雙盤轉子試驗臺上作振動試驗。當轉速升到接近12000r/min時，轉子開始發生油膜振蕩，振動值突然升高。其在68-72Hz頻率處出現高幅值，并可以看到轉軸與保護架內孔因發生強烈摩擦而迸發出強烈火花。這時振動信號的主要頻率成分及其位移幅值時域波形和頻譜如圖2所示，各頻率所對應的幅值見表1。
a) 振動波形；b) 振動頻譜
圖2 轉子強烈摩擦時的波形和頻譜
表1 各特征頻率幅值及其倍頻關系
從波形圖上可以看到，近似正弦波形在波峰處被“截斷”，呈典型的“截頭狀”。在復雜的頻率結構中，由于轉子強烈摩擦而激起的轉子多階自振頻率和轉速倍頻占據著主導作用。這是一個感官觀察（目視摩擦火花）與信號分析統一的典型的摩擦實例，對理解摩擦的本質特征很有參考價值。
【實例2】 某廠一臺3w—1BI型高壓水泵的電動機，轉速為1485r/min，泵軸轉速225r/min，水泵的軸承為滑動軸承，設備運行中發現水泵軸承的垂直方向 (V) 振動強烈。其振動信號的時域波形如圖3所示，頻譜如圖4所示。
圖3 水泵軸承垂直方向振動波形圖
圖4 水泵軸承垂直方向振動頻譜圖
水泵軸承垂直方向的振動波形成單邊“截頭”狀，頻譜結構主要是轉頻及其高次諧波，都呈典型的摩擦特征。后經檢查發現，該軸承由于潤滑油路堵塞而形成干摩擦。
由此可見，頻率分析結合波形觀察，是診斷摩擦故障的有效方法。
