什么是振动相位，如何测量应用，以及故障诊断中的实际应用

相位

相位、振幅、频率是振动三要素之一，在振动分析中都是是必不可少的。

相位是在给定时刻，振动部件被测点，相对于固定参考点所处的角位置，单位是度［°］。相位能比较一台机器上，不同位置运动的相对方向，有助于确定机器的不同点与其他点的相对运动情况（通常是不同轴承）

相位是时间t的函数。振动信号的相位，表示振动质点的相对位置。不同振动源产生的振动信号都有各自的相位。相位相同的振动，会引起合拍共振，产生严重的后果；相位相反的振动引起振动互相抵消，起到减振的作用。由几个谐波分量叠加而成的复杂波形，即使各谐波分量的振幅不变，仅改变相位角，也会使波形发生很大变化，甚至变得面目全非。

相位测量分析在故障诊断中有着重要的地位，一般用于谐波分析，动平衡测量，识别振动类型和共振点等许多方面。

1. 相位测量规则

1.1 为了说明通常情况下的相位, 需要一个规则， 相位用一个圆360°表示。将相位和表盘指针相比拟: 从1点到12点。相位角是表盘上显示的标志。

1.2 因为计算角度是根据振动部件所达到的正弦峰值计算的,所以要得到相位角就必须有振幅峰值。

1.3 采集的相位是同一时间同一频率的。比如基频相位，分析者必须说明频率值。

1.4 不同频率相位的测量振动频率为 1 倍频，只需要在轴上贴一个反光带标记；振动频率为 2 倍频， 需要对称贴两条反光带（相隔 180°）。如果振动频率是 3 倍频，在轴上要贴 3 条反光带，相互间隔 120°。换句话说，我们能对任何谐波频率和转速的倍频进 行相位分析，这时只需在旋转轴上贴适当数量的反光带便可以。

1.5 一旦开始相位分析, 就绝对不能改变所使用的振幅单位，因为速度超前位移1/4周期(90°) 而落后比加速度1/4周期。加速度落后位移1/2周期(180°)

1.6 不同测点振动传感器的安装方向应同向, 若感器反向安装。必须在最后读数时必须说明方向。因为两个传感器方向差180° , 必须将测量的相位角中的一个调整180°。一旦做了调整, 相位角就相等了，即轴承为同相运转。

1.7 一个轴承不同点的读数是相对值；相邻轴承同一方向的读数是相对值；同一确定点在不同时间的读数是相对值。从这些读数我们可以得到的信息是：部件是如何运动的——即部件之间是如何相对运动的。

1.8 振动传感器位置变化引起的相位变化：振动传感器顺转向移动时，由于振动传感器检测到的振动信号滞后，度数相位增大；相位传感器顺转向移动时，则相位度数减小；因实际机组由于垂直和水平方向上油膜和支承动力特性有差异，仪表指示的相位变化与振动传感器移动角度并不严格一致。

2. 相位应用

2.1 利用相位可区别不平衡、偏心和弯曲转子的故障

不平衡转子、偏心转子和弯曲转子都能引起较大的振动，这些故障的频谱图非常相似，以振动幅值和谱图很难区分这3种故障，但是若依据振动相位加以区别，就使问题变得相当简单和轻松。　

对于双支承转子，若同一轴承上水平方向与垂直方向振动相位差约90° （±30°），内侧轴承与外侧轴承水平方向振动的相位差接近垂直方向振动的相位差，则转子为不平衡故障；对于悬臂转子，如果支承转子的两轴承的轴向相位近似相等（±30°），则说明悬臂转子不平衡。

偏心转子同一轴承上水平方向与垂直方向振动相位差约为0°或180°。这里所说的偏心转子指的是轴的中心线与转子的中心不重合的转子，也就是说旋转体的几何中心与旋转轴心存在偏心距。　

弯曲轴的两个轴承之间的轴向方向相位变化接近180°，这与弯曲的程度有关。对同一轴承不同点的轴向方向做若干测量，通常会发现在轴承的左侧和右侧测量的相位之间发生接近180°的相位差，在同一轴承的上侧与下侧测量的相位之间也发生接近180°的相位差。

2.2 利用相位可诊断联轴器不对中故障

判断不对中故障的最有效的方法是评定联轴器两侧的振动相位，当联轴器两侧的相位差接近 180°（±40°～ 50°）时，则说明是联轴器不对中故障，不对中程度愈严重，相位差愈接近180°。

当联轴器不对中时，支承联轴器任一侧转子的两个轴承径向方向的相位差接近0°或180°（± 30°）；在比较水平方向与垂直方向相位差时，大多数联轴器不对中故障则表现为垂直方向与水平方向之间的相位差接近180°

振动变化在故障诊断中有很重要的作用，同样，在诊断不对中故障时，也要注意相位的变化，可提高诊断的准确率。对于一些需要热补偿的转子，如果设备从室温开始升速，开始时它应该显示不对中的征兆，当设备完全达到运行温度时 不对中征兆便消失，比如，联轴器两侧的相位差开始应该在 150°～180°，最后可降到接近0°～30°。

2.3 利用相位可以诊断轴承偏转故障

当轴承不对中或是卡住在轴承上时，可引起大的轴向振动。此时，利用振动幅值或频谱进行诊断往往不能凑效。如果在一轴承彼此间隔90°的 4 个点的轴向方向测量相位，上下或左右的相位差为180°，则说明该轴承偏转或者说是卡住在轴上。

2.4 利用相位可以确定转子的实际临界转速

转子在升速或者在降速过程中，利用振动幅值可以确定转子的临界转速，利用振动相位的变化也可以确定转子的临界转速。当机器通过临界转速时，在临界转速处振动相位精确的变化 90°，直到没有更大的放大为止，相位变化继续变到180°。

对于一般设备来说，相位是确定共振的最佳手段。

2.5 利用相位可以区别机械松动故障

结构框架或基础松动包括4种不同的故障：一是结构松动或机器底脚、基础平板和混凝土基础弱；二是变形或破碎的砂浆；三是框架或基础变形；四是地脚螺栓松动。这种类型的松动，由于具有与不平衡故障几乎相同的振动频谱，因此，常常被误诊为不平衡，如果仔细观察相位特性，能有效加以区别。

比较每个轴承座的水平和垂直方向相位时，如果振动非常定向，同时相位差为 0 ° 或180 ° ，则可能是松动故障，而不是不平衡。此时，将测量从轴承座下移到底脚、基础平板、混凝土和周围地板上，利用大的相位变化，可能会确定故障所在。

2.6 确定转子振型

根据各轴承的振动相位，将各个测量相位连线，可基本确定轴系的振型。对刚性转子，两端轴承振动相位同相为圆柱形振动，反相为圆锥形振动。对挠性转子，两端轴承振动相位同相为一阶振型、三阶振型、…，反相为二阶振型、四阶振型、…。

相位结合频谱、幅值、位置、负荷等其它振动参数的诊断应用在后续章节中加以介绍。

来源：北京樽祥科技头条号