機械故障診斷學(xué)第4章_振動診斷的理論基礎(chǔ)

4振動診斷的理論基礎(chǔ) 振動診斷 以機械系統(tǒng)在某種激勵下的振動響應(yīng)作為診斷信息的來源 通過對所測得的振動參量 振動位移 速度 加速度 進行各種分析處理 并以此為基礎(chǔ) 借助一定的識別策略 對機械設(shè)備的運行狀態(tài)作出判斷 進而給出機械的故障部位 故障程度 以及故障原因等方面的信息等 討論內(nèi)容 機械振動的運動學(xué)機械振動的建?；A(chǔ) 按參考書自學(xué) 單自由度的自由振動 按參考書自學(xué) 單自由度系統(tǒng)的強迫振動 按參考書自學(xué) 4 1機械振動的運動學(xué) 機械振動及其分類按對系統(tǒng)的輸入不同分類按對系統(tǒng)的輸出特性分類按系統(tǒng)的自由度數(shù)目分類按描述系統(tǒng)的微分方程分類按位移振動特征分類按振動頻率范圍分類機械振動按其輸出的分類描述 機械振動 由于受外界條件的影響 機械系統(tǒng)將會圍繞其平衡位置作往復(fù)運動 是一種特殊的運動的形式 振動分析 研究機械系統(tǒng) 輸入或激勵 輸出或響應(yīng)三者之間的關(guān)系 如圖4 1所示 4 1 1機械振動及其分類 自由振動 系統(tǒng)平衡被破壞后 沒有外力作用而僅靠彈性恢復(fù)力來維持的振動 強迫振動 系統(tǒng)在外力作用下被迫產(chǎn)生的振動 自激振動 由于系統(tǒng)具有非振蕩能源和反饋特性 并有能源補充 而產(chǎn)生的一種穩(wěn)定的周期性振動 1 按對系統(tǒng)的輸入不同分類 2 按對系統(tǒng)的輸出特性分類 簡諧振動 振動量的時間歷程為單一正弦或余弦函數(shù) 非簡諧周期振動 簡諧振動之外的周期振動 瞬態(tài)振動 振動量為時間的非周期函數(shù) 僅在一定的時間內(nèi)發(fā)生振動 準周期振動 由一些不同頻率的簡諧振動合成的振動 但組成它的簡諧分量中至少有一個分量與另一個分量的頻率之比為無理數(shù) 因而沒有周期性 隨機振動 振動量不是時間的確定性函數(shù) 只能用數(shù)理統(tǒng)計的方法來研究 單自由度系統(tǒng)的振動 用一個坐標能確定的系統(tǒng)振動 多自由度系統(tǒng)的振動 用兩個以上坐標能確定的系統(tǒng)振動 彈性振動 必須用無限多個獨立坐標才能確定的系統(tǒng)振動 3 按系統(tǒng)的自由度數(shù)目分類 4 按描述系統(tǒng)的微分方程分類 線性振動 可用常系數(shù)線性微分方程來描述 它的慣性力 阻尼力及彈性力只分別與加速度 速度及位移成正比 非線性振動 要用非線性微分方程來描述 5 按位移振動特征分類 扭轉(zhuǎn)振動 振動體上的質(zhì)點只作繞軸線的振動 直線振動 振動體上的質(zhì)點只作沿軸線 縱向 或只作沿垂直軸線 橫向 方向運動的振動 6 按振動頻率范圍分類 低頻振動 振動頻率10kHz 4 1 2機械振動按其輸出的分類描述 下面分別給出上述的各種振動的數(shù)學(xué)表達式及其時歷曲線和頻譜圖 1 簡諧周期振動簡諧周期振動時間歷程用正弦 或余弦 函數(shù)表示為 式4 1所描述的時間歷程曲線如圖4 1 a 所示 b 圖是其頻譜圖 是一單一的譜線 說明簡諧振動的能量集中在單一的頻率f0上 b 頻譜圖 2 非簡諧周期振動非簡諧周期振動是除簡諧周期振動以外的振動 其時間歷程 可用式4 2表示 其諧波分析用式4 3表示 其時間歷程曲線和頻譜圖如圖4 2所示 圖中 f2 f3 都是基頻f1的整倍數(shù) 稱為f1的各次諧波 其中 f2稱為二次諧波 f3稱為三次諧波 3 準周期振動準周期振動是一種非周期振動以外的振動 可用式4 4描述 其時間歷程曲線和頻譜圖如圖4 3所示 4 瞬態(tài)振動 瞬態(tài)振動是一種在某一確定時間內(nèi)才發(fā)生的非周期振動 可用各種脈沖函數(shù)和衰減函數(shù)加以描述 圖4 4所示為瞬態(tài)振動的簡單例子 重要特征 頻譜為連續(xù)譜 5