振動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)

1、 振動(dòng)的基本知識(shí) 振動(dòng)振動(dòng)定義： 振動(dòng)是指物體偏離它的平衡位置所作的往 復(fù)運(yùn)動(dòng)。實(shí)質(zhì)：是機(jī)器進(jìn)行能量交換的具體體現(xiàn)。 這種能量交換發(fā)生在平衡位置。普遍性： 振動(dòng)在外面生活動(dòng)普遍存在，像單擺的擺 動(dòng)、地震、葉片的擺動(dòng)等都屬于機(jī)械振動(dòng)。 定義：位移滿足正弦函數(shù)或余弦函數(shù)變化的一種周期性振動(dòng)形式：x=Asin(t+）簡(jiǎn)諧振動(dòng)的描述參數(shù)： 振幅A：偏離平衡位置的最大值。 T-周期：往復(fù)一周的時(shí)間（單位s）T=1/ f f -頻率：每秒鐘回轉(zhuǎn)的次數(shù)f=apm/60 -角頻率描述振動(dòng)快慢的物理量（弧度/秒） 2f 初相角描述振動(dòng)在起始瞬間的狀態(tài)。 簡(jiǎn)諧振動(dòng)簡(jiǎn)諧振動(dòng) 關(guān)于振動(dòng) 振動(dòng)基本參數(shù)由振幅、頻率、相位

2、來(lái)描述，這就是振動(dòng)三要素。 振幅v振幅是指物體動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)的幅度，是表征振動(dòng)強(qiáng)弱的物理量。v振幅是振動(dòng)強(qiáng)度和能量水平的標(biāo)志，是評(píng)價(jià)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)優(yōu)劣的主要指標(biāo)。 v振幅幅值參數(shù)振幅幅值參數(shù)： 峰峰值(pp)：峰峰值是整個(gè)振動(dòng)歷程的最大值，即正峰與負(fù)峰之間的差值； 單峰值(p)：?jiǎn)畏逯凳钦寤蜇?fù)峰的最大值 有效值(rms)：有效值即均方根值； 標(biāo)注方法： （1）真實(shí)值峰值峰值 xp=A; 峰峰值峰峰值 xp-p=2A （2）理論值 計(jì)算峰值xp-p=1.414有效值xrms xp是xp-p的1/2 即：計(jì)算峰值xp=2.828有效值xrms 平均絕對(duì)值 x=0.637A 有利于隨機(jī)信號(hào)和非穩(wěn)定性

3、信號(hào)，對(duì)沖擊性峰值信號(hào)存在信息缺失。 關(guān)于振幅v振幅分別用位移振幅、速度振幅、加速度振幅值加以描述。三者相互之間可以通過(guò)微分或積分進(jìn)行換算，后面具體分析。v習(xí)慣上我們：1、位移振幅的測(cè)量值為峰峰值，單位是微米m ；2、速度振幅的測(cè)量值為有效值，單位是毫米/秒mm/s ；3、加速度振幅的測(cè)量值是單峰值，單位是米/秒平方m/s2或重力加速度g。 振動(dòng)位移、速度、加速度之間的關(guān)系 )2sin(ddtAtxv)sin(dd222tAtxatAx sinv位移位移 v速度速度 v加速度加速度 l位移、速度、加速度都是同頻率的簡(jiǎn)諧波。l三者的幅值相應(yīng)為A、A、A 2。l相位關(guān)系：加速度領(lǐng)先速度90; 速度

4、領(lǐng)先位移90。xvaxva 加速度、速度、位移關(guān)系位移 d=A sin( t + )速度 v= A sin( t +/ 2+)加速度 a=2 A sin ( t + ) d=a /2 v=a / =d a=2d = vv位移振幅對(duì)應(yīng)低頻信號(hào)反映了振動(dòng)異常間隙的變化情況，對(duì)間隙變性，摩擦、松動(dòng)有良好針對(duì)性和敏感性。 v速度振幅反映了分析頻段內(nèi)時(shí)間歷程的振動(dòng)能量即振動(dòng)烈度 振動(dòng)烈度是描述機(jī)器振動(dòng)狀態(tài)的特征量。 通常在各個(gè)測(cè)量位置的水平、垂直和軸向上都進(jìn)行測(cè)量，得到一組不同的振幅值，所測(cè)的寬帶最大振幅值定義為振動(dòng)烈度振動(dòng)烈度。 由于振動(dòng)烈度可參照振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)機(jī)器振動(dòng)狀態(tài)優(yōu)劣；因此，在機(jī)器殼體上測(cè)量

5、振動(dòng)時(shí)要求在靠近軸承位置處的三個(gè)方向上都進(jìn)行測(cè)量，最后取最大值作為振動(dòng)烈度。 傳感器安裝注意事項(xiàng)v方向:兼顧三個(gè)方向，水平垂直和軸向。v位置：路程短，界面少，剛度大，以防止局 部共振和放大。以使信號(hào)能真實(shí)反應(yīng)設(shè)備的動(dòng)態(tài)力。 加速度振幅反映了單位質(zhì)量所售的合外力狀況合外力越大，瞬間加速度越大，當(dāng)加速度變化時(shí)，系統(tǒng)收到了合外力的干擾，因此通過(guò)加速度可以分析系統(tǒng)中有沖擊力特征的振動(dòng)故障。 v小議： 振幅之所以要分別用位移、速度、加速度表示，是因?yàn)檎駝?dòng)位移、振動(dòng)速度、振動(dòng)加速度能分別清晰地反映低頻、中頻、高頻范圍內(nèi)的振動(dòng)強(qiáng)度。 例如：頻率低，表明單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)少和過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)，振動(dòng)速度小，振動(dòng)加速

6、度更小，而振動(dòng)位移相對(duì)較大；振動(dòng)強(qiáng)度稍有變化時(shí)，速度、尤其是加速度的變化因原來(lái)數(shù)值就低會(huì)很不明顯，只有振動(dòng)位移能夠清晰地反映振動(dòng)強(qiáng)度的變化。 v實(shí)際應(yīng)用中舉例： 大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)，用裝在軸承座上的渦流式位移傳感器來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)子相對(duì)于軸承的振動(dòng)，用振動(dòng)位移的峰峰值m表示，多數(shù)為在線監(jiān)測(cè)；一般旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)，用加速度傳感器或速度傳感器在機(jī)器殼體上靠近軸承處來(lái)測(cè)量，用振動(dòng)速度的有效值mm/s表示，多數(shù)為離線監(jiān)測(cè)。如果特別關(guān)注轉(zhuǎn)速較高的齒輪或滾動(dòng)軸承的振動(dòng)，應(yīng)該用加速度傳感器來(lái)測(cè)量，用振動(dòng)加速度的單峰值m/s2或g表示。 頻率頻率v頻率f是物體每秒鐘振動(dòng)循環(huán)的次數(shù)，單位是赫茲Hz。v頻率是一種振動(dòng)特性，

7、是分析振動(dòng)故障原因的主要依據(jù)。機(jī)器發(fā)生故障，一般只是某個(gè)或某些部件出了故障并產(chǎn)生異常振動(dòng)，異常振動(dòng)的頻率是由此故障自身機(jī)理特性所決定的，也就是說(shuō)故障與頻率存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系，即“問(wèn)題嚴(yán)重程度看振幅，什么問(wèn)題看頻率”。 v周期T是物體完成一個(gè)振動(dòng)過(guò)程所需要的時(shí)間，單位是：秒s。v頻率與周期互為倒數(shù)，f1/T。v對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周就是完成了一個(gè)振動(dòng)過(guò)程，為一個(gè)周期。因此轉(zhuǎn)速n、角速度都可以看作頻率，稱為旋轉(zhuǎn)頻率、角頻率，有時(shí)候n、f不分，都直接簡(jiǎn)稱為頻率。它們之間的換算關(guān)系為：f = n/60，2f2n/600.1n，其中轉(zhuǎn)速n的單位為轉(zhuǎn)/分鐘r/min，角速度的單位為弧度/秒rad/s。

8、 按振動(dòng)的歷程及信號(hào)特點(diǎn)，振動(dòng)可分為確定性振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)兩大類。確定性振動(dòng)可以用確定的時(shí)間函數(shù)進(jìn)行精確描述。 隨機(jī)振動(dòng)是隨機(jī)的、不會(huì)精確再現(xiàn)的，往往是偶然因素造成的干擾或噪聲，無(wú)法用確定的時(shí)間函數(shù)進(jìn)行精確描述，只能用概率統(tǒng)計(jì)方法來(lái)描述。 v旋轉(zhuǎn)機(jī)械許多故障的振動(dòng)頻率都與轉(zhuǎn)速相關(guān)，因此用倍頻倍頻，即用轉(zhuǎn)速的倍數(shù)來(lái)表示的振動(dòng)頻率，來(lái)描述故障振動(dòng)的頻率，往往使故障的內(nèi)在規(guī)律更為清晰。v振動(dòng)頻率為機(jī)器實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速的一倍、二倍、三倍、0.5倍、0.43倍、時(shí)，則稱為一倍頻（習(xí)慣上又寫(xiě)為1X，或1）、二倍頻（2X、2）、三倍頻（3X、3）、0.5倍頻（0.5X、0.5）、0.43倍頻（0.43X、0.43

9、）、等等。其中，一倍頻，即實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速的頻率實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速的頻率又稱為工頻工頻、轉(zhuǎn)頻轉(zhuǎn)頻，0.5倍頻又稱為半頻。 頻譜分析基本原理v通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算方法(傅里葉變換)把復(fù)雜的時(shí)間歷程信號(hào)分成一系列的簡(jiǎn)諧信號(hào)，再?gòu)念l率觀察、分析各諧波信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)和幅值。vFFT快速傅里葉變換是通過(guò)計(jì)算機(jī)微處理器將測(cè)量到的時(shí)域振動(dòng)信號(hào)（幅值對(duì)時(shí)間）轉(zhuǎn)換成為頻域信號(hào)（幅值對(duì)頻率）。分析振動(dòng)信號(hào)的頻率成分和范圍，計(jì)算能量大小；確定影響設(shè)備狀態(tài)的主要激振頻率，從而查找振動(dòng)原因。 時(shí)間域 頻率域FFTIFFT 相位相位v相位是基頻信號(hào)的正最大處相對(duì)于轉(zhuǎn)軸上某一確定相位標(biāo)記之間的相位差，單位是度。(也是就是轉(zhuǎn)頻分量從鍵相信號(hào)起

10、到振動(dòng)最高峰值之間的時(shí)間計(jì)算值) （正峰值計(jì)算法：第一個(gè)正峰值與固定參考點(diǎn)的角位置）無(wú)論采取何種相位取值方法，基頻信號(hào)的相位都是值落后角度。是振動(dòng)在時(shí)間先后關(guān)系上或空間位置關(guān)系上相互差異的標(biāo)志。 確定相位標(biāo)記 在工程上指轉(zhuǎn)軸上所做的鍵相譜（光電標(biāo)）位置。v相位主要用于比較不同振動(dòng)運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系（時(shí)間差及方位差），或確定一個(gè)部件相對(duì)于另一個(gè)部件的振動(dòng)狀況，在區(qū)別相同故障頻率的不同故障類型時(shí)（特別是不平衡）往往起關(guān)鍵作用。 v像簡(jiǎn)諧振動(dòng)中，振動(dòng)速度超前振動(dòng)位移90，振動(dòng)加速度超前振動(dòng)速度90，振動(dòng)加速度超前振動(dòng)位移180。v同相振動(dòng)：當(dāng)兩個(gè)振動(dòng)的相位相同、即相位差為0時(shí)。v反相振動(dòng)：當(dāng)兩個(gè)振動(dòng)的相位相反、即相位差為180時(shí)。 同相振動(dòng)、反相振動(dòng)十分清晰地表明了兩個(gè)振動(dòng)在時(shí)間和空間上的相同或相反的相互關(guān)系，因此常用來(lái)說(shuō)明同一振動(dòng)不同測(cè)