振動基礎知識

1、 振動的基本知識 振動振動定義： 振動是指物體偏離它的平衡位置所作的往 復運動。實質：是機器進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： 振動在外面生活動普遍存在，像單擺的擺 動、地震、葉片的擺動等都屬于機械振動。 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形式：x=Asin(t+）簡諧振動的描述參數(shù)： 振幅A：偏離平衡位置的最大值。 T-周期：往復一周的時間（單位s）T=1/ f f -頻率：每秒鐘回轉的次數(shù)f=apm/60 -角頻率描述振動快慢的物理量（弧度/秒） 2f 初相角描述振動在起始瞬間的狀態(tài)。 簡諧振動簡諧振動 關于振動 振動基本參數(shù)由振幅、頻率、相位

2、來描述，這就是振動三要素。 振幅v振幅是指物體動態(tài)運動或振動的幅度，是表征振動強弱的物理量。v振幅是振動強度和能量水平的標志，是評價機器運轉狀態(tài)優(yōu)劣的主要指標。 v振幅幅值參數(shù)振幅幅值參數(shù)： 峰峰值(pp)：峰峰值是整個振動歷程的最大值，即正峰與負峰之間的差值； 單峰值(p)：單峰值是正峰或負峰的最大值 有效值(rms)：有效值即均方根值； 標注方法： （1）真實值峰值峰值 xp=A; 峰峰值峰峰值 xp-p=2A （2）理論值 計算峰值xp-p=1.414有效值xrms xp是xp-p的1/2 即：計算峰值xp=2.828有效值xrms 平均絕對值 x=0.637A 有利于隨機信號和非穩(wěn)定性

3、信號，對沖擊性峰值信號存在信息缺失。 關于振幅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微分或積分進行換算，后面具體分析。v習慣上我們：1、位移振幅的測量值為峰峰值，單位是微米m ；2、速度振幅的測量值為有效值，單位是毫米/秒mm/s ；3、加速度振幅的測量值是單峰值，單位是米/秒平方m/s2或重力加速度g。 振動位移、速度、加速度之間的關系 )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諧波。l三者的幅值相應為A、A、A 2。l相位關系：加速度領先速度90; 速度

4、領先位移90。xvaxva 加速度、速度、位移關系位移 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位移振幅對應低頻信號反映了振動異常間隙的變化情況，對間隙變性，摩擦、松動有良好針對性和敏感性。 v速度振幅反映了分析頻段內時間歷程的振動能量即振動烈度 振動烈度是描述機器振動狀態(tài)的特征量。 通常在各個測量位置的水平、垂直和軸向上都進行測量，得到一組不同的振幅值，所測的寬帶最大振幅值定義為振動烈度振動烈度。 由于振動烈度可參照振動標準，評價機器振動狀態(tài)優(yōu)劣；因此，在機器殼體上測量

5、振動時要求在靠近軸承位置處的三個方向上都進行測量，最后取最大值作為振動烈度。 傳感器安裝注意事項v方向:兼顧三個方向，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。以使信號能真實反應設備的動態(tài)力。 加速度振幅反映了單位質量所售的合外力狀況合外力越大，瞬間加速度越大，當加速度變化時，系統(tǒng)收到了合外力的干擾，因此通過加速度可以分析系統(tǒng)中有沖擊力特征的振動故障。 v小議： 振幅之所以要分別用位移、速度、加速度表示，是因為振動位移、振動速度、振動加速度能分別清晰地反映低頻、中頻、高頻范圍內的振動強度。 例如：頻率低，表明單位時間內振動的次數(shù)少和過程時間長，振動速度小，振動加速

6、度更小，而振動位移相對較大；振動強度稍有變化時，速度、尤其是加速度的變化因原來數(shù)值就低會很不明顯，只有振動位移能夠清晰地反映振動強度的變化。 v實際應用中舉例： 大型旋轉機械的振動，用裝在軸承座上的渦流式位移傳感器來測量轉子相對于軸承的振動，用振動位移的峰峰值m表示，多數(shù)為在線監(jiān)測；一般旋轉機械的振動，用加速度傳感器或速度傳感器在機器殼體上靠近軸承處來測量，用振動速度的有效值mm/s表示，多數(shù)為離線監(jiān)測。如果特別關注轉速較高的齒輪或滾動軸承的振動，應該用加速度傳感器來測量，用振動加速度的單峰值m/s2或g表示。 頻率頻率v頻率f是物體每秒鐘振動循環(huán)的次數(shù)，單位是赫茲Hz。v頻率是一種振動特性，

7、是分析振動故障原因的主要依據(jù)。機器發(fā)生故障，一般只是某個或某些部件出了故障并產(chǎn)生異常振動，異常振動的頻率是由此故障自身機理特性所決定的，也就是說故障與頻率存在著對應關系，即“問題嚴重程度看振幅，什么問題看頻率”。 v周期T是物體完成一個振動過程所需要的時間，單位是：秒s。v頻率與周期互為倒數(shù)，f1/T。v對旋轉機械來說，轉子每旋轉一周就是完成了一個振動過程，為一個周期。因此轉速n、角速度都可以看作頻率，稱為旋轉頻率、角頻率，有時候n、f不分，都直接簡稱為頻率。它們之間的換算關系為：f = n/60，2f2n/600.1n，其中轉速n的單位為轉/分鐘r/min，角速度的單位為弧度/秒rad/s。

8、 按振動的歷程及信號特點，振動可分為確定性振動和隨機振動兩大類。確定性振動可以用確定的時間函數(shù)進行精確描述。 隨機振動是隨機的、不會精確再現(xiàn)的，往往是偶然因素造成的干擾或噪聲，無法用確定的時間函數(shù)進行精確描述，只能用概率統(tǒng)計方法來描述。 v旋轉機械許多故障的振動頻率都與轉速相關，因此用倍頻倍頻，即用轉速的倍數(shù)來表示的振動頻率，來描述故障振動的頻率，往往使故障的內在規(guī)律更為清晰。v振動頻率為機器實際運行轉速的一倍、二倍、三倍、0.5倍、0.43倍、時，則稱為一倍頻（習慣上又寫為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，即實際運行轉速的頻率實際運行轉速的頻率又稱為工頻工頻、轉頻轉頻，0.5倍頻又稱為半頻。 頻譜分析基本原理v通過數(shù)學計算方法(傅里葉變換)把復雜的時間歷程信號分成一系列的簡諧信號，再從頻率觀察、分析各諧波信號的頻率結構和幅值。vFFT快速傅里葉變換是通過計算機微處理器將測量到的時域振動信號（幅值對時間）轉換成為頻域信號（幅值對頻率）。分析振動信號的頻率成分和范圍，計算能量大??；確定影響設備狀態(tài)的主要激振頻率，從而查找振動原因。 時間域 頻率域FFTIFFT 相位相位v相位是基頻信號的正最大處相對于轉軸上某一確定相位標記之間的相位差，單位是度。(也是就是轉頻分量從鍵相信號起

10、到振動最高峰值之間的時間計算值) （正峰值計算法：第一個正峰值與固定參考點的角位置）無論采取何種相位取值方法，基頻信號的相位都是值落后角度。是振動在時間先后關系上或空間位置關系上相互差異的標志。 確定相位標記 在工程上指轉軸上所做的鍵相譜（光電標）位置。v相位主要用于比較不同振動運動之間的關系（時間差及方位差），或確定一個部件相對于另一個部件的振動狀況，在區(qū)別相同故障頻率的不同故障類型時（特別是不平衡）往往起關鍵作用。 v像簡諧振動中，振動速度超前振動位移90，振動加速度超前振動速度90，振動加速度超前振動位移180。v同相振動：當兩個振動的相位相同、即相位差為0時。v反相振動：當兩個振動的相位相反、即相位差為180時。 同相振動、反相振動十分清晰地表明了兩個振動在時間和空間上的相同或相反的相互關系，因此常用來說明同一振動不同測