振動(dòng)測(cè)量基礎(chǔ)

振動(dòng)測(cè)量基礎(chǔ)

崔啟明Page2振動(dòng)現(xiàn)象物質(zhì)是運(yùn)動(dòng)的，世界是運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)是振動(dòng)的，世界是振動(dòng)的1.機(jī)械振動(dòng)的原因？

幾乎所有的機(jī)械振動(dòng)都由這些原因中的一個(gè)或多個(gè)造成：往復(fù)作用力松動(dòng)共振Page6振動(dòng)信號(hào)的基本構(gòu)成振幅(振動(dòng)大小)頻率(振動(dòng)快慢)相位Page7振幅(振動(dòng)大小)的表達(dá)方式 有以下的振幅表達(dá)方式來代表振動(dòng)的嚴(yán)重程度，峰至峰值(peak-to-peak)表示機(jī)器振動(dòng)位移量大小。 峰值(peak)表示機(jī)器瞬間承受沖擊的振動(dòng)量大小。 平均值(average)表示機(jī)器在某段時(shí)間內(nèi)的振動(dòng)量平均值。均方根值(RMS)最能表示機(jī)器在某段時(shí)間內(nèi)所承受的振動(dòng)能量，即振動(dòng)的破壞能力。Page8振幅：

1.均方根值(rootmeansquare,rms)2.峰值（0-peak)3.峰至峰值(peak-peak)Page9均方根值與峰值定義對(duì)于單頻的正弦訊號(hào)而言，RMS值與0-peak，peak-peak值之間存在以下關(guān)系：

RMS值X2=0-peak值

0-peak值X2=peak-peak值Page10均方根值與峰值定義對(duì)于非單頻訊號(hào)，上述關(guān)系并不成立Page11均方根值--能量觀點(diǎn)的計(jì)算法面積總和（積分）/Tt=TX(t)X(t)2t=TPage12均方根值與峰值關(guān)系對(duì)于單頻的正弦訊號(hào)而言，RMS值與0-peak，peak-peak值之間存在以下關(guān)系：

RMS值X2=0-peak值

0-peak值X2=peak-peak值對(duì)于非單頻訊號(hào)，上述關(guān)系并不成立，但一般量測(cè)儀器大都以RMS來檢測(cè)振動(dòng)值，并一律使用上述關(guān)系來求得0-peak或peak-peak值。（或稱為Equivalent0-peak,Equivalentpeak-peak)0-60sRms=195.6mg33.457speak=2.0743gPage16振動(dòng)頻率單位時(shí)間內(nèi)的振動(dòng)次數(shù)，稱為振動(dòng)頻率由于每一種不同的現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生不同頻率的振動(dòng)，所以頻率的分析成為進(jìn)一步了解其物理現(xiàn)象的重要工具。根據(jù)傅麗葉定理，每一種波型都可以分解成一系列正弦波的組合Page17振動(dòng)頻率Page18振動(dòng)頻率利用FFT頻譜分析儀，將復(fù)雜的波形轉(zhuǎn)換成頻譜，以便進(jìn)一步了解振動(dòng)的構(gòu)成原因信號(hào)合成與分解

周期信號(hào)的頻譜是離散譜信號(hào)合成與分解

非周期信號(hào)的頻譜是連續(xù)譜Page21頻譜的種類ConstantBandwidthSpectrum頻譜每條數(shù)據(jù)之間有固定的帶寬例如FFT頻譜ConstantPercentageBandwidthSpectrumCPBSpectrum（倍頻程）頻譜每條數(shù)據(jù)之間有固定的帶寬百分比例如1/3Octave其他Page22ConstantBandwidthSpectrumff量測(cè)帶寬f解析條數(shù)NPage23CPBSpectrumfu/fl=constant,當(dāng)fu/fl=2,稱為octave頻譜fc=(fuxfl)=2fl目前國際通用以1kHz作為倍頻中心頻率。這時(shí)

為63Hz，125Hz，250Hz，500Hz，1kHz，2kHz，4kHz，8kHz等fcfuflPage26振動(dòng)相位「振動(dòng)相位」是指振動(dòng)訊號(hào)相對(duì)于某一參考訊號(hào)之間的角度而言?！刚駝?dòng)相位差」是指兩種振動(dòng)訊號(hào)之間的角度差。0o振動(dòng)訊號(hào)與光纖參考訊號(hào)落後90oPage27振動(dòng)相位A，B兩組振動(dòng)訊號(hào)相90°的情況Page28振動(dòng)相位應(yīng)用實(shí)例振動(dòng)相位表達(dá)出彼此之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系相位差接近180°表示反向運(yùn)動(dòng)彼此之間可能有松動(dòng)的情形，反之，其相位差應(yīng)接近0°何時(shí)需量相位?Page29振動(dòng)的量測(cè)單位

振動(dòng)的量測(cè)單位有三種，位移(displacement)，速度(velocity)，加速度(acceleration)。對(duì)于中、高頻振動(dòng)信號(hào)的頻譜分析一般用速度與加速度作量測(cè)，較低頻的振動(dòng)信號(hào)及機(jī)械組件的相對(duì)振動(dòng)間隙則用位移作量測(cè)。

*位移(D)

常用表示法:P-P

常用單位:mm,um,inch,mils

*速度(V=dD/dt)

常用表示法:0-P

常用單位:mm/s,inch/s*加速度(A=dV/dt)

常用表示法:RMS

常用單位:m/s2,g(g=9.81m/s2)Page30

在簡(jiǎn)易或精密診斷中，每次測(cè)點(diǎn)必須固定，振動(dòng)計(jì)固定在振動(dòng)機(jī)械上，必需要選在正確的位置，以愈接近振動(dòng)部位愈好，目的是在獲得振動(dòng)最短路徑傳遞值，盡量避免結(jié)構(gòu)部分所帶來的影響。振動(dòng)量測(cè)位置選擇Page31頻譜分析與振動(dòng)診斷FFT特性:將時(shí)域的訊號(hào)轉(zhuǎn)成頻域Page32DiscreteFourierTransform-DFT

在工程上的應(yīng)用，傅利葉轉(zhuǎn)換成為離散傅利葉轉(zhuǎn)換DFT：*假設(shè)訊號(hào)為周期函數(shù)傅利葉級(jí)數(shù)有限積分*使用數(shù)值積分式以便計(jì)算機(jī)運(yùn)算Page33取樣與轉(zhuǎn)換原則上將模擬訊號(hào)數(shù)字化后，再用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行FFT計(jì)算，就可以得到頻譜數(shù)據(jù)Page34非FFT頻譜技術(shù)—平行濾波器使訊號(hào)通過一組平行的帶通濾波器，然后檢測(cè)每組的均方根值大小，就可得到頻譜Bandpassfilter1Bandpassfilter2Bandpassfilter3Bandpassfilter4RMSdetectorRMSdetectorRMSdetectorRMSdetectorPage35非FFT頻譜技術(shù)—掃頻濾波器利用一個(gè)中心頻率可改變的帶通率波器，從低頻到高頻掃描，就可得到頻譜數(shù)據(jù)TrackingFilterRMSdetectorPage36

預(yù)防方法:1.使取樣頻率量測(cè)帶寬之最高頻率的2倍(NyquistFrequency)以上

2.在量測(cè)帶寬之最高頻率外再加上一個(gè)低通率波器(反假像濾波).取樣與假象(aliasing)Page37

漏失(Leakage)解決方法:在時(shí)間周期里加頻窗(Window)Page38

頻窗(Window)常見的窗函數(shù)比如對(duì)于直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)，各缸依次點(diǎn)火，一個(gè)工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)兩圈，所以發(fā)火頻率剛好對(duì)應(yīng)2階，四缸發(fā)動(dòng)機(jī)3階，1階就是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速頻率人體對(duì)不同頻率的振動(dòng)敏感程度不同

最敏感的頻率范圍是4～12.5Hz。在4～8Hz頻率范圍，人的內(nèi)臟器官產(chǎn)生共振；8～12.5Hz頻率范圍，對(duì)人的脊椎系統(tǒng)影響很大。

最敏感的頻率范圍是0.5～2Hz。大約在3Hz以下，人體對(duì)水平振動(dòng)比對(duì)垂直振動(dòng)更敏感，且汽車車身部分系統(tǒng)在此頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生共振，故應(yīng)對(duì)水平振動(dòng)給予充分重視。高峰值因數(shù)振動(dòng)近年來的研究指出在振動(dòng)暴露中的加速度峰值是重要的，尤其對(duì)健康的影響。某些實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明評(píng)價(jià)振動(dòng)的方均根方法對(duì)于具有重要峰值振動(dòng)的影響估計(jì)過低。對(duì)于具有這種高峰值特別是對(duì)于峰值因數(shù)大于9的振動(dòng)，提出了補(bǔ)充的或另一種測(cè)量程序，而方均根方法適用于峰值因數(shù)小于或等于9。峰值因數(shù)定義為在某一測(cè)量時(shí)間內(nèi)，頻率計(jì)權(quán)加速度信號(hào)的最大瞬時(shí)峰值與其有效值之比的模。對(duì)于高峰值因數(shù)（＞9）的振動(dòng)使用運(yùn)行有效值（theruningr.m.s）或四次方振動(dòng)劑量值進(jìn)行補(bǔ)充評(píng)價(jià)。四次方振動(dòng)劑量值方法該方法通過使用加速度時(shí)間過程的四次方代替平方作為平均基礎(chǔ)，使得四次方振動(dòng)劑量方法比基本評(píng)價(jià)方法對(duì)峰值更敏感。四次方振動(dòng)劑量值（VDV），單位是米每秒1.75次方（m/s1.75）或弧度每秒1.75次方（rad/s1.75），定義為：Page48頻譜分析儀常見的基本設(shè)定1.帶寬(Bandwidth)2.條數(shù)3.Window4.DisplayUnit(Rms,Peak)5.Log/LinearDisplay6.Trigger/FreeRun7.Sensitivity頻率分辨率f=帶寬/條數(shù)RecordTimet=1/fPage49振動(dòng)診斷基本原則Page50油漩Oilwhirl保持器或摩擦Rub動(dòng)不平衡Dynamicunbalance軸不對(duì)心或組件松動(dòng)MisalignmentLooseness組件松動(dòng)的諧波LoosenessHarmonics軸承的邊頻BearingSide-band軸承Bearing1X2X3X4X動(dòng)不平衡基本特徵:1倍頻的振動(dòng)量很高,且振動(dòng)量隨著轉(zhuǎn)速的增加而變大,從頻譜圖中其他倍頻都很小,甚至沒有引起的原因:組裝不良,材質(zhì)不均勻,或零組件已經(jīng)變形或磨損等振動(dòng)診斷基本原則Page51振動(dòng)量測(cè)的基本設(shè)備1.傳感器(Transducer)

將振動(dòng)的現(xiàn)象轉(zhuǎn)換為電子訊號(hào)

壓電式加速度計(jì)(PiezoTypeAccelerometer)

電容式加速度計(jì)(CapacityTypeAccele