振動的基本知識

BPdM北京普迪美科技有限公司Tel:+86-10-62049486Fax:+86-10-62044543振動分析基礎(chǔ)簡諧振動三要素振動的時域描述振動的頻域描述系統(tǒng)對激勵的響應(yīng)單自由度系統(tǒng)多自由度系統(tǒng)自由振動，模態(tài)強(qiáng)迫振動，共振幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)振動測量框圖傳感器及其選用旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動測量的幾個特殊問題

相位和基頻的測量

波德圖和極坐標(biāo)圖三維頻譜圖軸心軌跡和軸心位置圖擺振信號來源及其補(bǔ)償本章內(nèi)容什么是振動？沒有力的作用=沒有運(yùn)動三種基本型式的力Impact–looseparts,hammeringinapipingsystem,rollingelementinabearinghittingaspallPeriodic–repetitiveforcesuchasunbalanceormisalignmentRandom–varieswithtime,forexample,turbulenceinpiping,pumpcavitation振動源于力的作用簡諧振動三要素振幅(Amplitude)偏離平衡位置的最大值，記作A。描述振動的規(guī)模。圓頻率(Angularfrequency)描述振動的快慢，記作,單位為弧度/秒。

頻率f=/2為每秒鐘的振動次數(shù)，單位為次/秒(Hz)。

周期

T=1/f=2/

為每振動一次所需的時間，單位為秒。初相角

(Initialphase)描述振動在起始瞬間的狀態(tài)，記作。dvadva振動位移

(Displacement)

d=Asint速度

(Velocity)

v=Asin(t+/2)加速度

(Acceleration)

a=A

2sin(t+)位移、速度、加速度都是同頻率的簡諧波。三者的幅值依次為A、A、A2。相位關(guān)系：加速度領(lǐng)先速度90o;速度領(lǐng)先位移90o。振動位移、速度、加速度之間的關(guān)系

簡諧振動為例x=Asin(t+/2)峰值

xp=A;峰峰值

xp-p=2A平均絕對值

xav=0.637A有效值

xrms=0.707A平均值對非簡諧振動，上述關(guān)系不成立。正峰值負(fù)峰值平均絕對值有效值平均值峰峰值振動的時域參數(shù)振動測量單位Displacement(distance)milsormicrometers,mVelocity(speed-rateofchangeofdisplacement)in/secormm/secAcceleration(rateofchangeofvelocity)－G’sorin/sec2ormm/sec2FrequencyHertz=Hz=Cyclespersecond

RPM=Revolutionsperminute

CPM=Cyclesperminute

CPM=RPM=Hzx60

瞬時值(Instantvalue)

振動的任一瞬時的數(shù)值。峰值

(Peakvalue)

振動離平衡位置的最大偏離。平均絕對值(Aver.absolutevalue)均值(Meanvalue)

又稱平均值或直流分量。有效值

(Rootmeansquarevalue)

xpx=x(t)振動的時域參數(shù)計算即使是很簡單的機(jī)器也會因為各種振源而產(chǎn)生振動。各振源的振動不一定都是機(jī)器的轉(zhuǎn)速頻率，通常有些振源的振動是在轉(zhuǎn)速頻率之上或之下。有些振動甚至與轉(zhuǎn)速無關(guān)。各種振源每個振源都要產(chǎn)生自己獨特的振動頻率成分或振動形態(tài)。對已知的設(shè)備，找到了它所產(chǎn)生的各振動頻率成分，也就知道了振源所在。對一臺機(jī)器所進(jìn)行的振動分析1/3是由其振動頻率成分查找振源。其余2/3的振動分析是從已知機(jī)器的歷史中找到問題所在。多頻率成分的產(chǎn)生機(jī)械振動的類型各振源間的組合把振動信號中所包含的各種頻率成分分別分解出來的方法。頻率分析的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是傅里葉變換和快速傅里葉算法（FFT）。頻率分析可用頻率分析儀來實現(xiàn)，也可在計算機(jī)上用軟件來完成。頻率分析的結(jié)果得到各種頻譜圖，這是故障診斷的有力工具。振動信號的頻率分析頻率成分的提取名稱波形頻譜名稱波形頻譜各種振動波形的頻譜一個簡單振動試驗－－風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子Onesecondoftime風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子每秒鐘轉(zhuǎn)5轉(zhuǎn)在轉(zhuǎn)子上施加一個重量，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡力，而引起振動一個簡單振動試驗－－頻率計算Hertz=Hz=Cyclespersecond

RPM=Revolutionsperminute

CPM=Cyclesperminute

CPM=RPM=Hzx60

風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速=5Hzor300RPM周期=1/頻率風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速=5Hzor300RPM風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高一倍波形圖中的波形靠得很近風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速=10Hzor600RPM

一個簡單振動試驗－－提高頻率一個簡單振動試驗－－提高幅值位移:milsormicron速度:in/secormm/sec加速度:G由于加在風(fēng)機(jī)葉片上的不平衡重量，當(dāng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高后，其振動幅值增加波形的高度是幅值.

一個簡單振動試驗－－增加另一個振源新的振動成分=10x8=80Hz摩擦不平衡一個簡單振動試驗－－一個振源的頻譜分析FFT5Hz5Hz=300RPM10Hz=600RPMFFT10Hz一個簡單振動試驗－－兩個振源的頻譜分析RubImbalanceFFT10Hz80Hz600CPM單自由度振動問題注：確定系統(tǒng)運(yùn)動所需的獨立坐標(biāo)數(shù)稱為系統(tǒng)的自由度簡諧振動有阻尼的強(qiáng)迫振動非簡諧振動振動的頻率等于激勵的頻率。振幅大小與激勵力的大小成正比。激勵頻率接近固有頻率時，振幅增大稱為共振。共振峰大小決定于阻尼大小。振幅和位相隨激勵頻率而變化，變化規(guī)律用系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性來表示。單自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動振動參數(shù)的計算各振動參數(shù)間的關(guān)系干擾力引起的振動波形振動信號處理（1）振動信號處理（2）典型振動信號的FFT簡諧波形及其頻譜脈沖波形及其頻譜方波形及其頻譜簡諧拍波及其頻譜濾波問題高通濾波低通濾波帶通濾波帶阻濾波FFT中的泄漏問題及其窗函數(shù)時域波形的截取與復(fù)制FFT中的泄漏問題及其窗函數(shù)時域波形的復(fù)制誤差FFT中的泄漏問題及其窗函數(shù)頻域波形的泄漏問題FFT中的泄漏問題及其窗函數(shù)加窗處理矩形窗漢寧窗(Hanning)海明窗(Hamming)凱莎窗(Kesha)三角窗

窗函數(shù)：混疊問題及采樣頻率減少混疊問題的方法：提高采樣頻率

對時域波形進(jìn)行濾波

頻域和時域的平均技術(shù)

平均10次后的頻譜未進(jìn)行平均處理的頻譜未進(jìn)行平均處理的波形與頻譜已進(jìn)行平均處理的波形與頻譜磁帶記錄儀頻譜分析儀打印機(jī)存儲設(shè)備繪圖儀測量電路基頻檢測儀記錄儀數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)汽輪機(jī)齒輪增速箱壓縮機(jī)渦流傳感器速度傳感器加速度傳感器鍵相傳感器旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動測量框圖Vibrationfrequencyindicatesthepotentialsourceoftheproblem–also“howoften”aproblemrepeatsitselfVibrationamplitudeindicatestheseverityoftheproblem.Phaseindicateshowamachineismoving與振動相關(guān)聯(lián)的量－相位在轉(zhuǎn)子上布置鍵相標(biāo)記K’，在軸承座上布置鍵相傳感器K

（光電或渦流式），其輸出的參考脈沖為相位的基準(zhǔn)。以參考脈沖后到第一個正峰值的轉(zhuǎn)角定義振動相位，即a。振動相位直接和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度有關(guān)，在平衡和故障診斷中有重要作用。參考脈沖也用于測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動相位的測量Therelationshipofthemovementofpartofamachinetoareference–forexamplethepositionoftheshaftasitrotatesTherelationshipofthemovementbetweenoneormorepointsonamachine同相位振動反相位振動振動相位Onceweknow“how”amachineismoving,weknowWHYAmplitudeandfrequencyprovide80%accuracywhenperformingadiagnosisoranalysis–addingphaseincreasesaccuracytobetterthan95%相位的作用振動位移振動加速度振動速度力的指示疲勞的指示應(yīng)力的指示對數(shù)幅值對數(shù)頻率當(dāng)量烈度等值線實例1：600RPM

風(fēng)機(jī)振動位移振動速度振動加速度實例2：15K赫茲齒輪嚙合測量單位及檢測類型各種振動傳感器

結(jié)構(gòu)與原理特性曲線標(biāo)定及其標(biāo)定系數(shù)非接觸式位移傳感器磁電式振動速度傳感器壓電式振動加速度計傳感器結(jié)構(gòu)及原理接收形式：慣性式變換形式：磁電效應(yīng)典型頻率范圍：10Hz~1000Hz典型線性范圍：0~2mm典型靈敏度：20mV/mm/s測量非轉(zhuǎn)動部件的絕對振動的速度。不適于測量瞬態(tài)振動和很快的變速過程。低輸出阻抗，抗干擾力強(qiáng)。傳感器質(zhì)量較大，對小型對象有影響。在傳感器固有頻率附近有較大的相移。磁電速度傳感器接收形式：慣性式變換形式：壓電效應(yīng)典型頻率范圍：0.2Hz~10kHz線性范圍和靈敏度隨各種不同型號可在很大范圍內(nèi)變化。測量非轉(zhuǎn)動部件的絕對振動的加速度。適應(yīng)高頻振動和瞬態(tài)振動的測量。傳感器質(zhì)量小，可測很高振級。現(xiàn)場測量要注意電磁場、聲場和接地回路的干擾。壓電加速度傳感器非接觸式位移傳感器加速度傳感器的頻響特性波德圖和極坐標(biāo)圖波德圖(BodePlot)和極坐標(biāo)圖(PolarPlot)兩者所含信息相同，都表示基頻振動的幅值和相位隨機(jī)器轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。三維頻譜圖三維頻譜圖是頻譜的集合。第三個坐標(biāo)可以是轉(zhuǎn)速、時間(日期)、其他工藝參數(shù)等。本圖第三坐標(biāo)是轉(zhuǎn)速，機(jī)器升速過程中發(fā)生了油膜渦動和油膜振蕩。軸心軌跡Orbit