機械振動及信號

機械動態(tài)監(jiān)測與故障診斷

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第二章機械振動及信號

振動分析及測量在振動機械故障中有著重要的地位，為此，本章主要介紹設(shè)備診斷技術(shù)中振動分析及振動測量的基本知識。振動測量簡單的講就是通過對機械設(shè)備所表現(xiàn)的振動信號進行檢測、分析，用以判斷機械自身的劣化程度及預(yù)測其壽命。一般進行振動測量大致有以下兩個方面的內(nèi)容：

（1）振動基本參數(shù)的測量（下圖示例）

（2）結(jié)構(gòu)和部件的動態(tài)特性測量

第二章機械振動及信號2.1機械振動基礎(chǔ)各種機械設(shè)備在運行中，都不同程度的存在振動，這是運行機械的共性。然而，不同的設(shè)備，或同一臺機器的不同部位，以及設(shè)備在不同時刻或不同的狀態(tài)下，其產(chǎn)生的振動形式又往往是有差別的，所以應(yīng)當從不同的角度來考察振動問題。機械振動一般有以下幾種分類方法。1、按振動規(guī)律分類2、按振動的動力學(xué)特征分類3、按振動頻率分類第二章機械振動及信號1、按振動規(guī)律分是根據(jù)振動在時間歷程內(nèi)的變化特征來劃分（如圖下頁圖）大多數(shù)機械設(shè)備的振動是周期振動、準周期振動、窄帶隨機振動和寬帶隨機振動中的一種，或是某幾種振動的組合。一般在啟動或停機過程中的振動信號是非平穩(wěn)的。設(shè)備在實際運行中，其表現(xiàn)的周期信號往往淹沒在隨機振動信號之中。若設(shè)備故障程度加劇，則隨機振動中的周期成分就會加強，從而整臺設(shè)備振動增大。因此，從某種意義上講，設(shè)備振動診斷的過程，就是從隨機信號中提取周期成分的過程。

第二章機械振動及信號2、按振動的動力學(xué)特征分類設(shè)備產(chǎn)生振動的根本原因，在于存在一個或幾個力的激勵。不同性質(zhì)的力激起不同類型的振動。了解振動動力學(xué)特征，不僅有助于對振動動力學(xué)性質(zhì)作出分析，還有助于說明設(shè)備故障的機理。因此，掌握振動動力學(xué)知識對設(shè)備故障診斷具有重要的意義。因此，可將機械振動分為三種類型：

（1）自由振動（2）強迫振動（3）自激振動第二章機械振動及信號（1）自由振動與固有頻率自由振動是物體受到初始激勵（通常是一個脈沖力）所引發(fā)的一種振動：這種振動靠初始激勵一次性獲得能量，歷程有限，一般不會對設(shè)備造成破壞，不是現(xiàn)場設(shè)備振動所必須考慮的因素。單自由度無阻尼線性系統(tǒng)的運動方程為：通過求解，可得系統(tǒng)的固有頻率：第二章機械振動及信號注意：物體并不是一受到激勵都可發(fā)生振動，實際的振動體在運動過程中，總是會受到某種阻尼的作用，如空氣阻尼、材料內(nèi)摩擦損耗等，只有當阻尼小于臨界值時才能激發(fā)振動。臨界阻尼是振動體的一種固有屬性，用Ce表示：實際阻尼C與臨界阻尼之比稱為阻尼比，記為ξ當ξ<1時，是一種振幅按指數(shù)規(guī)律衰減的振動，其振動頻率與初始振動無關(guān)，振動頻w率略小于固有頻率wn(

)；當ξ≥1時，物體不會振動。第二寫章專機薄械振蝕動及沾信號（2）強逐迫振按動和粗共振強迫監(jiān)振動法：物體膽在持頁續(xù)周芳期變新化外廚力作漠用下肚產(chǎn)生霜的振數(shù)動，執(zhí)如不閱平衡（畫脊圖示熔）、不急對中選所引辰起的專振動出。其之力學(xué)惠模型儲如圖織所示痛。第二伶章避機梯械振璃動及輝信號其運販動方樓程為鋪：這是旬一個謙常系郵數(shù)線刷性非蜻齊次栗微分課方程換，其薪解由膨通解亭和特吼解組啊成：前部替為通盲解，故衰減嚼自由閥振動梳；后快部為渣特解繡，穩(wěn)層態(tài)強陜迫振籮動。特點塌：衰甲減振任動隨羅時間梨的推學(xué)移迅典速消啊失，倡而強煩迫振桐動則毯不受柜阻尼矛影響抖，是潑一種彈和激爆振力腦同頻陡率的息振動咱。因困此，岡強迫希振動松不僅叫與激撓振力哭的頻夾率和厚振幅拴有關(guān)仆，而母且與充物體奴自身押固有偉屬性方有關(guān)筆。第二鋤章冷機尋械振辦動及陪信號（3）自弟激振翠動自激塔振動械定義秘：在非艘線性踐機械傅系統(tǒng)臘內(nèi)，擁由非魂振蕩妨能量笛轉(zhuǎn)變煉為振腰蕩激范勵能率量所第產(chǎn)生斤的振傍動。作也即冊，設(shè)悶備在紫沒有乞外力界作用基下，脊由系塊統(tǒng)自頸身原估因所蜘產(chǎn)生點的激盡勵而貝引起炸的振屈動。膨它是摧一種曬比較牲危險紙地振口動，恥設(shè)備菜一旦躺發(fā)生己自激藝振動哨，會玻使設(shè)瞞備運數(shù)行失堅去穩(wěn)由定性對。自激厲振動乘也稱芝為負鎖阻尼何振動睜。設(shè)備潛產(chǎn)生夸自激最振動伶時，秤很小含的能微量即皺可產(chǎn)摧生強帖烈振勉動，脹只是讓由于純系統(tǒng)嶄的非紅線性縫，振掀幅才鋒被限閣制在能一定勻量值黃之內(nèi)語。小提帳琴琴泛弦的延振動暈是隨折著你嗓撥動膨的強墳度而竊變化謀的，永屬于馳自激兩振動鑒。第二伶章旅機憐械振迷動及截信號三種顆振動物的主室要使墨用領(lǐng)旗域?qū)τ诟呓Y(jié)構(gòu)們件，瓦因局燒部裂帳紋、捐緊固沖件松侄動等棉原因跑導(dǎo)致污結(jié)構(gòu)敬件的吃特性森參數(shù)燈發(fā)生已改變汗的故償障，掀多利界用脈各沖力腹所激顛勵的百自由蒙振動照來檢星測，鐵以測砌定構(gòu)駛件的忘固有充頻率仙、阻丹尼系襯數(shù)等獻參數(shù)遙的變袋化。對于丹減速則箱、多電機膀、低陵速旋混轉(zhuǎn)設(shè)臂備等膊機械截的故沈障，盡主要厲以強錯迫振稠動為恩特征胳，通驅(qū)過對朋強迫炮振動落的頻拔率分喝析、餡振幅媽變化穩(wěn)等特失征參說數(shù)的的分析吵，來灘鑒別欣故障鵝。對于橡高速益旋轉(zhuǎn)朝設(shè)備弟以及停能被球工藝鋪流體驢所激禁勵的枯設(shè)備構(gòu)，除率了需僅要監(jiān)檔測強逝迫振佩動的抖特征玻參數(shù)冠外，仿還需必要監(jiān)彼測自疫激振肆動的胖特征主參數(shù)邪。第二較章間機惱械振笨動及券信號3、按從振動戶頻率輛分類按照秋振動盛頻率鏡的高漂低，哲通常拐把振己動分窯為三潔類：低頻雜振動肚：f<1忌0H危z中頻鞏振動舅：f=1呢0~原10丘00兔Hz高頻犬振動好：f>1映00晶0H以z低頻遮振動督：主抽要測礙量的光振幅伯是位迷移量勾。這避是因沫為在補低頻毛范圍芒造成騎破壞驢的主棟要因芳素是怎應(yīng)力伶的強炮度，息位移榜量是繩與應(yīng)哄變、斗應(yīng)力體直接躍相關(guān)蘭的參驕數(shù)。中頻駁振動抵：主樂要測配量速畝度量掘。這埋是因惡為振路動部竄件的磨疲勞鏟進程首與振怒動速年度成規(guī)正比摟，振梨動能宣量與相振動長速度鞭的平承方成記正比井。零軌件主模要表夾現(xiàn)為差疲勞利破壞燙，如錦點蝕崇、剝堤落等變。高頻簡振動緣瑞：主索要測商量加學(xué)速度恒。加飄速度閣表征托振動烏部件北所受松沖擊睜力的頌強度奏。沖律擊力棵的大哨小和攔沖擊臂頻率中與加百速度煉值正企相關(guān)哈。第二貌章盲機魚械振始動及搭信號2.田2振動艷信號姨的描飽述確定韻性振把動的與三要驕素：括振幅釣，頻堡率和罵相位侮。1、振釋幅s簡諧叔振動品可用駁函數(shù)鳳表示吹：s=Asi催n(薪2PI×t/纖T濃+φ)用角濁頻率w表示抄，即w=確2PI濕/糾T，所城以又拜可以脈寫成守：s=Asi爸n(wt+φ)對s進行鹽一次區(qū)微分救和二析次微飛分，惑可分逼別得辰到速詞度v和加轎速度a：v=Awco劉s(wt+φ)=Awsi剛n(wt+P爹I/2+φ)a=Aw2si對n(wt+P窮I+φ)（圖泡示）振幅拉反應(yīng)世振動里的強諸度，拜振幅布的平特方常因與物鳥質(zhì)振重動的構(gòu)能量梨成正揭比。傾因此被，振摟動診仇斷標類準都耳是用絮振幅輪來表法示的陶。第二遭章夜機蘭械振置動及染信號2、頻簽率ff：振渣動物特體（救或質(zhì)玻點）減每秒吩振動顧的次沒數(shù)，驕單位Hz。數(shù)值鉤上：f=好1將/T用角代頻率賽表示捉：w勿=命2任PI層f我國俘交流族電源冠的頻輪率為50冤Hz。若詠一臺奶機器揚的轉(zhuǎn)謊速為15挽00諸r/材mi龍n，那路么其銹轉(zhuǎn)動悶頻率fr=木25凝Hz。3、相剝位角ΦΦ由轉(zhuǎn)懲角wt與初歉相位吧角φ兩部疤分組責(zé)成，淹即Φ=wt+φ。相位廳表示間振動框質(zhì)點剛的相閉對位迷置。塌不同水振源賊產(chǎn)生爽的信紐奉號都家有各辯自的陰相位仔。相容位相軟同會花引起鍵合拍臂共振席產(chǎn)生找嚴重乓后果津。相起位相洽反，守會產(chǎn)然生互繭相抵哲消的酷作用蘋，起軋到減侍振的授效果者。第二耕章敬機濾械振壩動及卡信號2.轉(zhuǎn)3設(shè)備禮狀態(tài)闖信號駱的物書理表姿現(xiàn)機械恰故障句診斷愈技術(shù)佳的應(yīng)仙用分攔為：事故旨前預(yù)田防事故眾后分治析事故紛前預(yù)夾防不帥能預(yù)拔防突梢發(fā)性焰故障溜，只槽能預(yù)知防漸尸變性枕故障御。漸紫變性甜故障喜時隨走著劣帽化的咱進展糖而逐喉步惡薯化，或必有乓某些推特征館信號晨在這石個過糠程中捏相應(yīng)姿的變潛化。蘆事前帽預(yù)防傷就是改抓住僚這些方特征創(chuàng)信號齡所發(fā)癥出的喊預(yù)兆艙，及喘時采盲取措路施，臂制止理故障扎發(fā)展誓。這些士特征精信號儲就是幫設(shè)備塊的狀哥態(tài)信褲息，熟它們?nèi)Φ奈锟世肀硐冬F(xiàn)就爭是檢距測、花分析偉的對疼象。第二摘章似機鳳械振郊動及棋信號設(shè)備屋故障業(yè)診斷繁技術(shù)飲必須童獲取導(dǎo)表征笛設(shè)備飾狀態(tài)礦信息杠的那耍些物安理量雜，作練為診綱斷的筒依據(jù)忌。以能栗量轉(zhuǎn)譜換為杰主要萬工作趟任務(wù)鼓的設(shè)貴備，求其設(shè)惕備的義狀態(tài)巴信息心包括斗轉(zhuǎn)換樸前的話能量嶺、轉(zhuǎn)蠢換后榜的能刷量以物及因警這些地能量川的損剛耗所佛衍生辟的物閱理量躲。泵、披風(fēng)機誦、壓蛋縮機堪等是裂將機廈械能各轉(zhuǎn)換逗成介繳質(zhì)能儲量的遣設(shè)備趁，其泰狀態(tài)爺信息怖包括持機械議能的爸參數(shù)辭：力躬、速投度、丘振動射、溫仗度；韻也包菜含介服質(zhì)的叨能量快：壓勞力、黎流量啟。電動吃機是捐將電閣能轉(zhuǎn)駕