振動(dòng)測(cè)試基礎(chǔ)教學(xué)課件

振動(dòng)測(cè)試基礎(chǔ)振動(dòng)測(cè)試基礎(chǔ)振動(dòng)測(cè)試基礎(chǔ)振動(dòng)測(cè)試

的

基礎(chǔ)知識(shí)2021/3/202振動(dòng)的時(shí)域波形名稱波形名稱波形2021/3/203振動(dòng)信號(hào)的頻率分析把振動(dòng)信號(hào)中所包含的各種頻率成分分別分解出來(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)，也可在計(jì)算機(jī)上用軟件來(lái)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。2023/7/226時(shí)間域頻率域FFTIFFT2023/7/227各種振動(dòng)的頻譜圖名稱波形頻譜名稱波形頻譜2023/7/228系統(tǒng)對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)自激振動(dòng)(機(jī)械)系統(tǒng)

單自由度多自由度

強(qiáng)迫振動(dòng)自由振動(dòng)反饋機(jī)制持續(xù)激勵(lì)初始激勵(lì)恒定能源激勵(lì)響應(yīng)2023/7/229單自由度振動(dòng)系統(tǒng)

確定系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)所需的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)稱為系統(tǒng)的自由度2023/7/2210多自由度振動(dòng)系統(tǒng)圖中數(shù)字為系統(tǒng)的自由度數(shù)532262023/7/2211單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)系統(tǒng)在沒有激勵(lì)下，由初始條件引起的振動(dòng)，稱為自由振動(dòng)。初始位移初始速度a—無(wú)阻尼b—小阻尼c—臨界阻尼d—大阻尼2023/7/2212系統(tǒng)有多個(gè)固有頻率。從小到大，稱為第1階、第2階等等。每個(gè)頻率有一對(duì)應(yīng)的振型和阻尼值。同一階的固有頻率、振型和阻尼值一起，稱為模態(tài)。兩自由度系統(tǒng)的模態(tài)舉例第二階模態(tài)第一階模態(tài)2023/7/2213三自由度系統(tǒng)的模態(tài)舉例第二階模態(tài)第三階模態(tài)第一階模態(tài)振型是各自由度坐標(biāo)的比例值。振型具有正交性。2023/7/2214系統(tǒng)的自由振動(dòng)為各階自由振動(dòng)的疊加。振動(dòng)一般不再是簡(jiǎn)諧的。各階自由振動(dòng)所占成分的大小，決定于初始條件。各階自由振動(dòng)衰減的快慢，決定于該階的阻尼。阻尼大，衰減快；阻尼小，衰減慢。在衰減過(guò)程中，各階的振型保持不變，即節(jié)點(diǎn)位置不變。多自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)2023/7/2215振動(dòng)的頻率等于外激勵(lì)的頻率。振型為各階振型的疊加。各階振型所占的比例，決定于外激勵(lì)的頻率和作用點(diǎn)位置。激勵(lì)頻率接近某階固有頻率時(shí)，該階振型增大而占主導(dǎo)地位，是為該階共振狀態(tài)。共振峰大小決定于該階阻尼值和激勵(lì)的位置。作用在某階節(jié)點(diǎn)上的激勵(lì)力，不能激起該階振動(dòng)。多自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)2023/7/2216磁帶記錄儀頻譜分析儀打印機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備繪圖儀測(cè)量電路基頻檢測(cè)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(dòng)測(cè)量框圖2023/7/2217磁電速度傳感器接收形式：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/s典型靈敏度：20mV/mm/s測(cè)量非轉(zhuǎn)動(dòng)部件的絕對(duì)振動(dòng)的速度。不適于測(cè)量瞬態(tài)振動(dòng)和很快的變速過(guò)程。輸出阻抗低，抗干擾力強(qiáng)。傳感器質(zhì)量較大，對(duì)小型對(duì)象有影響。在傳感器固有頻率附近有較大的相移。2023/7/2218典型的磁電速度傳感器及其特性2023/7/2219壓電加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(hào)可在很大范圍內(nèi)變化。測(cè)量非轉(zhuǎn)動(dòng)部件的絕對(duì)振動(dòng)的加速度。適應(yīng)高頻振動(dòng)和瞬態(tài)振動(dòng)的測(cè)量。傳感器質(zhì)量小，可測(cè)很高振級(jí)。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量要注意電磁場(chǎng)、聲場(chǎng)和接地回路的干擾。2023/7/2220壓電加速度傳感器的典型結(jié)構(gòu)晶體片晶體片質(zhì)量塊預(yù)緊環(huán)出線口底座出線口三角剪切型中心壓縮型預(yù)壓簧片三角柱2023/7/2221壓電加速度傳感器的典型特性預(yù)緊環(huán)底座質(zhì)量塊出線口晶體片2023/7/2222渦流位移傳感器非接觸測(cè)量，特別適合測(cè)量轉(zhuǎn)軸和其他小型對(duì)象的相對(duì)位移。有零頻率響應(yīng)，可測(cè)靜態(tài)位移和軸承油膜厚度。靈敏度與被測(cè)對(duì)象的電導(dǎo)率和導(dǎo)磁率有關(guān)。相移很小。接收形式：相對(duì)式變換形式：電渦流典型頻率范圍：0~20kHz典型線性范圍：0~2mm典型靈敏度：8.0V/mm(對(duì)象為鋼)2023/7/2223渦流位移傳感器及前置器2023/7/2224渦流傳感器的工作原理輸出電壓u

正比于間隙d且于測(cè)量對(duì)象的材質(zhì)有關(guān)2023/7/2225渦流位移傳感器的典型特性傳感器與轉(zhuǎn)軸之間的間隙前置器輸出電壓（直流伏）2023/7/2226軸承振動(dòng)的測(cè)點(diǎn)布置2023/7/2227軸振動(dòng)的測(cè)點(diǎn)布置2023/7/2228軸承振動(dòng)與軸振動(dòng)的比較2023/7/2229基頻是轉(zhuǎn)速頻率。基頻分量的幅值和轉(zhuǎn)子的不平衡大小有關(guān)。基頻分量的相位和不平衡在轉(zhuǎn)子上的方位有直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)的

基頻分量的幅值和相位的測(cè)量

2023/7/2230鍵相與相位參考脈沖在轉(zhuǎn)子上布置鍵相標(biāo)記K，在軸承座上布置鍵相傳感器K（光電式或渦流式），其輸出為相位參考脈沖。參考脈沖是測(cè)量相位的基準(zhǔn)。參考脈沖也可用于測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。K’K1轉(zhuǎn)t參考脈沖2023/7/2231振動(dòng)相位與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的關(guān)系從參考脈沖到第一個(gè)正峰值的轉(zhuǎn)角定義振動(dòng)相位。振動(dòng)相位與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角度一一對(duì)應(yīng)。在平衡和故障診斷中有重要作用。振動(dòng)信號(hào)參考脈沖2023/7/2232波形圖(Wave)時(shí)間域內(nèi)的振動(dòng)波形頻譜圖(Spectrum)組成振動(dòng)的各諧波成分軸心軌跡(Orbit)轉(zhuǎn)軸中心的振動(dòng)軌跡，由水平和鉛垂兩方向波形合成旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)圖示(定轉(zhuǎn)速)2023/7/2233波形圖、頻譜圖及軸心軌跡2023/7/2234軸心軌跡的測(cè)定軸心軌跡(Orbit)是診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的有力工具。軸心軌跡可用基頻檢測(cè)儀和示波器得到，也可以用計(jì)算機(jī)完成。2023/7/2235軸心軌跡陣波德圖與極坐標(biāo)圖(Bode&PolarPlot)

升（降）速時(shí)，基頻幅值和相位的變化三維頻譜圖(Cascade,Waterfall)坎貝爾圖(Campber)各轉(zhuǎn)速下的頻譜圖的另一種表示軸心位置

判定軸頸靜態(tài)工作點(diǎn)和油膜厚度旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)圖示(變轉(zhuǎn)速)2023/7/2236軸心軌跡陣圖汽輪發(fā)電機(jī)組一個(gè)軸承在不同轉(zhuǎn)速下的軸心軌跡陣2023/7/2237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(dòng)的幅值和相位隨機(jī)器轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。2023/7/2238三維頻譜圖是頻譜的集合。本圖的第三個(gè)坐標(biāo)是轉(zhuǎn)速。本圖表明在升、降速過(guò)程中振動(dòng)頻譜的變化。第三坐標(biāo)也可是時(shí)間、工藝參數(shù)等。三維頻譜圖（譜陣圖）2023/7/2239本圖的第三個(gè)坐標(biāo)是時(shí)間(日期)，反映頻譜的趨勢(shì)。三維頻譜圖（譜陣圖）2023/7/2240機(jī)器轉(zhuǎn)速振動(dòng)頻率坎貝爾(Campber)圖注：圓圈直徑代表振動(dòng)的大?。恍本€代表諧波次數(shù)。2023/7/2241軸心位置的測(cè)定軸心位置可以用計(jì)算機(jī)及其外設(shè)來(lái)繪制。渦流傳感器的輸出信號(hào)動(dòng)態(tài)部分靜態(tài)部分軸心軌跡軸心位置間隙變化平均間隙2023/7/2242軸心位置的變化汽輪發(fā)電機(jī)中壓缸軸承升速時(shí)軸心位置逐漸升高。到工作轉(zhuǎn)速時(shí)，偏心率為0.66；偏位角32o。屬正常。以后數(shù)月，軸承基礎(chǔ)下沉，導(dǎo)致軸心上浮，偏心率減少，偏位角接近90o。發(fā)生了油膜振蕩。監(jiān)測(cè)軸心位置有助于發(fā)現(xiàn)機(jī)器的故障。2023/7/2243結(jié)