振動(dòng)測試分析技術(shù)

1、目前在診斷技術(shù)上應(yīng)用最多的是機(jī)械的振動(dòng)信號(hào)，其原因是由振動(dòng)引起的機(jī)械故障比重很高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，因振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械故障率高達(dá)60%，其次是因?yàn)檎駝?dòng)信號(hào)中含有豐富的信息，很多機(jī)械故障都能以振動(dòng)狀態(tài)的異常反應(yīng)出來。,振動(dòng)信號(hào)測試是利用各類傳感器把機(jī)械的振動(dòng)響應(yīng)，如位移、速度或加速度等參數(shù)以電量的方式檢測出來，經(jīng)過測振放大器放大后送入相應(yīng)的分析處理儀器。,第3章 振動(dòng)測試分析技術(shù),第3章 振動(dòng)測試分析技術(shù), 3.1振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí),機(jī)械振動(dòng)：機(jī)械振動(dòng)是指表示機(jī)械設(shè)備在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)上某觀測點(diǎn)的位移量圍繞相對(duì)基準(zhǔn)隨時(shí)間不斷變化的過程。,簡諧振動(dòng),位移,速度,加速度, 3.1振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí), 3.1振

2、動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí),質(zhì)量塊受力產(chǎn)生的受迫振動(dòng),振動(dòng)系統(tǒng)的阻尼比，,振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，,。, 3.1振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí), 3.1振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí),基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的受迫振動(dòng), 3.1振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí),振動(dòng)測試的基本參數(shù)：幅值、頻率和相位 幅值 幅值是振動(dòng)強(qiáng)度大小的標(biāo)志，它可以用不同的方法表示，如單峰值、有效值、峰峰值等； 頻率 為周期的倒數(shù)。通過頻譜分析可以確定主要頻率成分及其幅值大小，從而可以尋找振源，采取措施； 相位 利用振動(dòng)信號(hào)的相位信息可以確定共振點(diǎn)、振型測量、旋轉(zhuǎn)件動(dòng)平衡、有源振動(dòng)控制、降噪等。, 3.1振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí), 3.2 振動(dòng)測試的儀器設(shè)備,1傳感器,2前置放大器 a將壓電傳感器的電荷轉(zhuǎn)換成電

3、壓； b電壓放大； c將傳感器高輸出阻抗轉(zhuǎn)變成低阻抗。,3信號(hào)多路采集、傳輸、解調(diào)、濾波和微積分等設(shè)備 4信號(hào)讀數(shù)、波形顯示、繪圖、打印等設(shè)備 5信號(hào)記錄儀 6信號(hào)分析儀,7激振設(shè)備, 3.2 振動(dòng)測試的儀器設(shè)備,1傳感器,按測振參數(shù)分：位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器；,按參考坐標(biāo)分：相對(duì)式傳感器、絕對(duì)式傳感器；,按工作原理分：磁電式、壓電式、電阻應(yīng)變式、電感式、 電容式、光學(xué)式；,按傳感器與被測物關(guān)系分：接觸式傳感器、非接觸式傳感器, 3.2 振動(dòng)測試的儀器設(shè)備,1傳感器,電渦流(位移)傳感器,渦流傳感器示意圖,渦流傳感器已成系列，測量范圍從0.5mm至10mm以上，靈敏閾約為測量范圍

4、的0.1%。常用的外徑8mm的傳感器與工件的安裝間隙約1mm，在0.5mm范圍內(nèi)有良好的線性，靈敏度為7.87mv/mm，頻響范圍為012000Hz。, 3.2 振動(dòng)測試的儀器設(shè)備,1傳感器,電渦流位移傳感器測量軸振動(dòng)的示意圖,（1）電渦流(位移)傳感器, 3.2 振動(dòng)測試的儀器設(shè)備,加速度計(jì),力傳感器, 3.2 振動(dòng)測試的儀器設(shè)備,傳感器的合理選擇,直接測量參數(shù)的選擇,位移（0-100Hz）低頻振動(dòng)，電渦流； 速度（10-1000Hz）機(jī)組振動(dòng)； 加速度（1000Hz）沖擊振動(dòng)，齒輪，軸承等。,振動(dòng)位移、振動(dòng)速度和振動(dòng)加速度三者的幅值之間的關(guān)系與頻率有關(guān)，所以，在低頻振動(dòng)場合，加速度的幅值不

5、大；在高頻振動(dòng)場合，加速度幅值較大。考慮到三類傳感器及其后續(xù)儀器的特性，并根據(jù)振動(dòng)頻率范圍而推薦選用振動(dòng)量測量的范圍。, 3.2 振動(dòng)測試的儀器設(shè)備,傳感器的合理選擇,靈敏度,傳感器的靈敏度越高，可以感知越小的變化量，即被測量稍有微小變化時(shí)，傳感器即有較大的輸出。但靈敏度越高，與測量信號(hào)無關(guān)的外界噪聲也容易混入，并且噪聲也會(huì)被放大。因此，靈敏度高的傳感器往往要求有較大的信噪比。過高的靈敏度會(huì)影響其適用的測量范圍。, 3.2 振動(dòng)測試的儀器設(shè)備,傳感器的合理選擇,線性范圍,傳感器都有一定的線性范圍，在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系。線性范圍愈寬，表明傳感器的工作量程愈大。,為了保證測量的精確度，

6、傳感器必須在線性區(qū)域內(nèi)工作。 選用時(shí)必須考慮被測物理量的變化范圍、令其非線性誤 差在允許范圍以內(nèi)。, 3.2 振動(dòng)測試的儀器設(shè)備,傳感器的合理選擇,傳感器的響應(yīng)特性,傳感器的響應(yīng)特性必須在所測頻率范圍內(nèi)盡量保持不失真。 但實(shí)際傳感器的響應(yīng)總有一遲延，但遲延時(shí)間越短越好。,傳感器的響應(yīng)特性對(duì)測試結(jié)果有直接影響，在選用時(shí)，應(yīng)充分考慮到被測物理量的變化特點(diǎn)(如穩(wěn)態(tài)、瞬變、隨機(jī)等)。, 3.2 振動(dòng)測試的儀器設(shè)備,傳感器的合理選擇,傳感器的穩(wěn)定性,傳感器的穩(wěn)定性是經(jīng)過長期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時(shí)間與環(huán)境。,為了保證穩(wěn)定性，在選用傳感器之前，應(yīng)對(duì)使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，

7、以選擇合適的傳感器類型。, 3.2 振動(dòng)測試的儀器設(shè)備,傳感器的合理選擇,傳感器的精確度,傳感器精確度表示傳感器輸出與被測量的對(duì)應(yīng)程度。傳感器能否真實(shí)地反映被測量，對(duì)整個(gè)測試系統(tǒng)具有直接影響。然而，傳感器的精確度也并非愈高愈好，還要考慮到經(jīng)濟(jì)性。傳感器精確度愈高，價(jià)格越昂貴。應(yīng)從實(shí)際出發(fā)來選擇。, 3.2 振動(dòng)測試的儀器設(shè)備,傳感器的合理選擇,傳感器其它選用原則,傳感器在實(shí)際測試條件下的工作方式，也是選用傳感器時(shí)應(yīng)考慮的重要因素。因?yàn)闇y量條件不同對(duì)傳感器要求也不同。, 3.2 振動(dòng)測試的儀器設(shè)備,傳感器的安裝,傳感器選型以后，就要選擇最好的方法合理的安裝。在進(jìn)行測試時(shí)，對(duì)傳感器的安裝要求是十分

8、嚴(yán)格的，尤其是對(duì)位移和加速度傳感器，一般應(yīng)按照傳感器制造廠家介紹的方法進(jìn)行安裝。值得注意的是，傳感器不能在薄金屬蓋（殼）上安裝，因?yàn)檫@樣安裝會(huì)產(chǎn)生共振。, 3.2 振動(dòng)測試的儀器設(shè)備,傳感器的安裝, 3.2 振動(dòng)測試的儀器設(shè)備,傳感器的安裝,表3-1測量典型設(shè)備時(shí)振動(dòng)傳感器的安裝法, 3.2 振動(dòng)測試的儀器設(shè)備,2 數(shù)據(jù)采集器頻譜分析儀, 3.2 振動(dòng)測試的儀器設(shè)備,2 數(shù)據(jù)采集器頻譜分析儀, 3.2 振動(dòng)測試的儀器設(shè)備,2 數(shù)據(jù)采集器頻譜分析儀, 3.2 振動(dòng)測試的儀器設(shè)備,2 數(shù)據(jù)采集器頻譜分析儀, 3.2 振動(dòng)測試的儀器設(shè)備,2數(shù)據(jù)采集器頻譜分析儀,圖3-9數(shù)據(jù)采集器的工作過程, 3.2

9、 振動(dòng)測試的儀器設(shè)備,2數(shù)據(jù)采集器頻譜分析儀,功能參數(shù)：,通道（信號(hào)數(shù)）:單、雙、多,采樣精度: 8位 12位 16位,頻率范圍: 0-*Hz,譜線數(shù) :64 128 256 512 1024 4096,存儲(chǔ)方式: 磁帶記錄儀；軟盤；存儲(chǔ)卡；機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)等,顯示：LCD液晶；CRT 掃描顯示器,動(dòng)態(tài)范圍(dB): 60-80dB, 3.2 振動(dòng)測試的儀器設(shè)備,2數(shù)據(jù)采集器頻譜分析儀,接口；數(shù)據(jù)傳輸方式：并口打印機(jī)，USB 串口RS232 IEEE488,功能參數(shù)：,電源：內(nèi)置（電池） 外置,分析功能：頻譜、功率譜、時(shí)序波形、倍頻、分頻、 細(xì) 化譜、三維譜、相關(guān)、相干、傳遞函數(shù)等，小波分析等。, 3

10、.3振動(dòng)測試方案,重要，關(guān)鍵設(shè)備、維修難、價(jià)格高、單機(jī)、易發(fā)生故障。,1 測試對(duì)象：,2 測試參數(shù)：,主要參數(shù)：,位移（0-100Hz）低頻振動(dòng)，軸電渦流； 速度（10-1000Hz）機(jī)組振動(dòng)； 加速度（1000Hz）沖擊振動(dòng)，齒輪，軸承等。,相關(guān)參數(shù)：,轉(zhuǎn)速，結(jié)構(gòu)特性參數(shù)等, 3.3 振動(dòng)測試方案,原則：全面描述反應(yīng)機(jī)械狀態(tài)的敏感點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)； 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定位置。 形式：絕對(duì)、相對(duì) 定位:標(biāo)記 環(huán)境：溫度、濕度、方向等,3 測試位置（監(jiān)測點(diǎn)）, 3.3振動(dòng)測試方案,電渦流位移傳感器測量軸振動(dòng)的示意圖,3 測試位置（監(jiān)測點(diǎn)）, 3.3 振動(dòng)測試方案,3 測試位置（監(jiān)測點(diǎn)）, 3.3 振動(dòng)測試方案

11、,3 測試位置（監(jiān)測點(diǎn)）, 3.3 振動(dòng)測試方案,3 測試位置（監(jiān)測點(diǎn)）, 3.3振動(dòng)測試方案,3 測試位置（監(jiān)測點(diǎn)）,相對(duì)軸位移, 3.3振動(dòng)測試方案,3 測試位置（監(jiān)測點(diǎn)）,相對(duì)軸膨脹, 3.3 振動(dòng)測試方案,定期、隨機(jī)、巡檢、在線監(jiān)測，企業(yè)的要求， 國家的規(guī)定，分析的需要等。,4 測試周期：,絕對(duì)法 根據(jù)相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等， 如： ISO， GB， API 等。 相對(duì)法 以機(jī)器正常狀態(tài)的振動(dòng)值作為基數(shù)，自己和自己比。 類比法 與同類機(jī)器的振動(dòng)值作比較。,5 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：, 3.3 振動(dòng)測試方案, 3.2 振動(dòng)測試方案,絕對(duì)法,表3-2 水電部汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)(軸

12、承振幅允許值),（1）以軸承振動(dòng)位移峰峰值作評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：,5 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：, 3.2 振動(dòng)測試方案,絕對(duì)法,（1）以軸承振動(dòng)位移峰峰值作評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：,表3-3 機(jī)電部離心風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn),用振動(dòng)位移值來評(píng)定機(jī)組振動(dòng)時(shí)按照轉(zhuǎn)速高低來規(guī)定允許的振動(dòng)值， 轉(zhuǎn)速低，允許的振動(dòng)值大；轉(zhuǎn)速高，允許的振動(dòng)值小。這是因?yàn)橥?樣的振動(dòng)值，對(duì)高速機(jī)組將會(huì)帶來較大的危害。,5 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：, 3.2 振動(dòng)測試方案,絕對(duì)法,（1）以軸承振動(dòng)位移峰峰值作評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：,34 IEC汽輪機(jī)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn),5 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：, 3.2 振動(dòng)測試方案,絕對(duì)法,在制定上述振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，假設(shè)： 機(jī)組振動(dòng)為單一頻率的正弦波振動(dòng)； 軸承振動(dòng)

13、和轉(zhuǎn)子振動(dòng)基本上有一固定的比 值，因此可利用軸承振動(dòng)代表轉(zhuǎn)子振動(dòng)； 軸承座在垂直、水平方向上的剛度基本上 相等，即認(rèn)為是各向同性的。,5 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：, 3.2 振動(dòng)測試方案,絕對(duì)法,實(shí)際證明上述假設(shè)與事實(shí)不盡相符，所測得的振動(dòng)多數(shù)是由數(shù)種頻率的振動(dòng)合成的；軸承組水平剛度明顯低于垂直剛度；轉(zhuǎn)子振動(dòng)和軸承座振動(dòng)的比值，可以是250倍，它和軸承型式，間隙、軸承座剛度、油膜特性等有關(guān)，且同類機(jī)組亦不盡相同，因此，為了較全面的反映機(jī)組的振動(dòng)情況，必須制定其它的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。,5 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：, 3.2 振動(dòng)測試方案,絕對(duì)法,（2）以軸承振動(dòng)烈度（均方根值）作評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO-3945標(biāo)

14、準(zhǔn)中規(guī)定了以振動(dòng)烈度（即振動(dòng)速度的均方根值或有效值）來評(píng)定軸承振動(dòng)。,振動(dòng)烈度（振動(dòng)速度的有效值）與振動(dòng)位移的關(guān)系,振動(dòng)烈度,5 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：,測量頻率范圍 101000Hz,I 級(jí)：小型機(jī)械 例15kW以下電機(jī) II級(jí)：中型機(jī)械 例1575kW以下電機(jī) 和300kW以下機(jī)械 III級(jí)：大型機(jī)械，剛性基礎(chǔ) 60012000r/min IV 級(jí)：大型機(jī)械，柔性基礎(chǔ) 60012000r/min,表3- 6 ISO 3495振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn), 3.2 振動(dòng)測試方案,5 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：, 3.2 振動(dòng)測試方案,絕對(duì)法,（2）以軸承振動(dòng)烈度（均方根值）作評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：, 3.2 振動(dòng)測試方案,絕對(duì)法,（2）以軸承

15、振動(dòng)烈度（均方根值）作評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：,表3-6 ISO 2372振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn),A機(jī)械運(yùn)行優(yōu)級(jí)水平（好）； B良好運(yùn)行應(yīng)有的水平（滿意）； C表示機(jī)組運(yùn)行已產(chǎn)生了故障， 應(yīng)予檢查和修復(fù)（不滿意）； D機(jī)組應(yīng)立即停止運(yùn)行（不允許）。,ISO 2372 振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)： 適用于大于300kW，轉(zhuǎn)速為60012000 r/min的大型原動(dòng)機(jī)和其它具有旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的大型機(jī)器，例如電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)、蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)、渦輪壓縮機(jī)、渦輪泵和風(fēng)機(jī)等,5 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：, 3.2 振動(dòng)測試方案,絕對(duì)法,（3）以軸振動(dòng)的位移峰峰值作評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：,美國石油學(xué)會(huì)給出了功率不超過1000kW的中小型渦輪機(jī)械軸振動(dòng)的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)API617，其振

16、動(dòng)許可值為： 式中 A 振動(dòng)許可值（雙振幅），單位： m; n 機(jī)器轉(zhuǎn)速，單位為 r/min。,5 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：,VDI德國工程師協(xié)會(huì) IEC 國際電工協(xié)會(huì) API 美國石油協(xié)會(huì),振 動(dòng) 評(píng) 定 標(biāo) 準(zhǔn)：,振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：,5 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：,滾動(dòng)軸承 齒 輪,旋轉(zhuǎn)機(jī)械 滑動(dòng)軸承, 3.2 振動(dòng)測試方案,相對(duì)法,以機(jī)器正常狀態(tài)的振動(dòng)值作為基數(shù)，自己和自己比。,5 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：, 3.2 振動(dòng)測試方案,相對(duì)法,5 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：,根據(jù)機(jī)械在磨合期、穩(wěn)定工作期、耗損失效期、失效區(qū) 制定不同的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。,C泵的振動(dòng)超過同類諸泵的 振動(dòng)一倍，C泵應(yīng)定為有故障, 3.2 振動(dòng)測試方案,類比法,與同類機(jī)器的振動(dòng)值作比較。,5 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)