振動和振動測試的基本知識講義

1、本本 章章 內內 容容 簡諧振動三要素簡諧振動三要素 振動的時域參數振動的時域參數 頻譜分析頻譜分析 振動測量的框圖振動測量的框圖 傳感器的選用傳感器的選用 渦流位移傳感器渦流位移傳感器 磁電速度傳感器磁電速度傳感器 壓電加速度傳感器壓電加速度傳感器 旋轉機械振動測量的旋轉機械振動測量的 幾個特殊問題幾個特殊問題 相位的測量相位的測量 基頻檢測基頻檢測 波德圖和極坐標圖波德圖和極坐標圖 三維頻譜圖三維頻譜圖 軸心軌跡圖軸心軌跡圖 軸心位置圖軸心位置圖 振擺信號來源及其補償振擺信號來源及其補償xn振幅振幅 (Amplitude) 偏離平衡位置的最大值，記作A。描述振動的規(guī)模。n圓頻率圓頻率 (A

2、ngular frequency) 描述振動的快慢，記作 ,單位為弧度/秒。 頻率頻率 f = /2 為每秒鐘的振動次數，單位為次/秒(Hz)。 周期周期 T = 1/f = 2/ 為每振動一次所需的時間，單位為秒。n初相角初相角 (Initial phase) 描述振動在起始瞬間的狀態(tài)，記作。簡諧振動的三要素簡諧振動的三要素 振動位移、速度、加速度之間的關系振動位移、速度、加速度之間的關系 )sin(2 tAxv)sin( tAxa2 tAx sinn振動位移振動位移 (Displacement)n速度速度 (Velocity)n加速度加速度 (Acceleration) l位移、速度、加速

3、度都是同頻率的簡諧波。l三者的幅值依次為A、A、A 2。l相位關系：加速度領先速度90; 速度領先位移90。xvaxva各種振動波形及其頻譜各種振動波形及其頻譜名稱 波 形 頻 譜 名稱 波 形 頻 譜振動的時域參數振動的時域參數 n瞬時值瞬時值 (Instant value) 振動的任一瞬時的數值。n峰值峰值 (Peak value) 振動離平衡位置的最大偏離。n平均絕對值平均絕對值 (Aver. absolute value)n均值均值 (Mean value) 又稱平均值或直流分量。n有效值有效值 (Root mean square value) TtxTx0avd 1TtxTx0d 1

4、TtxTx02rmsd 1xpx = x(t)振動的時域參數振動的時域參數 0 x正峰值負峰值平均絕對值有效值平均值峰峰值 簡諧振動為例 x=Asin( t+/2)n峰值峰值 xp=A; 峰峰值峰峰值 xp-p=2An平均絕對值平均絕對值 xav=0.637An有效值有效值 xrms=0.707An平均值平均值xrms 有效值xp 峰值xav 平均絕對值 平均值時域無量綱診斷征兆參數時域無量綱診斷征兆參數 n波形指標波形指標 (Shape factor) 波形與正弦波比較的偏移和歪斜。n峰值指標峰值指標 (Peak factor) 波形是否有沖擊。n脈沖指標脈沖指標 (Crest factor

5、) 波形高度的指標。n歪度指標歪度指標 (Skewness) 以平均值為中心，波形的對稱性。n峭度指標峭度指標 (Kurtosis) 波形的尖峭程度、有無沖擊。rmspxxI avrmsxxSfxxCfp3rms13111xNxxNii)( 4rms14211xNxxNii)( x振動信號的頻率分析振動信號的頻率分析n把振動信號中所包含的各種頻率成分各種頻率成分分別分解出來的方法。n頻率分析的數學基礎是傅里葉變換傅里葉變換和快速傅里葉算法（FFT）。n頻率分析可用頻率分析儀頻率分析儀來實現，也可在計算機上用軟件來完成。n頻率分析的結果得到各種頻譜圖頻譜圖，這是故障診斷的有力工具。A/DA/D變

6、換變換+ +計算機計算機+ +外設外設振動測試的框圖振動測試的框圖 n狀態(tài)監(jiān)測狀態(tài)監(jiān)測情況下，無需激勵環(huán)節(jié)。n分析和檢測可以用計算機及其外部設備來完成。磁電速度傳感器磁電速度傳感器接收形式：慣性式變換形式：磁電效應典型頻率范圍：10Hz1000Hz典型線性范圍：02mm典型靈敏度 ：20mV/mm/sn測量非轉動部件的絕絕對振動對振動的速度。n不適于測量瞬態(tài)振動瞬態(tài)振動和很快的變速過程很快的變速過程。n低輸出阻抗，抗干擾抗干擾力強。力強。n傳感器質量較大質量較大，對小型對象有影響。n在傳感器固有頻率附近有較大的相移較大的相移。典型的磁電速度傳感器及其特性典型的磁電速度傳感器及其特性壓電加速度傳

7、感器壓電加速度傳感器接收形式：慣性式變換形式：壓電效應典型頻率范圍：0.2Hz10kHz線性范圍和靈敏度隨各種不同型號可在很大范圍內變化。n測量非轉動部件的絕絕對振動對振動的加速度。n適應高頻振動高頻振動和瞬態(tài)瞬態(tài)振動振動的測量。n傳感器質量小，可測很高振級高振級。n現場測量要注意電磁場、聲場和接地回路的干擾干擾。典型的壓電加速度傳感器及其特性典型的壓電加速度傳感器及其特性三角柱底座晶體片質量塊出線口預緊環(huán)渦流位移傳感器渦流位移傳感器n不接觸測量不接觸測量，特別適合測量轉軸和其他小型對象的相對位移。n有零頻率響應零頻率響應，可測靜態(tài)位移和軸承油膜厚度。n相移相移很小。n靈敏度靈敏度與被測對象的

8、電導率和導磁率有關。接收形式：相對式變換形式：電渦流典型頻率范圍：020kHz典型線性范圍：02mm典型靈敏度 ：8.0V/mm(對象為鋼)典型的渦流位移傳感器及其特性典型的渦流位移傳感器及其特性磁帶記錄儀頻譜分析儀打印機存儲設備數字繪圖儀測量電路和適調電路基頻監(jiān)測儀函數記錄儀數據采集和分析系統(tǒng)汽輪機齒輪增速箱壓縮機渦流傳感器速度傳感器加速度傳感器光電傳感器旋轉機械振動測量框圖旋轉機械振動測量框圖n相位測量相位測量 相位相位和轉子轉角轉子轉角有直接對應關系。n基頻檢測，跟蹤轉速的濾波基頻檢測，跟蹤轉速的濾波 基頻基頻(轉速頻率)的幅值和相位直接和不平衡不平衡有關。n軸心軌跡測量軸心軌跡測量 轉

9、機故障診斷的一個有力工具。n軸心位置測量軸心位置測量 判定軸承工作點軸承工作點和油膜厚度油膜厚度。n振擺信號及其補償振擺信號及其補償 渦流傳感器測量的特殊問題，需注意補償旋轉機械振動測量的特殊問題旋轉機械振動測量的特殊問題轉機振動相位的測定轉機振動相位的測定n在轉動機械測量中，在轉子上布置鍵相標記K，在軸承座上布置光電或渦流傳感器K，其輸出的參考脈沖為相位的基準。n以參考脈沖后到第一個正峰值的轉角定義振動相位，即a。n振動相位直接和轉子的轉動角度有關。n相位在轉子的平衡和故障診斷中有重要的作用。基頻濾波的作用基頻濾波的作用波德圖和極坐標圖的繪制波德圖和極坐標圖的繪制n基頻檢測是跟蹤轉速的濾波，

10、得到基頻的幅值和相位。n基頻檢測可用專用儀器實現，也可以用通用計算機完成。波德圖和極坐標圖波德圖和極坐標圖n波德圖(Bode Plot)和極坐標圖(Polar Plot)兩者所含信息相同，都表示基頻振動的幅值和相位隨機器轉速的變化規(guī)律。n三維頻譜圖是頻譜的集合頻譜的集合。n第三個坐標可以是轉速轉速、時時間間(日期)、其其他工藝參數他工藝參數等。n本圖第三坐標是轉速，機器升速過程中發(fā)生了油膜渦動和油膜振蕩。三維頻譜圖三維頻譜圖 Cascade軸心軌跡軸心軌跡 Orbit 的測定的測定n軸心軌跡(Orbit)是診斷旋轉機械故障的有力工具。n軸心軌跡可用基頻檢測儀和示波器得到，也可以用計算機完成。軸心位置的測定軸心位置的測定n軸心位置可以用計算機及其外設來繪制。渦流傳感器的輸出信號動態(tài)部分靜態(tài)靜態(tài)部分部分軸心軌跡軸心軸心位置位置間隙變化平均平均間隙間隙軸心位置的變化軸心位置的變化汽輪發(fā)電機中壓缸軸承汽輪發(fā)電機中壓缸軸承n升速時軸心位置逐漸升高。n到工作轉速時，偏心率為0.66；偏位角32。屬正常。n以后數月，軸承基礎下沉，導致軸心上浮，偏心率減少，偏位角接近90 。n發(fā)生了油膜振蕩。n監(jiān)測軸心位置有助于發(fā)現機器的故障。振擺信號及其來源振擺信號及其來源n機械方面機械方面的原因： 不同心度 基頻型 永久性彎曲 基頻型 橢圓度 2X基頻型 不圓及其他缺陷 基頻及非基頻