振動測量基礎

振動測量基礎

崔啟明Page2振動現(xiàn)象物質是運動的，世界是運動的物質是振動的，世界是振動的1.機械振動的原因？

幾乎所有的機械振動都由這些原因中的一個或多個造成：往復作用力松動共振Page6振動信號的基本構成振幅(振動大小)頻率(振動快慢)相位Page7振幅(振動大小)的表達方式 有以下的振幅表達方式來代表振動的嚴重程度，峰至峰值(peak-to-peak)表示機器振動位移量大小。 峰值(peak)表示機器瞬間承受沖擊的振動量大小。 平均值(average)表示機器在某段時間內(nèi)的振動量平均值。均方根值(RMS)最能表示機器在某段時間內(nèi)所承受的振動能量，即振動的破壞能力。Page8振幅：

1.均方根值(rootmeansquare,rms)2.峰值（0-peak)3.峰至峰值(peak-peak)Page9均方根值與峰值定義對于單頻的正弦訊號而言，RMS值與0-peak，peak-peak值之間存在以下關系：

RMS值X2=0-peak值

0-peak值X2=peak-peak值Page10均方根值與峰值定義對于非單頻訊號，上述關系并不成立Page11均方根值--能量觀點的計算法面積總和（積分）/Tt=TX(t)X(t)2t=TPage12均方根值與峰值關系對于單頻的正弦訊號而言，RMS值與0-peak，peak-peak值之間存在以下關系：

RMS值X2=0-peak值

0-peak值X2=peak-peak值對于非單頻訊號，上述關系并不成立，但一般量測儀器大都以RMS來檢測振動值，并一律使用上述關系來求得0-peak或peak-peak值。（或稱為Equivalent0-peak,Equivalentpeak-peak)0-60sRms=195.6mg33.457speak=2.0743gPage16振動頻率單位時間內(nèi)的振動次數(shù)，稱為振動頻率由于每一種不同的現(xiàn)象會產(chǎn)生不同頻率的振動，所以頻率的分析成為進一步了解其物理現(xiàn)象的重要工具。根據(jù)傅麗葉定理，每一種波型都可以分解成一系列正弦波的組合Page17振動頻率Page18振動頻率利用FFT頻譜分析儀，將復雜的波形轉換成頻譜，以便進一步了解振動的構成原因信號合成與分解

周期信號的頻譜是離散譜信號合成與分解

非周期信號的頻譜是連續(xù)譜Page21頻譜的種類ConstantBandwidthSpectrum頻譜每條數(shù)據(jù)之間有固定的帶寬例如FFT頻譜ConstantPercentageBandwidthSpectrumCPBSpectrum（倍頻程）頻譜每條數(shù)據(jù)之間有固定的帶寬百分比例如1/3Octave其他Page22ConstantBandwidthSpectrumff量測帶寬f解析條數(shù)NPage23CPBSpectrumfu/fl=constant,當fu/fl=2,稱為octave頻譜fc=(fuxfl)=2fl目前國際通用以1kHz作為倍頻中心頻率。這時

為63Hz，125Hz，250Hz，500Hz，1kHz，2kHz，4kHz，8kHz等fcfuflPage26振動相位「振動相位」是指振動訊號相對于某一參考訊號之間的角度而言?！刚駝酉辔徊睢故侵竷煞N振動訊號之間的角度差。0o振動訊號與光纖參考訊號落後90oPage27振動相位A，B兩組振動訊號相90°的情況Page28振動相位應用實例振動相位表達出彼此之間的相對運動關系相位差接近180°表示反向運動彼此之間可能有松動的情形，反之，其相位差應接近0°何時需量相位?Page29振動的量測單位

振動的量測單位有三種，位移(displacement)，速度(velocity)，加速度(acceleration)。對于中、高頻振動信號的頻譜分析一般用速度與加速度作量測，較低頻的振動信號及機械組件的相對振動間隙則用位移作量測。

*位移(D)

常用表示法:P-P

常用單位:mm,um,inch,mils

*速度(V=dD/dt)

常用表示法:0-P

常用單位:mm/s,inch/s*加速度(A=dV/dt)

常用表示法:RMS

常用單位:m/s2,g(g=9.81m/s2)Page30

在簡易或精密診斷中，每次測點必須固定，振動計固定在振動機械上，必需要選在正確的位置，以愈接近振動部位愈好，目的是在獲得振動最短路徑傳遞值，盡量避免結構部分所帶來的影響。振動量測位置選擇Page31頻譜分析與振動診斷FFT特性:將時域的訊號轉成頻域Page32DiscreteFourierTransform-DFT

在工程上的應用，傅利葉轉換成為離散傅利葉轉換DFT：*假設訊號為周期函數(shù)傅利葉級數(shù)有限積分*使用數(shù)值積分式以便計算機運算Page33取樣與轉換原則上將模擬訊號數(shù)字化后，再用計算機程序進行FFT計算，就可以得到頻譜數(shù)據(jù)Page34非FFT頻譜技術—平行濾波器使訊號通過一組平行的帶通濾波器，然后檢測每組的均方根值大小，就可得到頻譜Bandpassfilter1Bandpassfilter2Bandpassfilter3Bandpassfilter4RMSdetectorRMSdetectorRMSdetectorRMSdetectorPage35非FFT頻譜技術—掃頻濾波器利用一個中心頻率可改變的帶通率波器，從低頻到高頻掃描，就可得到頻譜數(shù)據(jù)TrackingFilterRMSdetectorPage36

預防方法:1.使取樣頻率量測帶寬之最高頻率的2倍(NyquistFrequency)以上

2.在量測帶寬之最高頻率外再加上一個低通率波器(反假像濾波).取樣與假象(aliasing)Page37

漏失(Leakage)解決方法:在時間周期里加頻窗(Window)Page38

頻窗(Window)常見的窗函數(shù)比如對于直列四缸發(fā)動機，在一個工作循環(huán)內(nèi)，各缸依次點火，一個工作循環(huán)，曲軸轉兩圈，所以發(fā)火頻率剛好對應2階，四缸發(fā)動機3階，1階就是發(fā)動機轉速頻率人體對不同頻率的振動敏感程度不同

最敏感的頻率范圍是4～12.5Hz。在4～8Hz頻率范圍，人的內(nèi)臟器官產(chǎn)生共振；8～12.5Hz頻率范圍，對人的脊椎系統(tǒng)影響很大。

最敏感的頻率范圍是0.5～2Hz。大約在3Hz以下，人體對水平振動比對垂直振動更敏感，且汽車車身部分系統(tǒng)在此頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生共振，故應對水平振動給予充分重視。高峰值因數(shù)振動近年來的研究指出在振動暴露中的加速度峰值是重要的，尤其對健康的影響。某些實驗已經(jīng)表明評價振動的方均根方法對于具有重要峰值振動的影響估計過低。對于具有這種高峰值特別是對于峰值因數(shù)大于9的振動，提出了補充的或另一種測量程序，而方均根方法適用于峰值因數(shù)小于或等于9。峰值因數(shù)定義為在某一測量時間內(nèi)，頻率計權加速度信號的最大瞬時峰值與其有效值之比的模。對于高峰值因數(shù)（＞9）的振動使用運行有效值（theruningr.m.s）或四次方振動劑量值進行補充評價。四次方振動劑量值方法該方法通過使用加速度時間過程的四次方代替平方作為平均基礎，使得四次方振動劑量方法比基本評價方法對峰值更敏感。四次方振動劑量值（VDV），單位是米每秒1.75次方（m/s1.75）或弧度每秒1.75次方（rad/s1.75），定義為：Page48頻譜分析儀常見的基本設定1.帶寬(Bandwidth)2.條數(shù)3.Window4.DisplayUnit(Rms,Peak)5.Log/LinearDisplay6.Trigger/FreeRun7.Sensitivity頻率分辨率f=帶寬/條數(shù)RecordTimet=1/fPage49振動診斷基本原則Page50油漩Oilwhirl保持器或摩擦Rub動不平衡Dynamicunbalance軸不對心或組件松動MisalignmentLooseness組件松動的諧波LoosenessHarmonics軸承的邊頻BearingSide-band軸承Bearing1X2X3X4X動不平衡基本特徵:1倍頻的振動量很高,且振動量隨著轉速的增加而變大,從頻譜圖中其他倍頻都很小,甚至沒有引起的原因:組裝不良,材質不均勻,或零組件已經(jīng)變形或磨損等振動診斷基本原則Page51振動量測的基本設備1.傳感器(Transducer)

將振動的現(xiàn)象轉換為電子訊號

壓電式加速度計(PiezoTypeAccelerometer)

電容式加速度計(CapacityTypeAccele