機(jī)械故障診斷學(xué)第4章_振動診斷的理論基礎(chǔ)

4振動診斷的理論基礎(chǔ) 振動診斷 以機(jī)械系統(tǒng)在某種激勵下的振動響應(yīng)作為診斷信息的來源 通過對所測得的振動參量 振動位移 速度 加速度 進(jìn)行各種分析處理 并以此為基礎(chǔ) 借助一定的識別策略 對機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)作出判斷 進(jìn)而給出機(jī)械的故障部位 故障程度 以及故障原因等方面的信息等 討論內(nèi)容 機(jī)械振動的運(yùn)動學(xué)機(jī)械振動的建模基礎(chǔ) 按參考書自學(xué) 單自由度的自由振動 按參考書自學(xué) 單自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動 按參考書自學(xué) 4 1機(jī)械振動的運(yùn)動學(xué) 機(jī)械振動及其分類按對系統(tǒng)的輸入不同分類按對系統(tǒng)的輸出特性分類按系統(tǒng)的自由度數(shù)目分類按描述系統(tǒng)的微分方程分類按位移振動特征分類按振動頻率范圍分類機(jī)械振動按其輸出的分類描述 機(jī)械振動 由于受外界條件的影響 機(jī)械系統(tǒng)將會圍繞其平衡位置作往復(fù)運(yùn)動 是一種特殊的運(yùn)動的形式 振動分析 研究機(jī)械系統(tǒng) 輸入或激勵 輸出或響應(yīng)三者之間的關(guān)系 如圖4 1所示 4 1 1機(jī)械振動及其分類 自由振動 系統(tǒng)平衡被破壞后 沒有外力作用而僅靠彈性恢復(fù)力來維持的振動 強(qiáng)迫振動 系統(tǒng)在外力作用下被迫產(chǎn)生的振動 自激振動 由于系統(tǒng)具有非振蕩能源和反饋特性 并有能源補(bǔ)充 而產(chǎn)生的一種穩(wěn)定的周期性振動 1 按對系統(tǒng)的輸入不同分類 2 按對系統(tǒng)的輸出特性分類 簡諧振動 振動量的時(shí)間歷程為單一正弦或余弦函數(shù) 非簡諧周期振動 簡諧振動之外的周期振動 瞬態(tài)振動 振動量為時(shí)間的非周期函數(shù) 僅在一定的時(shí)間內(nèi)發(fā)生振動 準(zhǔn)周期振動 由一些不同頻率的簡諧振動合成的振動 但組成它的簡諧分量中至少有一個(gè)分量與另一個(gè)分量的頻率之比為無理數(shù) 因而沒有周期性 隨機(jī)振動 振動量不是時(shí)間的確定性函數(shù) 只能用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法來研究 單自由度系統(tǒng)的振動 用一個(gè)坐標(biāo)能確定的系統(tǒng)振動 多自由度系統(tǒng)的振動 用兩個(gè)以上坐標(biāo)能確定的系統(tǒng)振動 彈性振動 必須用無限多個(gè)獨(dú)立坐標(biāo)才能確定的系統(tǒng)振動 3 按系統(tǒng)的自由度數(shù)目分類 4 按描述系統(tǒng)的微分方程分類 線性振動 可用常系數(shù)線性微分方程來描述 它的慣性力 阻尼力及彈性力只分別與加速度 速度及位移成正比 非線性振動 要用非線性微分方程來描述 5 按位移振動特征分類 扭轉(zhuǎn)振動 振動體上的質(zhì)點(diǎn)只作繞軸線的振動 直線振動 振動體上的質(zhì)點(diǎn)只作沿軸線 縱向 或只作沿垂直軸線 橫向 方向運(yùn)動的振動 6 按振動頻率范圍分類 低頻振動 振動頻率10kHz 4 1 2機(jī)械振動按其輸出的分類描述 下面分別給出上述的各種振動的數(shù)學(xué)表達(dá)式及其時(shí)歷曲線和頻譜圖 1 簡諧周期振動簡諧周期振動時(shí)間歷程用正弦 或余弦 函數(shù)表示為 式4 1所描述的時(shí)間歷程曲線如圖4 1 a 所示 b 圖是其頻譜圖 是一單一的譜線 說明簡諧振動的能量集中在單一的頻率f0上 b 頻譜圖 2 非簡諧周期振動非簡諧周期振動是除簡諧周期振動以外的振動 其時(shí)間歷程 可用式4 2表示 其諧波分析用式4 3表示 其時(shí)間歷程曲線和頻譜圖如圖4 2所示 圖中 f2 f3 都是基頻f1的整倍數(shù) 稱為f1的各次諧波 其中 f2稱為二次諧波 f3稱為三次諧波 3 準(zhǔn)周期振動準(zhǔn)周期振動是一種非周期振動以外的振動 可用式4 4描述 其時(shí)間歷程曲線和頻譜圖如圖4 3所示 4 瞬態(tài)振動 瞬態(tài)振動是一種在某一確定時(shí)間內(nèi)才發(fā)生的非周期振動 可用各種脈沖函數(shù)和衰減函數(shù)加以描述 圖4 4所示為瞬態(tài)振動的簡單例子 重要特征 頻譜為連續(xù)譜 5