振動的基本知識課件

1、振動的基本知識,BPdM 北京普迪美科技有限公司 Tel:+86-10-62049486 Fax:+86-10-62044543,振動分析基礎,振動的基本知識,簡諧振動三要素 振動的時域描述 振動的頻域描述 系統(tǒng)對激勵的響應 單自由度系統(tǒng) 多自由度系統(tǒng) 自由振動，模態(tài) 強迫振動，共振 幅頻響應和相頻響應,振動測量框圖 傳感器及其選用 旋轉機械振動測量的 幾個特殊問題 相位和基頻的測量 波德圖和極坐標圖 三維頻譜圖 軸心軌跡和軸心位置圖 擺振信號來源及其補償,本章內容,振動的基本知識,什么是振動？,振動的基本知識,沒有力的作用 = 沒有運動 三種基本型式的力 Impact loose parts

2、, hammering in a piping system, rolling element in a bearing hitting a spall Periodic repetitive force such as unbalance or misalignment Random varies with time, for example, turbulence in piping, pump cavitation,振動源于力的作用,振動的基本知識,簡諧振動三要素,振幅 (Amplitude) 偏離平衡位置的最大值，記作A。描述振動的規(guī)模。 圓頻率 (Angular frequency)

3、 描述振動的快慢，記作 ,單位為弧度/秒。 頻率 f = /2 為每秒鐘的振動次數(shù)，單位為次/秒(Hz)。 周期 T = 1/f = 2/ 為每振動一次所需的時間，單位為秒。 初相角 (Initial phase) 描述振動在起始瞬間的狀態(tài)，記作。,振動的基本知識,振動位移 (Displacement) d=A sint 速度 (Velocity) v=A sin(t+/2) 加速度 (Acceleration) a=A sin(t+),位移、速度、加速度都是同頻率的簡諧波。 三者的幅值依次為A、A、A 2。 相位關系：加速度領先速度90; 速度領先位移90。,振動位移、速度、加速度之間的關系

4、,振動的基本知識,簡諧振動為例 x=Asin( t+/2) 峰值 xp=A; 峰峰值 xp-p=2A 平均絕對值 xav=0.637A 有效值 xrms=0.707A 平均值 對非簡諧振動，上述關系不成立。,振動的時域參數(shù),振動的基本知識,振動測量單位,Displacement (distance) mils or micrometers, m Velocity (speed - rate of change of displacement) in/sec or mm/sec Acceleration (rate of change of velocity) Gs or in/sec2 or

5、mm/sec2 Frequency Hertz = Hz = Cycles per secondRPM = Revolutions per minuteCPM = Cycles per minuteCPM = RPM = Hz x 60,振動的基本知識,瞬時值 (Instant value) 振動的任一瞬時的數(shù)值。 峰值 (Peak value) 振動離平衡位置的最大偏離。 平均絕對值 (Aver. absolute value) 均值 (Mean value) 又稱平均值或直流分量。 有效值 (Root mean square value),振動的時域參數(shù)計算,振動的基本知識,即使是很簡單的

6、機器也會因為各種振源而產(chǎn)生振動。 各振源的振動不一定都是機器的轉速頻率，通常有些振源的振動是在轉速頻率之上或之下。 有些振動甚至與轉速無關。,各種振源,振動的基本知識,每個振源都要產(chǎn)生自己獨特的振動頻率成分或振動形態(tài)。 對已知的設備，找到了它所產(chǎn)生的各振動頻率成分，也就知道了振源所在。 對一臺機器所進行的振動分析1/3 是由其振動頻率成分查找振源。 其余2/3 的振動分析是從已知機器的歷史中找到問題所在。,多頻率成分的產(chǎn)生,振動的基本知識,機械振動的類型,振動的基本知識,各振源間的組合,振動的基本知識,把振動信號中所包含的各種頻率成分分別分解出來的方法。 頻率分析的數(shù)學基礎是傅里葉變換和快速傅

7、里葉算法（FFT）。 頻率分析可用頻率分析儀來實現(xiàn)，也可在計算機上用軟件來完成。 頻率分析的結果得到各種頻譜圖，這是故障診斷的有力工具。,振動信號的頻率分析,振動的基本知識,頻率成分的提取,振動的基本知識,名稱 波 形 頻 譜 名稱 波 形 頻 譜,各種振動波形的頻譜,振動的基本知識,一個簡單振動試驗風機轉子,風機轉子每秒鐘轉5轉 在轉子上施加一個重量，使轉子產(chǎn)生不平衡力，而引起振動,振動的基本知識,一個簡單振動試驗頻率計算,Hertz = Hz = Cycles per secondRPM = Revolutions per minuteCPM = Cycles per minuteCPM

8、= RPM = Hz x 60 風機轉速 = 5 Hz or 300 RPM,周期 = 1/頻率,風機轉速 = 5 Hz or 300 RPM,振動的基本知識,風機轉速提高一倍 波形圖中的波形靠得很近 風機轉速 = 10 Hz or 600 RPM,一個簡單振動試驗提高頻率,振動的基本知識,一個簡單振動試驗提高幅值,由于加在風機葉片上的不平衡重量，當風機轉速提高后，其振動幅值增加 波形的高度是幅值.,振動的基本知識,一個簡單振動試驗增加另一個振源,新的振動成分 = 10 x 8 = 80 Hz,摩擦,不平衡,振動的基本知識,一個簡單振動試驗一個振源的頻譜分析,振動的基本知識,一個簡單振動試驗兩

9、個振源的頻譜分析,振動的基本知識,單自由度振動問題,注：確定系統(tǒng)運動所需的獨立坐標數(shù)稱為系統(tǒng)的自由度,振動的基本知識,簡諧振動,振動的基本知識,有阻尼的強迫振動,振動的基本知識,非簡諧振動,振動的基本知識,振動的頻率等于激勵的頻率。 振幅大小與激勵力的大小成正比。 激勵頻率接近固有頻率時，振幅增大稱為共振。共振峰大小決定于阻尼大小。 振幅和位相隨激勵頻率而變化，變化規(guī)律用系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性來表示。,單自由度系統(tǒng)的強迫振動,振動的基本知識,振動參數(shù)的計算,振動的基本知識,各振動參數(shù)間的關系,振動的基本知識,干擾力引起的振動波形,振動的基本知識,振動信號處理（1）,振動的基本知識,振動信號處

10、理（2）,振動的基本知識,典型振動信號的FFT,振動的基本知識,濾波問題,振動的基本知識,FFT 中的泄漏問題及其窗函數(shù),時 域 波 形 的 截 取 與 復 制,振動的基本知識,FFT 中的泄漏問題及其窗函數(shù),時 域 波 形 的 復 制 誤 差,振動的基本知識,FFT 中的泄漏問題及其窗函數(shù),頻 域 波 形 的 泄 漏 問 題,振動的基本知識,FFT 中的泄漏問題及其窗函數(shù),加窗處理,矩形窗 漢寧窗(Hanning) 海明窗(Hamming) 凱莎窗(Kesha) 三角窗,窗函數(shù)：,振動的基本知識,混疊問題及采樣頻率,減少混疊問題的方法： 提高采樣頻率 對時域波形進行濾波,振動的基本知識,頻域

11、和時域的平均技術,振動的基本知識,旋轉機械振動測量框圖,振動的基本知識,Vibration frequency indicates the potential source of the problem also “how often” a problem repeats itself Vibration amplitude indicates the severity of the problem. Phase indicates how a machine is moving,與振動相關聯(lián)的量相位,振動的基本知識,在轉子上布置鍵相標記K，在軸承座上布置鍵相傳感器K （光電或渦流式），其輸出

12、的參考脈沖為相位的基準。 以參考脈沖后到第一個正峰值的轉角定義振動相位，即a。 振動相位直接和轉子的轉動角度有關，在平衡和故障診斷中有重要作用。 參考脈沖也用于測量轉子的轉速。,旋轉機械振動相位的測量,振動的基本知識,The relationship of the movement of part of a machine to a reference for example the position of the shaft as it rotates The relationship of the movement between one or more points on a machi

13、ne,同相位振動,反相位振動,振動相位,振動的基本知識,Once we know “how” a machine is moving, we know WHY Amplitude and frequency provide 80% accuracy when performing a diagnosis or analysis adding phase increases accuracy to better than 95%,相位的作用,振動的基本知識,測量單位及檢測類型,振動的基本知識,各種振動傳感器,振動的基本知識,傳感器結構及原理,振動的基本知識,接收形式：慣性式 變換形式：磁電效應

14、典型頻率范圍：10Hz1000Hz 典型線性范圍：02mm 典型靈敏度 ：20mV/mm/s,測量非轉動部件的絕對振動的速度。 不適于測量瞬態(tài)振動和很快的變速過程。 低輸出阻抗，抗干擾力強。 傳感器質量較大，對小型對象有影響。 在傳感器固有頻率附近有較大的相移。,磁電速度傳感器,振動的基本知識,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。,測量非轉動部件的絕對振動的加速度。 適應高頻振動和瞬態(tài)振動的測量。 傳感器質量小，可測很高振級。 現(xiàn)場測量要注意電磁場、聲場和接地回路的干擾。,壓電加速度傳感器,振動的基本知識,非接觸式位移傳感器,振動的基本知識,加速度傳感器的頻響特性,振動的基本知識,波德圖和極坐標圖,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。,振動的基本知識,三維頻譜圖,三維頻譜圖是頻譜的集合。 第三個坐標可以是轉速、時間(日期)、其他工藝參數(shù)等。 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。,振動的基本知識,軸心軌