測(cè)試技術(shù)_7_振動(dòng)的測(cè)量

1、第第7 7章章 振動(dòng)的測(cè)量振動(dòng)的測(cè)量 Vibration Measurement 7.0 序序 Introduction 7.1 振動(dòng)基礎(chǔ)振動(dòng)基礎(chǔ) Basic of Vibration 7.2 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 Sensors of Vibration Measurement 7.3 傳感器的選擇傳感器的選擇 Sensor Selection 7.4 振動(dòng)測(cè)量方法振動(dòng)測(cè)量方法 Methods of Vibration Measurement 7.5 機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析 Machine Condition Monitoring and Analysis 7.6 振動(dòng)

2、評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) Standard of Vibration 7.7 位移的測(cè)量位移的測(cè)量（Dispacement Measurement） 振動(dòng)測(cè)量形式：振動(dòng)測(cè)量形式： 測(cè)量機(jī)器或結(jié)構(gòu)在測(cè)量機(jī)器或結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的振動(dòng)工作狀態(tài)下的振動(dòng)，如振動(dòng)位移、，如振動(dòng)位移、 速度、加速度等速度、加速度等 掌握被測(cè)對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài)掌握被測(cè)對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài) 狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷 環(huán)境控制、等級(jí)評(píng)定環(huán)境控制、等級(jí)評(píng)定 對(duì)機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵(lì)，測(cè)量其對(duì)機(jī)械設(shè)備或結(jié)構(gòu)施加某種激勵(lì)，測(cè)量其受迫振動(dòng)受迫振動(dòng) 獲得被測(cè)對(duì)象的動(dòng)態(tài)性能：固有頻率、阻尼、響應(yīng)、模態(tài)等獲得被測(cè)對(duì)象的動(dòng)態(tài)性能：固有頻率、阻

3、尼、響應(yīng)、模態(tài)等 找出薄弱環(huán)節(jié)，通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)提高其抗振能力找出薄弱環(huán)節(jié)，通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)提高其抗振能力 序序 7.0 7.0 序序 (Introduction) 機(jī)械振動(dòng)是普遍存在的物理現(xiàn)象機(jī)械振動(dòng)是普遍存在的物理現(xiàn)象 如：旋轉(zhuǎn)機(jī)器的如：旋轉(zhuǎn)機(jī)器的質(zhì)量不平衡質(zhì)量不平衡、負(fù)載不均勻負(fù)載不均勻、結(jié)構(gòu)剛度各結(jié)構(gòu)剛度各 向異性向異性、對(duì)中不良對(duì)中不良、潤(rùn)滑不良潤(rùn)滑不良、支撐松動(dòng)支撐松動(dòng)等等 振動(dòng)振動(dòng) 機(jī)械振動(dòng)大多數(shù)情況下機(jī)械振動(dòng)大多數(shù)情況下 有害有害：破壞機(jī)器正常工作，降破壞機(jī)器正常工作，降 低其性能，縮短其使用壽命，甚至機(jī)毀人亡低其性能，縮短其使用壽命，甚至機(jī)毀人亡 機(jī)械振動(dòng)還伴隨著產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)還伴隨著

4、產(chǎn)生同頻率的噪聲同頻率的噪聲，惡化環(huán)境和勞動(dòng)，惡化環(huán)境和勞動(dòng) 條件，危害人們的健康條件，危害人們的健康 振動(dòng)也能被利用來(lái)完成振動(dòng)也能被利用來(lái)完成有益有益的工作，如運(yùn)輸、夯實(shí)、清的工作，如運(yùn)輸、夯實(shí)、清 洗、粉碎、脫水等洗、粉碎、脫水等 序序 7.1 7.1 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) (Basic of Vibration) 振動(dòng)振動(dòng) ：在一定條件下，振動(dòng)體在其平衡位置附近隨時(shí)間：在一定條件下，振動(dòng)體在其平衡位置附近隨時(shí)間 作來(lái)回往復(fù)變化的運(yùn)動(dòng)。作來(lái)回往復(fù)變化的運(yùn)動(dòng)。 x t A T m f k x(t) )sin()(tAtx 例：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)例：簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng) 質(zhì)量質(zhì)量 彈簧系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)彈簧系統(tǒng)的運(yùn)

5、動(dòng) vibration of mass-spring system 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) 振動(dòng)信號(hào)三要素：振動(dòng)信號(hào)三要素： 1） 幅值幅值 amplitude 振動(dòng)體離開(kāi)其平衡位置的最大位移。振動(dòng)體離開(kāi)其平衡位置的最大位移。 2） 頻率頻率 frequency 周期的倒數(shù)。周期的倒數(shù)。 頻譜分析頻譜分析 頻率成分及其幅值大小頻率成分及其幅值大小 線性系統(tǒng)頻率保線性系統(tǒng)頻率保 持特性尋找振源持特性尋找振源 3） 相位相位 phase 確定共振頻率、振型、動(dòng)平衡、有源振動(dòng)控確定共振頻率、振型、動(dòng)平衡、有源振動(dòng)控 制等制等 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) 周期振動(dòng)及其性質(zhì)周期振動(dòng)及其性質(zhì) ,

6、2, 1, 0),()(nnTtyty 周期振動(dòng)的定義：周期振動(dòng)的定義： 周期函數(shù)可以展開(kāi)為傅里葉級(jí)數(shù)：周期函數(shù)可以展開(kāi)為傅里葉級(jí)數(shù)： y a antbnt nn n ( )cossint 0 1 y tAAtAtAn t nn ( )sin()sin()sin() 01122 2 第一項(xiàng)為均值或直流分量，第二項(xiàng)為基本振動(dòng)或基波，第三第一項(xiàng)為均值或直流分量，第二項(xiàng)為基本振動(dòng)或基波，第三 項(xiàng)以下總稱為高次諧波振動(dòng)。項(xiàng)以下總稱為高次諧波振動(dòng)。 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) 兩個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成兩個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成 合成振動(dòng)為周期性非簡(jiǎn)諧振動(dòng)合成振動(dòng)為周期性非簡(jiǎn)諧振動(dòng) 振幅變化的頻率等于振幅變化的頻率等

7、于 振幅的數(shù)值在振幅的數(shù)值在 A1 + A2 到到A1 - A2 間變化間變化 tAtAx 2211 sinsin )( 21 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) A1 A2 A1+A2 1342 A1-A2 2121 ,AAA 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，合成振動(dòng)為拍振時(shí)，合成振動(dòng)為拍振 振幅變化的頻率等于振幅變化的頻率等于 ttAx) 2 sin() 2 cos(2 2121 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) A 2A 2 21 21 4 簡(jiǎn)諧振動(dòng)是最基本的周期運(yùn)動(dòng)，各種不同的周期運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)諧振動(dòng)是最基本的周期運(yùn)動(dòng)，各種不同的周期運(yùn)動(dòng) 都可以用無(wú)窮個(gè)不同頻率的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的組合來(lái)表示。其運(yùn)都可以用無(wú)窮個(gè)不同頻率的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的組

8、合來(lái)表示。其運(yùn) 動(dòng)規(guī)律可用簡(jiǎn)諧函數(shù)表示為動(dòng)規(guī)律可用簡(jiǎn)諧函數(shù)表示為 ) 2 sin(t T Ay )2(sint fA Atsin() )2cos( d d t fA t y v yt fA t v a 22 )2sin( d d 位移位移 速度速度 加速度加速度 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) 單自由度系統(tǒng)在單自由度系統(tǒng)在基礎(chǔ)受力基礎(chǔ)受力所產(chǎn)生的受迫振動(dòng)所產(chǎn)生的受迫振動(dòng) 0)()()()( d d d )(d 1010 2 0 2 tytyktyty t c t ty m 2 1 2 01 01 2 01 2 d )(d )( d )(d d )(d t ty mtky t ty c t ty

9、m)()()( 1001 tytyty令令 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) f (t) m k c y0(t) )()( d d 10 tyty t c y1(t) 2 0 2 d d t y m m )()( 10 tytyk 基礎(chǔ)振動(dòng)的幅基礎(chǔ)振動(dòng)的幅- -頻曲線頻曲線 2 n 2 2 n 2 n /2/1 )/( )( A 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) 00.511.522.53 0 1 2 3 4 5 6 n A 01. 0 0.1 0.2 0.5 0.7 1 00.511.522.53 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 n / 01. 0 0.1 0.2

10、 0.5 0.7 1 0 2 n n /1 /2 arctan 基礎(chǔ)振動(dòng)的相基礎(chǔ)振動(dòng)的相- -頻曲線頻曲線 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) 比較質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)比較質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng) )()( d )(d d )(d 2 2 tftyk t ty c t ty m 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) m k c f (t) y(t) f (t) ky(t) t ty c d )(d 2 2 d )(d t ty m 2 n 22 n )2()(1 1 )( A 質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)的幅質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)的幅- -頻曲線頻曲線 2 n 2 2 n 2 n /2/1 )/( )( A 基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)的幅基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)的幅- -頻曲線頻曲線 振動(dòng)的基

11、礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) 00.511.522.53 0 1 2 3 4 5 6 0.1 0.2 0.5 0.7 1 n A 00.511.522.53 0 1 2 3 4 5 6 n A 01. 0 0.1 0.2 0.5 0.7 1 01. 0 廣義振動(dòng)：廣義振動(dòng)：任一物理量任一物理量( (如位移、電流等如位移、電流等) )在某一數(shù)值附近反在某一數(shù)值附近反 復(fù)變化。復(fù)變化。 振動(dòng)有各種不同的形式：振動(dòng)有各種不同的形式：機(jī)械振動(dòng)電磁振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)電磁振動(dòng) 振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)振動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí) 7.2.1 振動(dòng)測(cè)量分類振動(dòng)測(cè)量分類 按測(cè)量原理分：按測(cè)量原理分： 機(jī)械方法機(jī)械方法 常用于振動(dòng)頻率低、振幅大、精

12、度要求低的常用于振動(dòng)頻率低、振幅大、精度要求低的 場(chǎng)合。場(chǎng)合。 光學(xué)方法光學(xué)方法 主要用于精密測(cè)量和振動(dòng)傳感器的標(biāo)定。主要用于精密測(cè)量和振動(dòng)傳感器的標(biāo)定。 電測(cè)法電測(cè)法 應(yīng)用范圍廣，在工業(yè)界被廣泛采用。應(yīng)用范圍廣，在工業(yè)界被廣泛采用。 按測(cè)振參數(shù)分：按測(cè)振參數(shù)分： 位移傳感器位移傳感器 displacement sensor 速度傳感器速度傳感器 velocity sensor 加速度傳感器加速度傳感器 acceleration sensor 7.2 7.2 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 （Sensor of Vibration Measurement） 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 按變分原

13、理分：按變分原理分： 磁電式磁電式 magnetoelectric 壓電式壓電式 piezoelectric 電阻應(yīng)變式電阻應(yīng)變式 resistance strain gauge 電感式電感式 inductance 電容式電容式 capacitance 光學(xué)式光學(xué)式 optical 按按傳感器與被測(cè)物關(guān)系分傳感器與被測(cè)物關(guān)系分： 接觸式接觸式傳感器有磁電式、壓電式及電阻應(yīng)變式等。傳感器有磁電式、壓電式及電阻應(yīng)變式等。 非接觸式非接觸式傳感器有電渦流式和光學(xué)式等。傳感器有電渦流式和光學(xué)式等。 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 按參考坐標(biāo)分：按參考坐標(biāo)分： 相對(duì)式相對(duì)式傳感器：以空間某一固定點(diǎn)作為參考

14、點(diǎn)，測(cè)量物傳感器：以空間某一固定點(diǎn)作為參考點(diǎn)，測(cè)量物 體上的某點(diǎn)對(duì)參考點(diǎn)的相對(duì)振動(dòng)。體上的某點(diǎn)對(duì)參考點(diǎn)的相對(duì)振動(dòng)。 絕對(duì)式絕對(duì)式傳感器：以大地為參考基準(zhǔn)，即以慣性空間為基傳感器：以大地為參考基準(zhǔn)，即以慣性空間為基 準(zhǔn)，測(cè)量振動(dòng)物體相對(duì)于大地的絕對(duì)振動(dòng)，又稱慣性式準(zhǔn)，測(cè)量振動(dòng)物體相對(duì)于大地的絕對(duì)振動(dòng)，又稱慣性式 傳感器。傳感器。 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 電渦流傳感器是通過(guò)傳感器端部線圈與被測(cè)物體（導(dǎo)電體）間的電渦流傳感器是通過(guò)傳感器端部線圈與被測(cè)物體（導(dǎo)電體）間的 間隙變化來(lái)測(cè)量物體的振動(dòng)和靜位移。間隙變化來(lái)測(cè)量物體的振動(dòng)和靜位移。 工作原理工作原理 Usr 高頻交變電壓高頻交變電壓 i

15、傳感器電流傳感器電流 F F 傳感器磁通量傳感器磁通量 i1 感應(yīng)電流感應(yīng)電流 F F1 1 感應(yīng)磁通鏈感應(yīng)磁通鏈 - 互感互感 耦合系數(shù)的大小與二者之間耦合系數(shù)的大小與二者之間 的距離及導(dǎo)體的材料有關(guān)。的距離及導(dǎo)體的材料有關(guān)。 7.2.2 渦流式位移傳感器渦流式位移傳感器 (eddy-current displacement sensor) 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 8 mm 25 mm 11 mm 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 渦流傳感器及其測(cè)量線路渦流傳感器及其測(cè)量線路 頻率為頻率為 的振蕩器（一般用石英振蕩器）檢波環(huán)節(jié)的振蕩器（一般用石英振蕩器）檢波環(huán)節(jié) 輸出電壓輸出電壓 正比于間

16、隙正比于間隙d，可以分為兩部分，可以分為兩部分 d U ao UUU o f 直流部分直流部分 交流部分交流部分 調(diào)制與解調(diào)過(guò)程調(diào)制與解調(diào)過(guò)程 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 Usr Re Usc C U U0（靜態(tài)位移d0） d0 C L 傳感器 前置器 石英 振蕩器 檢波器 典型渦流傳感器的幅頻相應(yīng)曲線典型渦流傳感器的幅頻相應(yīng)曲線 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 幅值 /dB 相位 / 頻率 /Hz 幅值 相位 渦流位移傳感器特點(diǎn)：渦流位移傳感器特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 非接觸式測(cè)量非接觸式測(cè)量 線性度好線性度好 頻率響應(yīng)范圍較寬頻率響應(yīng)范圍較寬 具有較強(qiáng)的抗干擾能力具有較強(qiáng)的抗干擾能力 在生

17、產(chǎn)條件下安裝方便在生產(chǎn)條件下安裝方便 在監(jiān)視診斷尤其是旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸振動(dòng)檢測(cè)中應(yīng)用十分普遍在監(jiān)視診斷尤其是旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸振動(dòng)檢測(cè)中應(yīng)用十分普遍 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 不同材質(zhì)對(duì)靈敏度的影響不同材質(zhì)對(duì)靈敏度的影響 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 d /mm U /-v 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 銅 鋁 鋼 渦流傳感器檢測(cè)透平葉片根裂紋示意圖渦流傳感器檢測(cè)透平葉片根裂紋示意圖 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 磁電式絕對(duì)速度計(jì)磁電式絕對(duì)速度計(jì) 1、9彈簧片；彈簧片；2磁靴；磁靴；3阻尼環(huán)；阻尼環(huán)；4外殼；外殼；5鋁架；鋁架； 6磁鋼；

18、磁鋼；7線圈；線圈；8線圈架；線圈架；10導(dǎo)線；導(dǎo)線；11接線座接線座 7.2.3 磁電式速度傳感器磁電式速度傳感器 (Magnetoelectric Velocity Sensor) 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 當(dāng)穿過(guò)匝數(shù)為當(dāng)穿過(guò)匝數(shù)為w線圈的磁通線圈的磁通F F 發(fā)生變化時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為發(fā)生變化時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 置于永久磁鐵直流磁場(chǎng)內(nèi)的線圈作直線運(yùn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為置于永久磁鐵直流磁場(chǎng)內(nèi)的線圈作直線運(yùn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 sinwBlve t we d d F 式中：式中：B磁場(chǎng)的感應(yīng)電勢(shì)強(qiáng)度；磁場(chǎng)的感應(yīng)電勢(shì)強(qiáng)度；l單匝線圈有效長(zhǎng)度；單匝線圈有效長(zhǎng)度； w線圈匝數(shù)；線圈匝數(shù)；v線圈與磁

19、場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；線圈與磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度； 線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角。線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角。 此即一般慣性速度計(jì)的原理。此即一般慣性速度計(jì)的原理。 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 7.2.4 壓電式加速度傳感器壓電式加速度傳感器(Piezoelectric acceleration sensor) 利用某些晶體材料（如壓電陶瓷鋯鈦酸鉛等）的利用某些晶體材料（如壓電陶瓷鋯鈦酸鉛等）的壓電效應(yīng)壓電效應(yīng) 作為機(jī)電變換器而制成的加速度傳感器作為機(jī)電變換器而制成的加速度傳感器 maF 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 特點(diǎn)特點(diǎn) 頻帶極寬頻帶極寬(0.220 KHz) 。 本身質(zhì)量小本身質(zhì)量小(2

20、50 g)。 動(dòng)態(tài)范圍很大。動(dòng)態(tài)范圍很大。 工作原理工作原理 慣性質(zhì)量運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力作用在壓電晶體上，壓電慣性質(zhì)量運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力作用在壓電晶體上，壓電 晶體產(chǎn)生相應(yīng)大小電荷。晶體產(chǎn)生相應(yīng)大小電荷。 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 (a)(b) 量程靈敏度分辨率重量/g應(yīng)用及特點(diǎn) 5000g0.5mV/g0.02g4.5適用于爆破、撞擊等 100000g0.05mV/g0.3g4.4適用于爆破、撞擊、爆炸分離等 150g10mV/g0.003g10.5可在-196的低溫環(huán)境下工作 5g1000mV/g0.000 04g35高分辨率型 500g10mV/g0.001 5g0.5微型，適用于小

21、型結(jié)構(gòu) 50g100mV/g0.000 16g2小型、高靈敏度、高分辨率，各種用途 500g10mV/g0.005g2高頻、小型、石英剪切，各種用途 50g100mV/g0.000 5g27三角剪切結(jié)構(gòu)，石英通用加速度傳感器 2000g2.5mV/g 0.04g17.9沖擊傳感器、內(nèi)置濾波器，樁基檢測(cè) 500g10mV/g0.000 5g10環(huán)型 50g100mV/g0.000 2g203軸、結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn) 5g1000mV/g0.000 06g243軸、高靈敏度 10g100mV/g0.000 2g180/片狀3軸坐墊傳感器，汽車實(shí)驗(yàn) 500g10mV/g0.001g4/方形3軸、小型，模態(tài)、振動(dòng)

22、、噪聲實(shí)驗(yàn) 5g1103mV/g0.0001g1 000超低頻地震傳感器，長(zhǎng)期穩(wěn)定性良好 0.5g1104mV/g0.000 001g635超低頻地震傳感器，高靈敏度 某系列加速度傳感器特性表某系列加速度傳感器特性表 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 鋼桿螺栓 絕緣螺栓 云母墊圈 磁 鐵 探針薄臘層 膠合劑 膠合螺栓 1 2 45 3 6 31 kHz 28 kHz 7 kHz 2 kHz 傳感器固定方式及其共振頻率傳感器固定方式及其共振頻率 振動(dòng)測(cè)量傳感器振動(dòng)測(cè)量傳感器 (a) (b)(c) (d) (e) (f) 7.3.1 直接測(cè)量參數(shù)的選擇直接測(cè)量參數(shù)的選擇 低頻時(shí)加速度的幅值測(cè)量噪聲相當(dāng)

23、低頻時(shí)加速度的幅值測(cè)量噪聲相當(dāng) 直接用位移拾振器更合理直接用位移拾振器更合理 用位移拾振器測(cè)高頻位移同理用位移拾振器測(cè)高頻位移同理 7.3 7.3 傳感器的選擇傳感器的選擇 (Sensor Selection) 7.3.2 應(yīng)使最重要的參數(shù)能以最直接、最合理的方式測(cè)得應(yīng)使最重要的參數(shù)能以最直接、最合理的方式測(cè)得 考察考察慣性力慣性力可能導(dǎo)致的破壞或故障時(shí)宜做加速度測(cè)量。可能導(dǎo)致的破壞或故障時(shí)宜做加速度測(cè)量。 考察考察振動(dòng)環(huán)境振動(dòng)環(huán)境（采用振動(dòng)烈度）宜做振動(dòng)速度的測(cè)量。（采用振動(dòng)烈度）宜做振動(dòng)速度的測(cè)量。 要監(jiān)測(cè)機(jī)器的要監(jiān)測(cè)機(jī)器的位置位置變化時(shí)，宜選用電渦流或電容傳感變化時(shí)，宜選用電渦流或電容傳

24、感 器做位移的測(cè)量。器做位移的測(cè)量。 選擇時(shí)還需要注意能在實(shí)際機(jī)器設(shè)備選擇時(shí)還需要注意能在實(shí)際機(jī)器設(shè)備安裝安裝的可行性。的可行性。 傳感器的選擇傳感器的選擇 7.3.3 傳感器的頻率范圍、量程、靈敏度等指標(biāo)傳感器的頻率范圍、量程、靈敏度等指標(biāo) 各種拾振傳感器都受其結(jié)構(gòu)的限制而有其自身適用的范圍各種拾振傳感器都受其結(jié)構(gòu)的限制而有其自身適用的范圍 拾振器質(zhì)量大，其上限頻率就低、靈敏度高。拾振器質(zhì)量大，其上限頻率就低、靈敏度高。 質(zhì)量輕的拾振器上限頻率高、靈敏度低。質(zhì)量輕的拾振器上限頻率高、靈敏度低。 以壓電加速度計(jì)為例以壓電加速度計(jì)為例: : 超低振級(jí)測(cè)量的都是質(zhì)量超過(guò)超低振級(jí)測(cè)量的都是質(zhì)量超過(guò)1

25、00g靈敏度靈敏度很高的加很高的加 速度計(jì)。速度計(jì)。 高振級(jí)（如沖擊）測(cè)量的都是小到幾克或零點(diǎn)幾克高振級(jí)（如沖擊）測(cè)量的都是小到幾克或零點(diǎn)幾克 的加速度計(jì)。的加速度計(jì)。 傳感器的選擇傳感器的選擇 7.3.4 使用環(huán)境、價(jià)格、壽命、可靠性、維修、校準(zhǔn)使用環(huán)境、價(jià)格、壽命、可靠性、維修、校準(zhǔn) 激光測(cè)振有很高的分辨力和測(cè)量精確度。激光測(cè)振有很高的分辨力和測(cè)量精確度。 對(duì)環(huán)境對(duì)環(huán)境 （隔振）要求極嚴(yán)、設(shè)備又極昂貴。（隔振）要求極嚴(yán)、設(shè)備又極昂貴。 只適用于特只適用于特 殊環(huán)境下測(cè)量，如實(shí)驗(yàn)室測(cè)量、校準(zhǔn)等。殊環(huán)境下測(cè)量，如實(shí)驗(yàn)室測(cè)量、校準(zhǔn)等。 電渦流傳感器對(duì)環(huán)境要求低而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電渦流傳感器對(duì)

26、環(huán)境要求低而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng) 對(duì)機(jī)器振動(dòng)的測(cè)量中，且能在高溫、油污、蒸汽介質(zhì)對(duì)機(jī)器振動(dòng)的測(cè)量中，且能在高溫、油污、蒸汽介質(zhì) 環(huán)境下長(zhǎng)期可靠地工作。環(huán)境下長(zhǎng)期可靠地工作。 比較比較電容、激光傳感器電容、激光傳感器 對(duì)相位有嚴(yán)格要求時(shí)，除了應(yīng)注意對(duì)相位有嚴(yán)格要求時(shí)，除了應(yīng)注意拾振器拾振器的相頻特性的相頻特性 外，還要注意外，還要注意放大器放大器的相頻特性和測(cè)試系統(tǒng)中所有其的相頻特性和測(cè)試系統(tǒng)中所有其 他儀器的相頻特性。他儀器的相頻特性。 傳感器的選擇傳感器的選擇 7.3.5 傳感器對(duì)被測(cè)構(gòu)件附加質(zhì)量的影響傳感器對(duì)被測(cè)構(gòu)件附加質(zhì)量的影響 傳感器固定在被測(cè)物體上，對(duì)被測(cè)量有影響。修正為傳感器固定在

27、被測(cè)物體上，對(duì)被測(cè)量有影響。修正為 as s sr mm m aa 信 號(hào) 采 集 系 統(tǒng) 信號(hào)分 析系統(tǒng) 工 況 狀 態(tài) 辯 識(shí) 傳感器 B 傳感器 A 切削動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)圖切削動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)圖 傳感器的選擇傳感器的選擇 7.4.1 相對(duì)振動(dòng)測(cè)量方法相對(duì)振動(dòng)測(cè)量方法 使用非接觸式傳感器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)使用非接觸式傳感器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng) 7.4 7.4 振動(dòng)測(cè)量方法振動(dòng)測(cè)量方法 （Methods of Vibration Measurement） 振動(dòng)測(cè)量方法振動(dòng)測(cè)量方法 前置器 遠(yuǎn)距離指示儀表 機(jī)器結(jié)構(gòu) 用于報(bào)警停機(jī) 記錄和分析儀 表得任選輸出 非接觸式傳感器 軸 前置器 7.4.2 絕對(duì)振

28、動(dòng)測(cè)量方法絕對(duì)振動(dòng)測(cè)量方法 使用非接觸式傳感器和慣性傳感器的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)使用非接觸式傳感器和慣性傳感器的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng) 振動(dòng)測(cè)量方法振動(dòng)測(cè)量方法 前置器 遠(yuǎn)距離指示儀表 機(jī)器結(jié)構(gòu) 非接觸式傳感器 軸 用于報(bào)警停機(jī) 記錄和分析儀 表得任選輸出 前置器 7.4.3 一般測(cè)試方法一般測(cè)試方法 信號(hào)拾取信號(hào)拾取 信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理 信號(hào)記錄信號(hào)記錄 信號(hào)分析處理信號(hào)分析處理 結(jié)果輸出結(jié)果輸出 振動(dòng)測(cè)量方法振動(dòng)測(cè)量方法 7.5 機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析 （Machine Condition Monitoring and Analysis） 目的目的： 保證設(shè)備安全、可靠運(yùn)行保證設(shè)備安全、

29、可靠運(yùn)行 提高設(shè)備利用率和經(jīng)濟(jì)效益提高設(shè)備利用率和經(jīng)濟(jì)效益 科學(xué)管理與決策，革新設(shè)備維修體制科學(xué)管理與決策，革新設(shè)備維修體制 由由事后維修事后維修、計(jì)劃維修計(jì)劃維修向向預(yù)知維修（視情維修）預(yù)知維修（視情維修）轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變 分析方法分析方法： 時(shí)域：波形分析、統(tǒng)計(jì)相關(guān)等時(shí)域：波形分析、統(tǒng)計(jì)相關(guān)等 頻域：頻譜分析頻域：頻譜分析 機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析 信 號(hào) 采 集 系 統(tǒng) 信號(hào)分 析系統(tǒng) 工 況 狀 態(tài) 辯 識(shí) 傳感器 B 傳感器 A 選擇刀桿垂直方向的振動(dòng)加速度作為原始特征信號(hào)，用加速度傳感器拾選擇刀桿垂直方向的振動(dòng)加速度作為原始特征信號(hào)，用加速度傳感器拾 取。檢測(cè)和分析系統(tǒng)如圖所示

30、。切削條件是刀具角度為取。檢測(cè)和分析系統(tǒng)如圖所示。切削條件是刀具角度為 ；工件材料為；工件材料為45鋼；切削用量為鋼；切削用量為 度度度0 ,7 ,12 s00 min/m125 ,/mm301. 0 ,mm2vrfap 7.5.1 制造過(guò)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析制造過(guò)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析 切削過(guò)程刀具磨切削過(guò)程刀具磨 損的狀態(tài)識(shí)別損的狀態(tài)識(shí)別 機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析 B A 頻譜分析低通濾波器頻譜分析低通濾波器1 000 Hz 417.9 機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析 未切削時(shí)的頻譜未切削時(shí)的頻譜 開(kāi)始切削后的頻譜開(kāi)始切削后的頻譜 切削時(shí)間增加，刀具有磨損切削時(shí)間增加，刀具有磨損刀

31、具有磨損更多刀具有磨損更多 0100200300400500600700800900 1 000 0 5 10 15 20 25 30 417.9 f /Hz S ( f ) 0100200300400500600700800 0 5 10 15 20 25 30 398.4 S ( f ) f /Hz 01002003004005006007008009001 000 0 5 10 15 20 25 30 417.9 328.1 S ( f ) f /Hz 01002003004005006007008009001 000 0 5 10 15 20 25 30 417.9 78.1 S (

32、f ) f /Hz 機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析 切削時(shí)間增加，刀具磨損加劇切削時(shí)間增加，刀具磨損加劇切削時(shí)間增加，刀具磨損加劇切削時(shí)間增加，刀具磨損加劇 刀具磨損特征頻率與切削時(shí)間關(guān)系刀具磨損特征頻率與切削時(shí)間關(guān)系 刀具磨損量與切削時(shí)間關(guān)系刀具磨損量與切削時(shí)間關(guān)系 0100200300400500600700800900 1 000 0 5 10 15 20 25 30 417.9 58.5 S ( f ) f /Hz 0510152025303540455055 0 50 100 150 200 250 300 350 特征頻率 f /Hz f /Hz t /min 0100200

33、3004005006007008009001000 0 5 10 15 20 25 30 417.9 39.0 S ( f ) 0510152025303540455055 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 t /min 刀具磨損量 /mm 高頻頻譜分析高頻頻譜分析-無(wú)低通濾波器無(wú)低通濾波器 418 機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析 418 未切削時(shí)的頻譜未切削時(shí)的頻譜開(kāi)始切削后的頻譜開(kāi)始切削后的頻譜 切削時(shí)間增加，刀具有磨損切削時(shí)間增加，刀具有磨損刀具有磨損加劇刀具有磨損加劇 05001 0001 5002 0002 5003 0003 5004 000 0 10 20 30

34、40 50 S ( f ) f /Hz f /Hz f /Hz f /Hz f /Hz 05001 0001 5002 0002 5003 0003 5004 000 0 10 20 30 40 50 418 836 2 680 S ( f ) 05001 0001 5002 0002 5003 0003 5004 000 0 10 20 30 40 50 418 836 2 220 S ( f ) 05001 0001 5002 0002 5003 0003 5004 000 0 10 20 30 40 50 1 620 S ( f ) 機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析 特征頻率、特征頻

35、率峰值、自相關(guān)函數(shù)、樣本方差與切削時(shí)間的關(guān)系特征頻率、特征頻率峰值、自相關(guān)函數(shù)、樣本方差與切削時(shí)間的關(guān)系 t /min 0510152025303540455055 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 3 特征頻率 f /kHz 0 510152025303540455055 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 t /min 一步自相關(guān)函數(shù) r1 0510152025303540455055 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 S ( f ) t /min t /min 特征頻率譜峰 0510152025303540

36、455055 0 1 2 3 4 5 6 x1000 樣本方差 s 金屬切削顫振金屬切削顫振(chattering) 顫振發(fā)生前后振動(dòng)波形圖顫振發(fā)生前后振動(dòng)波形圖 機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析 050100150200250300350400450500550600 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 x10 t /min 振動(dòng)幅值 /mm 振動(dòng)幅值 /mm 頻譜分析頻譜分析 顫振未發(fā)生顫振未發(fā)生 顫振已發(fā)生顫振已發(fā)生 顫振劇烈顫振劇烈 機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析 01002003004005006007008009001 000 0 1

37、2 3 4 5 S (f ) 300 f /Hz f /Hz f /Hz 功率譜 01002003004005006007008009001 000 0 1 2 3 4 5 S(f ) 180 功率譜 0 1002003004005006007008009001000 0 1 2 3 4 5 180 300 S(f )功率譜 統(tǒng)計(jì)分析統(tǒng)計(jì)分析 機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析 0 102030405060 0 1 2 3 4 5x1000 t /mint /min 樣本方差 s 051015202530354045505560 0 0.25 0.5 0.75 1 -0.25 -0.5 -0

38、.75 -1 一步自相關(guān)函數(shù) r1 7.5.2 旋轉(zhuǎn)機(jī)械的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷 振動(dòng)測(cè)試的重要性振動(dòng)測(cè)試的重要性 常見(jiàn)故障：常見(jiàn)故障： 質(zhì)量不平衡質(zhì)量不平衡 軸彎曲軸彎曲 不對(duì)中不對(duì)中 摩擦摩擦 油膜渦動(dòng)油膜渦動(dòng) 松動(dòng)松動(dòng) 裂紋裂紋 點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕 斷齒斷齒 裂紋轉(zhuǎn)子裂紋轉(zhuǎn)子 機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析 思考：思考： 軸的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)軸的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn) 傳感器安裝方向傳感器安裝方向 軸心軌跡右圖軸心軌跡右圖 軸心位置下頁(yè)軸心位置下頁(yè) 振動(dòng)信號(hào)的表示及其軸心軌跡振動(dòng)信號(hào)的表示及其軸心軌跡 機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析 y S t KS S S o P y t A(

39、p-p) x A1 1 B1 max SB(p-p) 傳感器B 由傳感器A測(cè)得的波形 傳感器A 由傳感器B測(cè)锝的波形 (p-p)maxS S 軸心位置圖軸在軸承中懸浮的位置軸心位置圖軸在軸承中懸浮的位置 機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析 左圖是一臺(tái)水泵的譜圖，圖中左圖是一臺(tái)水泵的譜圖，圖中2 處有峰值，存在某種程度的處有峰值，存在某種程度的不對(duì)中不對(duì)中。檢。檢 查發(fā)現(xiàn)不對(duì)中量達(dá)查發(fā)現(xiàn)不對(duì)中量達(dá)0.254 mm。找正后譜圖（右圖）。找正后譜圖（右圖）2 處的幅值已明顯變小，處的幅值已明顯變小， 機(jī)組運(yùn)行相當(dāng)平穩(wěn)。機(jī)組運(yùn)行相當(dāng)平穩(wěn)。 說(shuō)明說(shuō)明：（：（1）兩次測(cè)量結(jié)果，兩次測(cè)量結(jié)果，1 處的幅值

40、無(wú)明顯變化，而處的幅值無(wú)明顯變化，而2 處幅值變化很處幅值變化很 大，這正是不對(duì)中故障的典型頻譜特征。（大，這正是不對(duì)中故障的典型頻譜特征。（2）在）在2 附近有兩個(gè)譜峰，一附近有兩個(gè)譜峰，一 個(gè)在個(gè)在7 100 rmin處，為水泵的二倍軸頻譜；另一個(gè)在處，為水泵的二倍軸頻譜；另一個(gè)在7 200 rmin處，它處，它 是電動(dòng)機(jī)定子繞組中電氣故障引起的。是電動(dòng)機(jī)定子繞組中電氣故障引起的。 1X 2X 1X 2X 不對(duì)中不對(duì)中 機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析 2 400 4 800 7 200 9 600 12 000 r/min 2 400 4 800 7 200 9 600 12 000

41、 r/min 四輥軋機(jī)垂直振動(dòng)速度檢測(cè)與顫振四輥軋機(jī)垂直振動(dòng)速度檢測(cè)與顫振 出現(xiàn)出現(xiàn)120250Hz顫振的振動(dòng)頻譜圖顫振的振動(dòng)頻譜圖 機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 目前最常采用的是通頻振幅來(lái)衡量機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)的，根據(jù)所目前最常采用的是通頻振幅來(lái)衡量機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)的，根據(jù)所 使用傳感器的種類分為：使用傳感器的種類分為： 1) 軸承振動(dòng)軸承振動(dòng)評(píng)定，用接觸式傳感器評(píng)定，用接觸式傳感器(例如磁電式振動(dòng)速度傳例如磁電式振動(dòng)速度傳 感器或壓電式振動(dòng)加速度傳感器感器或壓電式振動(dòng)加速度傳感器)放置在軸承座上進(jìn)行測(cè)量放置在軸承座上進(jìn)行測(cè)量 2) 軸振動(dòng)軸振動(dòng)評(píng)定，

42、用非接觸式傳感器評(píng)定，用非接觸式傳感器(例如電渦流式傳感器例如電渦流式傳感器) 測(cè)量軸相對(duì)于機(jī)殼的振動(dòng)值或軸的絕對(duì)振動(dòng)值。測(cè)量軸相對(duì)于機(jī)殼的振動(dòng)值或軸的絕對(duì)振動(dòng)值。 評(píng)定參數(shù)可用振動(dòng)位移峰峰值和振動(dòng)烈度評(píng)定參數(shù)可用振動(dòng)位移峰峰值和振動(dòng)烈度(即均方根值，它即均方根值，它 代表了振動(dòng)能量的大小代表了振動(dòng)能量的大小)來(lái)表示。來(lái)表示。 7.6 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) (Standard of Vibration) 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 轉(zhuǎn)速/(r/min) 標(biāo)準(zhǔn)/mm 優(yōu)良合格 15003050 70 30002030 水電部汽輪機(jī)組振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)水電部汽輪機(jī)組振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)(雙振峰雙振峰) 離心鼓風(fēng)機(jī)和壓

43、縮機(jī)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)離心鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn) /(min)r 標(biāo)準(zhǔn) 轉(zhuǎn)速 / 300065001000010000 -16000 主軸軸承/mm 50403020 齒輪軸承/mm 404030 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 在制定上述振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，假設(shè)：在制定上述振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，假設(shè)： 機(jī)組振動(dòng)為機(jī)組振動(dòng)為單一頻率單一頻率的弦波振動(dòng)；的弦波振動(dòng)； 軸承振動(dòng)和轉(zhuǎn)子振動(dòng)基本上有一軸承振動(dòng)和轉(zhuǎn)子振動(dòng)基本上有一固定比值固定比值，因此可利，因此可利 用軸承振動(dòng)代表轉(zhuǎn)子振動(dòng)；用軸承振動(dòng)代表轉(zhuǎn)子振動(dòng)； 軸承座在垂直、水平方向上的軸承座在垂直、水平方向上的剛度剛度基本上基本上相等相等，即認(rèn)，即認(rèn) 為

44、是各向同性的。為是各向同性的。 實(shí)際證明上述假設(shè)與事實(shí)不盡相符實(shí)際證明上述假設(shè)與事實(shí)不盡相符: 所測(cè)得的振動(dòng)多數(shù)是由數(shù)種頻率的振動(dòng)合成的；所測(cè)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；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，可以達(dá)轉(zhuǎn)子振動(dòng)和軸承座振動(dòng)的比值，可以達(dá)250倍，它與倍，它與 軸承形式、間隙、軸承座剛度、油膜特性等有關(guān)，且軸承形式、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。同類機(jī)組亦不盡相同。 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 為了較全面的反映機(jī)組的振動(dòng)情況，必須制定其他的振動(dòng)為了較全面的反映機(jī)組的振動(dòng)情況，必須制定其他的振

45、動(dòng) 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 振動(dòng)烈度振動(dòng)烈度。 )( 2 1 d)( 1 22 2 2 1 0 2 rmsn T vvvttv T v )( 2 1 222 2 2 2 2 1 2 1nn AAA 振動(dòng)位移峰峰值式中 pp pp rms 22 A A v ： 振動(dòng)烈度與振動(dòng)位移的關(guān)系振動(dòng)烈度與振動(dòng)位移的關(guān)系 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) GB11347.1-89 區(qū)域區(qū)域A新投產(chǎn)機(jī)組的振動(dòng)應(yīng)在此區(qū)域內(nèi)新投產(chǎn)機(jī)組的振動(dòng)應(yīng)在此區(qū)域內(nèi) 區(qū)域區(qū)域B機(jī)組可以長(zhǎng)期運(yùn)行機(jī)組可以長(zhǎng)期運(yùn)行 區(qū)域區(qū)域C機(jī)組不允許長(zhǎng)期運(yùn)行，利用機(jī)會(huì)進(jìn)行處理機(jī)組不允許長(zhǎng)期運(yùn)行，利用機(jī)會(huì)進(jìn)行處理 區(qū)域區(qū)域D運(yùn)行有危險(xiǎn)，可能引起機(jī)組事故運(yùn)行有危險(xiǎn)，可能引

46、起機(jī)組事故 大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)烈度評(píng)定等級(jí) 軸承振動(dòng)烈度 支承分類 1 . smmv rms 剛性支承 柔性支承 0.46 0.71 1.12 1.8 2.8 4.6 7.1 11.2 18.0 28.0 46.0 71.0 C B B C A A D D 振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) GB /T 11347.1 - 89 位移的測(cè)量位移的測(cè)量 按被測(cè)量，位移的測(cè)量分為線位移測(cè)量和角位移測(cè)量。 按測(cè)量參數(shù)的特性，位移測(cè)量分為靜態(tài)位移測(cè)量和動(dòng)態(tài)位移 測(cè)量。 （1）位移測(cè)量的分類 （2）位移測(cè)量時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題 測(cè)量方向與位移方向重合 位移是指物體上某一點(diǎn)在一定方向上的位置變動(dòng)，是矢量。 如果測(cè)量方向與位

47、移方向不重合，則測(cè)量結(jié)果僅僅反映該測(cè) 量方向上的分量，而不能真實(shí)反映需測(cè)位移的大小。 位移測(cè)量時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同的測(cè)量對(duì)象，選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量點(diǎn)、 測(cè)量方向和測(cè)量系統(tǒng)。 7.7 7.7 位移的測(cè)量位移的測(cè)量(Displacement Measurement) 7.7.1 常用位移傳感器常用位移傳感器(displacement sensor) 形 式測(cè)量范圍精確度直線性特 點(diǎn) 電阻式 滑線式 線位移 角位移 變阻器 線位移 角位移 1300 mm 0360 11000 mm 060 rad 0.1% 0.1% 0.5% 0.5% 0.1% 0.1% 0.5% 0.5% 分辨率較好，可用 于靜態(tài)或動(dòng)態(tài)測(cè)

48、量。 機(jī)械結(jié)構(gòu)不牢固 結(jié)構(gòu)牢固，壽命長(zhǎng)， 但分辨率差，電噪聲 大 應(yīng)變式 非粘貼式的 粘貼的 半導(dǎo)體的 0.5%應(yīng)變 0.3%應(yīng)變 0.25%應(yīng)變 0.1% 2%3% 2%3% 1% 滿刻度 20% 不牢固 牢固，使用方便， 需溫度補(bǔ)償和高絕緣 電阻輸出幅值大，溫 度靈敏性高 常用位移傳感器常用位移傳感器(2/4) 形 式測(cè)量范圍精確度直線性特 點(diǎn) 電感式 自感式變氣隙型 螺管型 特大型 差動(dòng)變壓器 渦電流式 同步機(jī) 微動(dòng)同步器 旋轉(zhuǎn)變壓器 0.2 mm 1.52 mm 3002000 mm 0.08 75 mm 2.5 250 mm 360 10 60 1% 0.5% 1%3% 0.10.7

49、 1% 3% 0.15%0.1% 0.5% 3% 0.5% 0.05% 0.1% 只宜用于微小位移測(cè)量 測(cè)量范圍較前者寬，使用方 便可靠，動(dòng)態(tài)性能較差 分辨率好，受到磁場(chǎng)干擾時(shí) 需屏蔽 分辨率好，受被測(cè)物體材料、 形狀、加工質(zhì)量影響 可在1200 r/min 的轉(zhuǎn)速下工作， 堅(jiān)固、對(duì)溫度和濕度不敏感 非線性誤差與變壓比和測(cè)量 范圍有關(guān) 常用位移傳感器常用位移傳感器(3/4) 形 式測(cè)量范圍精確度直線性特 點(diǎn) 電容式 變面積 變間距 10-3100 mm 10-310 mm 0.005% 0.1% 1% 介電常數(shù)受環(huán)境溫度、 濕度變化的影響 分辨率很好，但測(cè)量 范圍很小，只能在小范 圍內(nèi)近似地保

50、持線性 霍爾元件1.5 mm0.5% 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)特性 好 感應(yīng)同步 器 直線式 旋轉(zhuǎn)式 10-3100 mm 0360 2.5m/250 mm 0.5 模擬和數(shù)字混合測(cè)量 系統(tǒng)，數(shù)字顯示 (直線 式感應(yīng)同步器 的分析率 可達(dá)1 m) 常用位移傳感器常用位移傳感器(4/4) 形 式測(cè)量范圍精確度直線性特 點(diǎn) 計(jì)量光柵 長(zhǎng)光柵 圓光柵 10-31 000 mm 0360 3 m/1 mm 1 模擬和數(shù)字混合測(cè)量系 統(tǒng)，數(shù)字顯示(長(zhǎng)光柵 分辨率0.11 m) 磁柵 長(zhǎng)磁柵 圓磁柵 10-310000 mm 0360 5 m/1 mm 1 測(cè)量時(shí)工作速度可達(dá)12 m/min 角度編碼器 接觸式 光

51、電式 0360 0360 10-6 r 10-8 r 分辨率好，可靠性高 7.7.2 7.7.2 位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例 (Examples of Displacement Measurement) 1.軸位移的測(cè)量 軸位移不僅能表明機(jī)器的運(yùn)行特性和狀況。而且能夠指示推 力軸承的磨損情況以及轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止部件之間發(fā)生碰撞的 可能性。 在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，常用電渦流位移傳感器來(lái)測(cè)量軸位移。 在位移測(cè)量中只考慮傳感器中的直流電壓成分。 軸位移分為相對(duì)軸位移（即軸向位置）和相對(duì)軸膨脹。 （1）相對(duì)軸位移的測(cè)量 相對(duì)軸位移是指軸向推力軸承和導(dǎo)向盤之間的距離變化。 導(dǎo)向盤和軸承之間必須有一定的間隙以便

52、能夠形成承載油膜。 位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(2/21) 渦流傳感器 軸 正常運(yùn)轉(zhuǎn)位置 停機(jī)位置 緊急報(bào)警位置 相對(duì)軸位移測(cè)量示意圖 位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(3/21) (2) 相對(duì)軸膨脹的測(cè)量 是指旋轉(zhuǎn)機(jī)器的旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件因?yàn)?受熱或冷卻導(dǎo)致膨脹或收縮量。 相對(duì)軸膨脹的測(cè)量 相對(duì)軸膨脹的測(cè)量在旋轉(zhuǎn)機(jī)器的啟/停機(jī)過(guò)程十分重要。 因?yàn)闄C(jī)組加熱和冷卻時(shí)轉(zhuǎn)子和機(jī)殼會(huì)發(fā)生不同的膨脹。 例如， 功率大于1 000 MW的大汽輪機(jī)的相對(duì)膨脹可能達(dá)到50 mm。 一般采用渦流傳感器在軸 肩處測(cè)量 軸肩 測(cè)量不超過(guò)12.5 mm的相對(duì)軸膨脹 位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(4/21)

53、可以測(cè)量大約25 mm的相對(duì)軸膨脹 在軸肩兩側(cè)相對(duì)地 安裝渦流傳感器 位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(5/21) 轉(zhuǎn)軸錐面 兩個(gè)渦流傳感器構(gòu)成 差分電路進(jìn)行補(bǔ)償 測(cè)量50 mm或更大相對(duì)軸膨脹 當(dāng)錐面移動(dòng)時(shí)，軸向位 移與徑向位移的轉(zhuǎn)換 位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(6/21) 雙錐面 用一傳感器測(cè) 量相對(duì)軸膨脹 用另一傳感器補(bǔ) 償軸的徑向浮動(dòng) 位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(7/21) 空間有限，軸肩太低 或太小，或者相對(duì)軸 膨脹太大 擺，有磁性，使得 擺能跟隨軸肩運(yùn)動(dòng) 通過(guò)非接觸傳感器測(cè)量擺固 定點(diǎn)附近的運(yùn)動(dòng)而測(cè)量相對(duì) 軸膨脹 位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(8/21) 2. 回轉(zhuǎn)軸徑向運(yùn)動(dòng)誤差的測(cè)量 回轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)是指在回轉(zhuǎn)過(guò)程中回轉(zhuǎn)軸線偏離理想位置而出現(xiàn)的 附加運(yùn)動(dòng)。 運(yùn)動(dòng)誤差是回轉(zhuǎn)軸上任何一點(diǎn)發(fā)生與軸線平行的移動(dòng)（端面運(yùn) 動(dòng)誤差）和在垂直于軸線的平面內(nèi)的移動(dòng)（徑向運(yùn)動(dòng)誤差）。 端面運(yùn)動(dòng)誤差因測(cè)量點(diǎn)所在半徑位置不同而異，徑向運(yùn)動(dòng)誤差 則因測(cè)量點(diǎn)所在的軸向位置不同而異。 因此，在討論運(yùn)動(dòng)誤差 時(shí)，應(yīng)指明測(cè)量點(diǎn)的位置。 常用徑向誤差測(cè)量。 位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(9/21) 回轉(zhuǎn)徑向運(yùn)動(dòng)誤差測(cè)量示意圖 Rm R Or Om O0 r() e dy dx Sx() Sy() y x 圓球 理想圓球 位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例位移測(cè)量應(yīng)用實(shí)例(10/21