振動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)

1、基本概念和基礎(chǔ)知識(shí)一、常見的工程物理量力、壓力、應(yīng)力、應(yīng)變、位移、速度、加速度、轉(zhuǎn)速等（一） 力：力是物體間的相互作用，是一個(gè)廣義的概念。物體承受的力可以有加載 力，也可以有動(dòng)態(tài)力，我們常測(cè)試的力主要是動(dòng)態(tài)力，即給結(jié)構(gòu)施加力，激發(fā)結(jié) 構(gòu)的某些特性，便于測(cè)試了解其結(jié)構(gòu)特性，如模態(tài)試驗(yàn)用的力錘。（二）應(yīng)力應(yīng)變：材料或構(gòu)件在單位截面上所承受的垂直作用力稱為應(yīng)力。在外力 作用下，單位長度材料的伸長量或縮短量，稱為應(yīng)變量。在一定的應(yīng)力范圍（彈 性形變）內(nèi)，材料的應(yīng)力與應(yīng)變量成正比，它們的比例常數(shù)稱為彈性模量或彈性 系數(shù)。（三）振動(dòng)位移：位移就是質(zhì)量塊運(yùn)動(dòng)的總的距離，也就是說當(dāng)質(zhì)量塊振動(dòng)時(shí)，位移就是質(zhì)量塊

2、上、下運(yùn)動(dòng)有多遠(yuǎn)。位移的單位可以用卩 m表示。進(jìn)一步可以從振動(dòng)位移的時(shí)間波形推出振動(dòng)的速度和加速度值。neutral position massspringuipper po£ilic displacementowfrr position可以是靜態(tài)位移，可以是動(dòng)態(tài)位移。通常我們測(cè)試的都是動(dòng)態(tài)位移量。有角位移、 線位移等。（四）振動(dòng)速度：質(zhì)量塊在振蕩過程中運(yùn)動(dòng)快慢的度量。質(zhì)量塊在運(yùn)動(dòng)波形的上部 和下部極限位置時(shí)，其速度為0，這是因?yàn)橘|(zhì)量塊在這兩點(diǎn)處，在它改變運(yùn)動(dòng)方 向之前，必須停下來。質(zhì)量塊的振動(dòng)速度在平衡位置處達(dá)到最大值，在此點(diǎn)處質(zhì)量塊已經(jīng)加速到最大值， 在此點(diǎn)以后質(zhì)量塊開始減速運(yùn)動(dòng)

3、。 振動(dòng)速度的單位是用mm/s來表示。(五) 振動(dòng)加速度： 被定義為振動(dòng)速度的變化率，其單位是用有多少個(gè) m/s2 或 g 來表示。 由下圖可見加速度最大值處是速度值最小值的地方， 在這些點(diǎn)處質(zhì)量塊 由減速到停止然后再開始加速。(六) 轉(zhuǎn)速 ：旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)動(dòng)速度(七) 簡諧振動(dòng)及振動(dòng)三要素振動(dòng)是一種運(yùn)動(dòng)形式往復(fù)運(yùn)動(dòng)d= Dsin (2 n t/T +)D振動(dòng)的最大值，稱為振幅T振動(dòng)周期，完成一次全振動(dòng)所需要的時(shí)間f 單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)的次數(shù) , 即周期的倒數(shù)為振動(dòng)頻率，f = 1/T(Hz)(1)頻率 f 又可用角頻率來表示，即w = 2 n /T (rad/s )3和f的關(guān)系為w = 2 n f

4、 (rad/s )(2)f = w /2 n(Hz)(3)將式( 1 )、( 2)、( 3)代入式可得d = Dsin (w t +)=Dsin (2n ft + )可以用正玄或余玄函數(shù)描述的振動(dòng)過程稱之為簡諧振動(dòng)振動(dòng)三要素：振幅 D頻率f和相位（八）、表示振動(dòng)的參數(shù)：位移、速度、加速度振動(dòng)位移：d = Ds intD振動(dòng)速度：v 二 D cos t =Vsin(t +)2V= D |振動(dòng)加速度：a = -D 2s in t =Asi n( t + n)=-D（九）振動(dòng)三要素在工程振動(dòng)中的意義1、振幅是評(píng)價(jià)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)優(yōu)劣的主要指O振幅物體動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)的幅度 振幅是振動(dòng)強(qiáng)度和能量水平的標(biāo)志，

5、 標(biāo)。即“有沒有問題看振幅”。O峰峰值、單峰值、有效值振幅的量值可以表示為峰峰值（PP）、 單峰值（p）、有效值（rms）或平均值（即）。 峰峰值是整個(gè)振動(dòng)歷程的最大值，即正峰 與負(fù)峰之間的差值；單峰值是正峰或負(fù)峰 的最大值；有效值即均方根值。O振動(dòng)位移、振動(dòng)速度、振動(dòng)加速度 振幅分別用振動(dòng)位移、振動(dòng)速度、振動(dòng)加速度值加以描述、度量，三者相互之間可以通過微分或積分進(jìn)行換算。在振動(dòng)測(cè)量 中，除特別注明外，習(xí)慣上：O振動(dòng)位移的量值為峰峰值，單位是微米卩m或毫米mm;O振動(dòng)速度的量值為有效值（均方根值），單位是毫米/秒mm/s;O振動(dòng)加速度的量值是單峰值，單位是米/秒平方m/s2或重力加速度g ,

6、1g= 9.81m/s 2。O峰峰值、有效值、單峰值三者之間的量值關(guān)系單峰值=峰峰值/2 ,有效值=0.707峰峰值（峰峰值=1.414有效值）平均值=0.637峰峰值，平均值應(yīng)用較少。在低頻范圍內(nèi)，振動(dòng)強(qiáng)度與位移成正比；在中頻范圍內(nèi)，振動(dòng)強(qiáng)度與速度成正比；在高頻范圍內(nèi)，振動(dòng)強(qiáng)度與加速度成正比。頻率低意味著振動(dòng)體在單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)少、過程時(shí)間長，速度、加速度的 數(shù)值相對(duì)較小，因此振動(dòng)位移能夠更清晰地反映出振動(dòng)強(qiáng)度的大??；而頻率高，意 味著振動(dòng)次數(shù)多、過程短，速度、尤其是加速度的數(shù)值及變化量大，因此振動(dòng)強(qiáng)度 與振動(dòng)加速度成正比。振動(dòng)位移反映了振動(dòng)距離（間隙）的大小，振動(dòng)速度反映了振動(dòng)能量的大

7、小， 振動(dòng)加速度反映了振動(dòng)沖擊力的大小。在實(shí)際應(yīng)用中：大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)用裝在軸承座上的渦流式位移傳感器來測(cè)量轉(zhuǎn)子（軸）的 振動(dòng)，用振動(dòng)位移的峰峰值卩m表示； 一般轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的振動(dòng)用速度傳感器、如今主要是加速度傳感器在殼體上靠近軸承處來測(cè)量，用振動(dòng)速度的有效值mm/s表示；齒輪的振動(dòng)用加速度傳感器在 殼體上測(cè)量，用振動(dòng)加速度的單峰值m/s2或回 表示，或用振動(dòng)速度的有效值mm/s表示。2、頻率O頻率f物體每秒鐘振動(dòng)循環(huán)的次數(shù)，單位是赫茲Hz。頻率是振動(dòng)特性的標(biāo)志，是分析振動(dòng)原因的重要依據(jù)。即“有沒有問題看振幅，什么問題看頻率”。O周期T是物體完成一個(gè)振動(dòng)過程所需要的時(shí)間，單位是秒s。例如一個(gè)單擺

8、，它的周期就是重錘從左運(yùn)動(dòng)到右，再從右運(yùn)動(dòng)回左邊起點(diǎn)所需要的時(shí)間。頻率與周期互為倒數(shù)，f二1/T。對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械來說，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周就是完成了一個(gè)振動(dòng)過程，為一個(gè)周期，或者說 振動(dòng)循環(huán)變化了一次。因此轉(zhuǎn)速 n、角速度co都可以看作頻率，稱為旋轉(zhuǎn)頻率、轉(zhuǎn)速頻 率、圓頻率，或n、o、f不分，都直接簡稱為頻率，它們之間的換算關(guān)系為：f =n/60，2nf= 2nn/60 0.1 n,其中轉(zhuǎn)速n的單位為轉(zhuǎn)/分鐘r/mi n，角速度o的單位為 弧度/秒rad/s。O倍頻、一倍頻、二倍頻、0.5倍頻、工頻、基頻、轉(zhuǎn)頻許多振動(dòng)往往與轉(zhuǎn)速相關(guān)，因此振動(dòng)頻率也可以用轉(zhuǎn)速頻率的倍數(shù)來表示。倍頻就是用轉(zhuǎn)速頻率的倍數(shù)來表

9、示的振動(dòng)頻率。如果振動(dòng)頻率為機(jī)器實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速頻率的一倍、二倍、三倍、0.5倍、0.43倍、時(shí)，則稱為一倍頻（習(xí)慣上又稱為1X,或IX）、二倍頻（2X、2X）、三倍頻（3X、3X）、 0.5倍頻（0.5X、0.5 X）、0.43倍頻（0.43X、0.43 X）、等。其中，一倍頻，即實(shí)際 運(yùn)行轉(zhuǎn)速頻率又稱為工頻、轉(zhuǎn)頻、基頻，0.5倍頻又稱為半頻。例如，某機(jī)器的實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)速n為6000 r/min，那么，轉(zhuǎn)速頻率=n/60 =6000/60 = 100Hz,其工頻為 100Hz,二倍頻為 200Hz,半頻為 50Hz。3、相位O相位給定時(shí)刻振動(dòng)體被測(cè)點(diǎn)相對(duì)于固定參考點(diǎn)的角位置，單位是度進(jìn)一步的 理解

10、后續(xù)再介紹。（十）波形與頻譜的關(guān)系FFT變換原理FFT變換示意圖二振動(dòng)測(cè)量用傳感器如何檢測(cè)到振動(dòng)信號(hào)呢？測(cè)試系統(tǒng)采集的都是電壓信號(hào)，如何將物理量轉(zhuǎn)換為電量呢？這就需要各種類型的傳感器。1、傳感器作用：傳感器就是將被測(cè)物量的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。2、 傳感器分類：傳感器根據(jù)被測(cè)物量的不同分為：溫度傳感器、壓力傳感器、 力傳感器、應(yīng)變計(jì)、振動(dòng)傳感器（位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器） 、轉(zhuǎn)速傳感 器以及噪聲傳感器等；3、傳感器常用技術(shù)指標(biāo)：最常用的指標(biāo)：靈敏度：傳感器將物理量轉(zhuǎn)換成電量后，我們測(cè)到的是電壓， 如何知道真實(shí)物理量變化了多少呢？這就是傳感器的靈敏度指標(biāo)要告訴我們 的。靈敏度就是

11、單位物理量變化產(chǎn)生的電量大小 。如位移傳感器靈敏度指標(biāo)： 7.87mv/um。單位：V/EU4、電渦流式位移傳感器外形圖用于測(cè)量軸的振動(dòng)。靈敏度：200mv/mil = 7.87mv/ 卩 m 8 mv5、電動(dòng)式速度傳感器用于測(cè)量軸承座的振動(dòng)速度。靈敏度：500mv/in/s = 19.6mv/mm/s6、壓電式加速度傳感器靈敏度：25mv/gBently公司標(biāo)準(zhǔn)型三、振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是否正常、有無發(fā)生故障，除查看轉(zhuǎn)速、流量、壓力、溫度、電流 等運(yùn)行參數(shù)外，主要是看設(shè)備的振動(dòng)狀況，看振幅值的大小。O振動(dòng)烈度振動(dòng)烈度是振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)中的通用術(shù)語，是描述一臺(tái)機(jī)器振動(dòng)能量狀態(tài)的特征量。在國 內(nèi)外振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)中，幾乎都規(guī)定振動(dòng)烈度的度量值