振動(dòng)和振動(dòng)測(cè)試基本知識(shí)講義

1、本本 章章 內(nèi)內(nèi) 容容 簡(jiǎn)諧振動(dòng)三要素簡(jiǎn)諧振動(dòng)三要素 振動(dòng)的時(shí)域參數(shù)振動(dòng)的時(shí)域參數(shù) 頻譜分析頻譜分析 振動(dòng)測(cè)量的框圖振動(dòng)測(cè)量的框圖 傳感器的選用傳感器的選用 渦流位移傳感器渦流位移傳感器 磁電速度傳感器磁電速度傳感器 壓電加速度傳感器壓電加速度傳感器 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量的旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量的 幾個(gè)特殊問(wèn)題幾個(gè)特殊問(wèn)題 相位的測(cè)量相位的測(cè)量 基頻檢測(cè)基頻檢測(cè) 波德圖和極坐標(biāo)圖波德圖和極坐標(biāo)圖 三維頻譜圖三維頻譜圖 軸心軌跡圖軸心軌跡圖 軸心位置圖軸心位置圖 振擺信號(hào)來(lái)源及其補(bǔ)償振擺信號(hào)來(lái)源及其補(bǔ)償xn振幅振幅 (Amplitude) 偏離平衡位置的最大值，記作A。描述振動(dòng)的規(guī)模。n圓頻率圓頻率 (A

2、ngular frequency) 描述振動(dòng)的快慢，記作 ,單位為弧度/秒。 頻率頻率 f = /2 為每秒鐘的振動(dòng)次數(shù)，單位為次/秒(Hz)。 周期周期 T = 1/f = 2/ 為每振動(dòng)一次所需的時(shí)間，單位為秒。n初相角初相角 (Initial phase) 描述振動(dòng)在起始瞬間的狀態(tài)，記作。簡(jiǎn)諧振動(dòng)的三要素簡(jiǎn)諧振動(dòng)的三要素 振動(dòng)位移、速度、加速度之間的關(guān)系振動(dòng)位移、速度、加速度之間的關(guān)系 )sin(2 tAxv)sin( tAxa2 tAx sinn振動(dòng)位移振動(dòng)位移 (Displacement)n速度速度 (Velocity)n加速度加速度 (Acceleration) l位移、速度、加速

3、度都是同頻率的簡(jiǎn)諧波。l三者的幅值依次為A、A、A 2。l相位關(guān)系：加速度領(lǐng)先速度90; 速度領(lǐng)先位移90。xvaxva各種振動(dòng)波形及其頻譜各種振動(dòng)波形及其頻譜名稱 波 形 頻 譜 名稱 波 形 頻 譜振動(dòng)的時(shí)域參數(shù)振動(dòng)的時(shí)域參數(shù) n瞬時(shí)值瞬時(shí)值 (Instant value) 振動(dòng)的任一瞬時(shí)的數(shù)值。n峰值峰值 (Peak value) 振動(dòng)離平衡位置的最大偏離。n平均絕對(duì)值平均絕對(duì)值 (Aver. absolute value)n均值均值 (Mean value) 又稱平均值或直流分量。n有效值有效值 (Root mean square value) TtxTx0avd 1TtxTx0d 1

4、TtxTx02rmsd 1xpx = x(t)振動(dòng)的時(shí)域參數(shù)振動(dòng)的時(shí)域參數(shù) 0 x正峰值負(fù)峰值平均絕對(duì)值有效值平均值峰峰值 簡(jiǎn)諧振動(dòng)為例 x=Asin( t+/2)n峰值峰值 xp=A; 峰峰值峰峰值 xp-p=2An平均絕對(duì)值平均絕對(duì)值 xav=0.637An有效值有效值 xrms=0.707An平均值平均值xrms 有效值xp 峰值xav 平均絕對(duì)值 平均值時(shí)域無(wú)量綱診斷征兆參數(shù)時(shí)域無(wú)量綱診斷征兆參數(shù) n波形指標(biāo)波形指標(biāo) (Shape factor) 波形與正弦波比較的偏移和歪斜。n峰值指標(biāo)峰值指標(biāo) (Peak factor) 波形是否有沖擊。n脈沖指標(biāo)脈沖指標(biāo) (Crest factor

5、) 波形高度的指標(biāo)。n歪度指標(biāo)歪度指標(biāo) (Skewness) 以平均值為中心，波形的對(duì)稱性。n峭度指標(biāo)峭度指標(biāo) (Kurtosis) 波形的尖峭程度、有無(wú)沖擊。rmspxxI avrmsxxSfxxCfp3rms13111xNxxNii)( 4rms14211xNxxNii)( x振動(dòng)信號(hào)的頻率分析振動(dòng)信號(hào)的頻率分析n把振動(dòng)信號(hào)中所包含的各種頻率成分各種頻率成分分別分解出來(lái)的方法。n頻率分析的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是傅里葉變換傅里葉變換和快速傅里葉算法（FFT）。n頻率分析可用頻率分析儀頻率分析儀來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可在計(jì)算機(jī)上用軟件來(lái)完成。n頻率分析的結(jié)果得到各種頻譜圖頻譜圖，這是故障診斷的有力工具。A/DA/D變

6、換變換+ +計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)+ +外設(shè)外設(shè)振動(dòng)測(cè)試的框圖振動(dòng)測(cè)試的框圖 n狀態(tài)監(jiān)測(cè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)情況下，無(wú)需激勵(lì)環(huán)節(jié)。n分析和檢測(cè)可以用計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備來(lái)完成。磁電速度傳感器磁電速度傳感器接收形式：慣性式變換形式：磁電效應(yīng)典型頻率范圍：10Hz1000Hz典型線性范圍：02mm典型靈敏度 ：20mV/mm/sn測(cè)量非轉(zhuǎn)動(dòng)部件的絕絕對(duì)振動(dòng)對(duì)振動(dòng)的速度。n不適于測(cè)量瞬態(tài)振動(dòng)瞬態(tài)振動(dòng)和很快的變速過(guò)程很快的變速過(guò)程。n低輸出阻抗，抗干擾抗干擾力強(qiáng)。力強(qiáng)。n傳感器質(zhì)量較大質(zhì)量較大，對(duì)小型對(duì)象有影響。n在傳感器固有頻率附近有較大的相移較大的相移。典型的磁電速度傳感器及其特性典型的磁電速度傳感器及其特性壓電加速度傳

7、感器壓電加速度傳感器接收形式：慣性式變換形式：壓電效應(yīng)典型頻率范圍：0.2Hz10kHz線性范圍和靈敏度隨各種不同型號(hào)可在很大范圍內(nèi)變化。n測(cè)量非轉(zhuǎn)動(dòng)部件的絕絕對(duì)振動(dòng)對(duì)振動(dòng)的加速度。n適應(yīng)高頻振動(dòng)高頻振動(dòng)和瞬態(tài)瞬態(tài)振動(dòng)振動(dòng)的測(cè)量。n傳感器質(zhì)量小，可測(cè)很高振級(jí)高振級(jí)。n現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量要注意電磁場(chǎng)、聲場(chǎng)和接地回路的干擾干擾。典型的壓電加速度傳感器及其特性典型的壓電加速度傳感器及其特性三角柱底座晶體片質(zhì)量塊出線口預(yù)緊環(huán)渦流位移傳感器渦流位移傳感器n不接觸測(cè)量不接觸測(cè)量，特別適合測(cè)量轉(zhuǎn)軸和其他小型對(duì)象的相對(duì)位移。n有零頻率響應(yīng)零頻率響應(yīng)，可測(cè)靜態(tài)位移和軸承油膜厚度。n相移相移很小。n靈敏度靈敏度與被測(cè)對(duì)象的

8、電導(dǎo)率和導(dǎo)磁率有關(guān)。接收形式：相對(duì)式變換形式：電渦流典型頻率范圍：020kHz典型線性范圍：02mm典型靈敏度 ：8.0V/mm(對(duì)象為鋼)典型的渦流位移傳感器及其特性典型的渦流位移傳感器及其特性磁帶記錄儀頻譜分析儀打印機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備數(shù)字繪圖儀測(cè)量電路和適調(diào)電路基頻監(jiān)測(cè)儀函數(shù)記錄儀數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)汽輪機(jī)齒輪增速箱壓縮機(jī)渦流傳感器速度傳感器加速度傳感器光電傳感器旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量框圖旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量框圖n相位測(cè)量相位測(cè)量 相位相位和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角有直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。n基頻檢測(cè)，跟蹤轉(zhuǎn)速的濾波基頻檢測(cè)，跟蹤轉(zhuǎn)速的濾波 基頻基頻(轉(zhuǎn)速頻率)的幅值和相位直接和不平衡不平衡有關(guān)。n軸心軌跡測(cè)量軸心軌跡測(cè)量 轉(zhuǎn)

9、機(jī)故障診斷的一個(gè)有力工具。n軸心位置測(cè)量軸心位置測(cè)量 判定軸承工作點(diǎn)軸承工作點(diǎn)和油膜厚度油膜厚度。n振擺信號(hào)及其補(bǔ)償振擺信號(hào)及其補(bǔ)償 渦流傳感器測(cè)量的特殊問(wèn)題，需注意補(bǔ)償旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量的特殊問(wèn)題旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量的特殊問(wèn)題轉(zhuǎn)機(jī)振動(dòng)相位的測(cè)定轉(zhuǎn)機(jī)振動(dòng)相位的測(cè)定n在轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械測(cè)量中，在轉(zhuǎn)子上布置鍵相標(biāo)記K，在軸承座上布置光電或渦流傳感器K，其輸出的參考脈沖為相位的基準(zhǔn)。n以參考脈沖后到第一個(gè)正峰值的轉(zhuǎn)角定義振動(dòng)相位，即a。n振動(dòng)相位直接和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角度有關(guān)。n相位在轉(zhuǎn)子的平衡和故障診斷中有重要的作用?；l濾波的作用基頻濾波的作用波德圖和極坐標(biāo)圖的繪制波德圖和極坐標(biāo)圖的繪制n基頻檢測(cè)是跟蹤轉(zhuǎn)速的濾波，

10、得到基頻的幅值和相位。n基頻檢測(cè)可用專用儀器實(shí)現(xiàn)，也可以用通用計(jì)算機(jī)完成。波德圖和極坐標(biāo)圖波德圖和極坐標(biāo)圖n波德圖(Bode Plot)和極坐標(biāo)圖(Polar Plot)兩者所含信息相同，都表示基頻振動(dòng)的幅值和相位隨機(jī)器轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。n三維頻譜圖是頻譜的集合頻譜的集合。n第三個(gè)坐標(biāo)可以是轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速、時(shí)時(shí)間間(日期)、其其他工藝參數(shù)他工藝參數(shù)等。n本圖第三坐標(biāo)是轉(zhuǎn)速，機(jī)器升速過(guò)程中發(fā)生了油膜渦動(dòng)和油膜振蕩。三維頻譜圖三維頻譜圖 Cascade軸心軌跡軸心軌跡 Orbit 的測(cè)定的測(cè)定n軸心軌跡(Orbit)是診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的有力工具。n軸心軌跡可用基頻檢測(cè)儀和示波器得到，也可以用計(jì)算機(jī)完成。軸心位置的測(cè)定軸心位置的測(cè)定n軸心位置可以用計(jì)算機(jī)及其外設(shè)來(lái)繪制。渦流傳感器的輸出信號(hào)動(dòng)態(tài)部分靜態(tài)靜態(tài)部分部分軸心軌跡軸心軸心位置位置間隙變化平均平均間隙間隙軸心位置的變化軸心位置的變化汽輪發(fā)電機(jī)中壓缸軸承汽輪發(fā)電機(jī)中壓缸軸承n升速時(shí)軸心位置逐漸升高。n到工作轉(zhuǎn)速時(shí)，偏心率為0.66；偏位角32。屬正常。n以后數(shù)月，軸承基礎(chǔ)下沉，導(dǎo)致軸心上浮，偏心率減少，偏位角接近90 。n發(fā)生了油膜振蕩。n監(jiān)測(cè)軸心位置有助于發(fā)現(xiàn)機(jī)器的故障。振擺信號(hào)及其來(lái)源振擺信號(hào)及其來(lái)源n機(jī)械方面機(jī)械方面的原因： 不同心度 基頻型 永久性彎曲 基頻型 橢圓度 2X基頻型 不圓及其他缺陷 基頻及非基頻