振動――異常振動分析方法

1、振動概述在機器設(shè)備的監(jiān)測和診斷中，振動監(jiān)測是常用的監(jiān)測方法。任何機器運行時都有振動，振動反應了機器狀態(tài)。無論是高精度磨床、鏜床還是大功率的電機，乃至汽車輪胎等，時刻都伴隨著振動。但當機器內(nèi)部發(fā)生異常時，一般均會出現(xiàn)振動量和振動波形的變化。因此根據(jù)振動信號的測量和分析，可在運行過程中掌握和識別設(shè)備的劣化程度和故障特征。振動振動監(jiān)測的傳感器在進行振動的測量和分析時，通常使用的傳感器是把機械能轉(zhuǎn)換成電能，使傳感器產(chǎn)生與機械振動成函數(shù)關(guān)系的電信號。然后通過放大進行記錄和顯示。振動傳感器的種類很多，常用的有三種：即感受振動位移的位移傳感器、感受振動速度的速度傳感器，以及感受加速度的加速度傳感器。 振動位

2、移、速度和加速度三者之間有著微分、積分關(guān)系。只要獲得其中之一，便可換算求得另外兩個參數(shù)。在選擇測量參數(shù)時，通常應選擇能得到最平坦的頻率參數(shù)，這樣可以使測量儀器的可用動態(tài)范圍最寬。 1.加速度傳感器目前應用最廣的是壓電式加速度計，由于它的頻率范圍與動態(tài)范圍都比速度和位移傳感器寬得多，因此在一般設(shè)備監(jiān)測中總是優(yōu)先選用。而且它體積小，重量輕，穩(wěn)定性高，可以安裝在任何方位，無需電源供電，自身產(chǎn)生信號，無移動元件，不易造成磨損，而且電路能容易地轉(zhuǎn)換成速度或位移信號。壓電式加速計的核心是壓電晶體材料，通常是人工極化的鐵電陶瓷，當受到應力作用時，無論是拉伸、壓縮還是剪切，在它兩個極板上都會出現(xiàn)與所加應力成正

3、比的電荷。當加速度計受到振動時，內(nèi)部質(zhì)量塊的慣性力就作用在壓電晶體上，輸出的電荷量與振動加速度成正比。壓電加速度計的主要結(jié)構(gòu)有正置壓縮型、倒置壓縮型、環(huán)形剪切型、三角形剪切型（如圖1所示）；圖1 壓電加速度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 2.速度傳感器目前常用的是慣性式磁電速度傳感器，其工作原理是電磁感應（圖2為其結(jié)構(gòu)示意圖）。圖2 磁電速度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 固定在彈簧上的可動線圈隨機器振動作慣性振動時，可動線圈切割磁力線產(chǎn)生感應電動勢從而輸出與速度成正比的電壓。 磁電速度傳感器靈敏度高，適合用于測量振動量微小的高精度機械。 3.位移傳感器 電渦流傳感器用于測量軸的轉(zhuǎn)速、相位角、振動頻率及轉(zhuǎn)軸的運動方向，它

4、能有助于鑒別不同的機械故障和對故障分類以及在旋轉(zhuǎn)機械動平衡上起著重要作用。 目前應用最廣的是渦流位移傳感器（見圖3），這是一種非接觸式距離測量系統(tǒng)，它不斷測量傳感器頂端與被測對象表面之間的距離變化，并轉(zhuǎn)換成一個與之成正比的電信號。振動振動的基本參數(shù)振動是一種極其普遍的物理現(xiàn)象。物體圍繞平衡位置做往復運動就稱為振動。為了說明振動的性質(zhì)，大多使用振幅、頻率、相位三種參數(shù)。用這些參數(shù)表示振動，可以對振動的激烈程度、振動的原因及不良部位等進行定量的監(jiān)測。1.振幅振幅表示振動體或質(zhì)點距離其平均中心的幅度。振幅有位移振幅、速度振幅和加速度振幅之分。表示方法有單振幅、雙振幅兩種。也有以最大值、平均值、有效值

5、三種來表示振幅的。圖1表示了它們之間的相互關(guān)系。            圖1 振幅2.頻率物體每振動一次所需要的時間稱為周期。單位是秒，而每秒振動的次數(shù)叫做頻率，其單位是次秒，用Hz表示。頻率與振動周期互為倒數(shù)，即 頻率=1/周期3.相位所謂相位就是表示振動的部分相對于其他振動的部分或其他固定部分處于什么位置關(guān)系的一個量。兩個不同的振動源都會有各自的相位，、相同的相位可能引起合拍共振，產(chǎn)生嚴重后果。如果相位相反，則可能引起振動抵銷，起到減振作用。因此，相位也是振動特征的重要信息。振動異

6、常振動分析方法 這是一種最直接的方法，把傳感器放在設(shè)備應測量的部位，測量機器的振動值。振動值可用加速度、速度或位移來表示，通常都選用振動速度這個參數(shù)。將測得的數(shù)據(jù)以表格或圖樣表示其趨向，建立振動狀態(tài)監(jiān)測管理，對照“異常振動基準”，判別實際測量值是否超過界限或極限規(guī)定值，以評價設(shè)備工作狀態(tài)的正常與否。在這種診斷方法中制定判斷標準是最主要的基礎(chǔ)工作。表1為1SO（國際標準化組織）的判斷標準。 用振動總結(jié)法能判斷整機或部件的異常振動，倘若把該振動信號取出后再作頻率分析，就能進一步查出異常的原因和位置，這種頻率分析工作可用普通型的振動測量儀和記錄分析儀組合一起來實現(xiàn)。通常是先采用測振儀進行振動總值的檢

7、測。當發(fā)現(xiàn)振動總值數(shù)據(jù)有較快增大時，并有接近或超出最大允許界限值的趨向時就可采用分析儀對實測振動信號進行頻率分析。由于一臺機器中各個零部件具有確定的振動頻率，因此做出頻譜圖與其正常譜圖（或稱原始譜）進行比較就能較方便地尋找振源，診斷出故障部位和嚴重程度。當頻譜圖上出現(xiàn)新的譜線時，就要考慮到是否機器發(fā)生了新的故障。 振動脈沖測量法專門用來對滾動軸承的磨損和損傷的故障診斷。其原理是利用滾動軸承失效時由于滾道產(chǎn)生點蝕、剝落等缺陷使軸承內(nèi)外環(huán)上出現(xiàn)凹痕，每當與滾珠接觸時，都會發(fā)生一個沖擊力，雖然這也增加了振的均方根值，但影響最大的當然是峰值。這種沖擊脈沖波經(jīng)設(shè)備本體傳至壓電式的傳感器，傳感器輸出的信號峰值基本上只與脈沖波的幅值有關(guān)，對其他因素相對來