設(shè)備振動標(biāo)準(zhǔn)課件

1、 機(jī)械振動機(jī)械振動標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用及應(yīng)用n 第一講第一講 機(jī)械設(shè)備振動監(jiān)測診斷基礎(chǔ)理論機(jī)械設(shè)備振動監(jiān)測診斷基礎(chǔ)理論n 第二講第二講 機(jī)械振動測試分析簡介機(jī)械振動測試分析簡介n 第三講第三講 機(jī)械振動標(biāo)準(zhǔn)及機(jī)械振動標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用應(yīng)用第一講第一講 機(jī)械振動監(jiān)測診斷基礎(chǔ)理論機(jī)械振動監(jiān)測診斷基礎(chǔ)理論一一振動的振動的基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論二二常用監(jiān)測診斷分析方法常用監(jiān)測診斷分析方法三、三、振動分析的過程振動分析的過程一一 振動的振動的基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論機(jī)械振動是指物體圍繞其平衡位置作往復(fù)交替的運(yùn)動。機(jī)械振動是指物體圍繞其平衡位置作往復(fù)交替的運(yùn)動。m xc xk xft() 慣性力慣性力 阻尼力阻尼力 彈性力彈性力 干

2、擾力干擾力機(jī)械振動的來源機(jī)械振動的來源* *機(jī)器零件的制造公差機(jī)器零件的制造公差* *組裝時的間隙組裝時的間隙* *零件間的摩擦零件間的摩擦* *旋轉(zhuǎn)不平衡等旋轉(zhuǎn)不平衡等但有時也利用振動的特性來幫助我們工作但有時也利用振動的特性來幫助我們工作A A 機(jī)械振動的分類機(jī)械振動的分類B B 周期振動與簡諧振動周期振動與簡諧振動周期振動一般可看作是多個簡諧振動的疊加。周期振動一般可看作是多個簡諧振動的疊加。 簡諧振動是機(jī)械振動中最基本、最簡單的一種形式，其簡諧振動是機(jī)械振動中最基本、最簡單的一種形式，其軌跡可以看作是一個作勻速圓周運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn)在坐標(biāo)軸上的軌跡可以看作是一個作勻速圓周運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn)在坐標(biāo)軸上的

3、投影，可用后面的數(shù)學(xué)式表示。投影，可用后面的數(shù)學(xué)式表示。X= Xmsin(2X= Xmsin(2t/T+t/T+) ) = Xmsin(2 = Xmsin(2ft+ft+) ) = Xmsin( = Xmsin(t+t+) ) X-X-質(zhì)點(diǎn)位移質(zhì)點(diǎn)位移 Xm-Xm-位移最大值，振幅位移最大值，振幅(A)(A) T- T-周期，質(zhì)點(diǎn)重復(fù)同一運(yùn)行所需最短時間周期，質(zhì)點(diǎn)重復(fù)同一運(yùn)行所需最短時間 f-f-頻率，單位時間同一狀態(tài)出現(xiàn)次數(shù)，頻率，單位時間同一狀態(tài)出現(xiàn)次數(shù)，1/T1/T - - 圓頻率，圓頻率，2 2f f - -初始相位角初始相位角 -園頻率（園頻率（rad/s) ,f-rad/s) ,f

4、-頻率（頻率（Hz) ,T-Hz) ,T-周期（周期（s)s)振動的三個要素：振動的三個要素：幅值、頻率（周期）、相位幅值、頻率（周期）、相位 )sin(tXXm)2()2(t fSinXTtSinXXmm 其中：其中：2f2f f f1/T1/T振動位移、速度和加速度振動位移、速度和加速度振動位移對時間求一次、二次導(dǎo)數(shù)得到速度、加速度信號。振動位移對時間求一次、二次導(dǎo)數(shù)得到速度、加速度信號。)2sin(coscostVtVtxdtdxVmmm)sin(sinsin222tatatxdtxddtdvammmmmmmmXVXVa2n位移、速度、加速度nv = Xmsin(t+ /2) a = 2

5、 Xmsin(t+ )n振動速度信號比位移超前90，幅值是位移信號倍；振動加速度信號比振動速度超前90，幅值是速度信號倍。常用單位常用單位n位移位移 峰峰值峰峰值 微米微米 n速度速度 有效值（均方根值）有效值（均方根值） 毫米秒毫米秒n加速度加速度 峰值峰值 米秒米秒2 2 振動波形的峰值、峰峰值、有效值和平均值振動波形的峰值、峰峰值、有效值和平均值 峰值：峰值： X Xpeakpeak= X= Xm m 峰峰值峰峰值：X Xp-pp-p 2X2Xm mTdttxTx0)(1TrmsdttxTx02)(1222prmsxxx 平均值平均值算術(shù)平均值算術(shù)平均值：有效值（均方根值）有效值（均方根

6、值）：正弦波形的有效值正弦波形的有效值：速度有效值（均方根值）速度有效值（均方根值）測試參數(shù)的選擇原則測試參數(shù)的選擇原則 故障診斷為突出故障頻率成分，對低故障診斷為突出故障頻率成分，對低頻故障推薦采用位移信號分析，對高頻頻故障推薦采用位移信號分析，對高頻故障推薦采用速度、加速度信號。故障推薦采用速度、加速度信號。 測試參數(shù)的選擇原則測試參數(shù)的選擇原則 位移位移X X 與頻率與頻率f f 無關(guān)，特別適合低頻振動選用。無關(guān)，特別適合低頻振動選用。 速度速度 V V X X 與頻率與頻率f f成正比，通常推薦選用。成正比，通常推薦選用。 加速度加速度 A A VVXX2 2 頻率頻率f f2 2 成

7、正比，特別適合高頻振動選用。成正比，特別適合高頻振動選用。 2f2f二二. .狀態(tài)監(jiān)測常用分析方法簡介狀態(tài)監(jiān)測常用分析方法簡介n幅值分析幅值分析（振動總值、列度）、變化趨（振動總值、列度）、變化趨勢勢n波形分析：峰值變化、周期性特點(diǎn)波形分析：峰值變化、周期性特點(diǎn)n頻譜分析頻譜分析：振動能量的頻率分布分析：振動能量的頻率分布分析n倒頻譜分析倒頻譜分析n波特圖波特圖n三維譜圖三維譜圖 n沖擊頻響：測物體自振頻率沖擊頻響：測物體自振頻率n傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)：反應(yīng)系統(tǒng)輸入、輸出信號反應(yīng)系統(tǒng)輸入、輸出信號之間的幅頻系和相頻關(guān)系。之間的幅頻系和相頻關(guān)系。 n相干分析：相干分析：用來確定輸出信號有那些用來確

8、定輸出信號有那些頻率成分、多大程度來自輸入信號。頻率成分、多大程度來自輸入信號。 n相位分析：設(shè)備各測點(diǎn)振動相位的比相位分析：設(shè)備各測點(diǎn)振動相位的比較較。常見振動圖形基本概念n不同的振動狀態(tài)表示方式具有不同的特點(diǎn)，有些故障在某些圖形上反映不明顯，但在另外一些圖形上卻表現(xiàn)得比較突出。n常用圖形有：波形圖、頻譜圖、瀑布圖、級聯(lián)圖、趨勢圖、軸心軌跡圖、軸中心位置圖、奈奎斯特圖等。振動波形n振動信號的時間歷程表示出來。測量到振動幅值、頻率、相位和波形變化。n振動信號是否平穩(wěn)、有沒有毛刺、削波、調(diào)頻、調(diào)幅、波動、不穩(wěn)定等異常現(xiàn)象。在頻譜圖表現(xiàn)的不是很明顯。摩擦故障時，很多毛刺或削波等，不平衡故障為標(biāo)準(zhǔn)正

9、弦波。幅值分析幅值分析n振動總值、振動總值、 （列度）的分析判斷（列度）的分析判斷 與標(biāo)準(zhǔn)允許值比較與標(biāo)準(zhǔn)允許值比較 與歷史統(tǒng)計值比較與歷史統(tǒng)計值比較 與同類機(jī)組振動值比較與同類機(jī)組振動值比較n振動值變化趨勢的分析判斷振動值變化趨勢的分析判斷 總量值的趨勢總量值的趨勢 頻段值的趨勢頻段值的趨勢振動頻譜n通常情況振動信號包含很多簡諧振動成分，當(dāng)頻率成分較多時，從振動波形中很難直接看出波形中包含的頻率成分。作傅里葉變換求出頻率。頻譜圖將這些頻率成分和大小表示出來。n不同振動故障所包含的振動頻率成分并不相同。不平衡故障主要為與轉(zhuǎn)速同頻的工頻成分；油膜振蕩故障為與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)固有頻率相對應(yīng)的低頻成分等。與

10、轉(zhuǎn)速相等頻率成分定義為基頻或工頻，如1x、2x、3x、1/2x。頻譜分析頻譜分析 頻譜分析是機(jī)械故障診斷中使用得最廣泛的信頻譜分析是機(jī)械故障診斷中使用得最廣泛的信號處理方法之一，大多數(shù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械一般都產(chǎn)生帶有號處理方法之一，大多數(shù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械一般都產(chǎn)生帶有周期的振動信號，并不是都只含有單一頻率成分的周期的振動信號，并不是都只含有單一頻率成分的簡諧運(yùn)動，而是包含有多種的頻率成分，這些頻率簡諧運(yùn)動，而是包含有多種的頻率成分，這些頻率成分往往直接與機(jī)器中各零部件的機(jī)械物理特性聯(lián)成分往往直接與機(jī)器中各零部件的機(jī)械物理特性聯(lián)系在一起。頻域分析的基礎(chǔ)是頻率分析方法，利用系在一起。頻域分析的基礎(chǔ)是頻率分析方法，利

11、用傅里葉變換，將復(fù)雜的信號分解為簡單信號的疊加。傅里葉變換，將復(fù)雜的信號分解為簡單信號的疊加。傅里葉變換：傅里葉變換： Nkkktkbtkaatx1000sincos2頻譜分析示意頻譜分析示意 0.5x 1x 2x 3x 4x 5x 升、降速波德圖n以轉(zhuǎn)速為橫坐標(biāo)，升降速過程中振幅和相位變化作為縱坐標(biāo)得到的反映變速過程中振動變化情況的圖形。n轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在各種轉(zhuǎn)速下的振幅和相位；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的共振放大系數(shù)（A臨/A工=38 ）；轉(zhuǎn)子振型；系統(tǒng)的阻尼大小。由這些數(shù)據(jù)可以獲得有關(guān)轉(zhuǎn)子的平衡狀況和振動體剛度阻尼特性等動態(tài)參數(shù)。n最大功能：判斷系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速，過臨界時振幅最大，相位變化最明顯

12、（受系統(tǒng)阻尼影響），不同機(jī)組過臨界相位變化幅度不同。n多次啟停過程中振動變化有沒有異常。正常情況下，升、降速過程振動基本吻合。動靜摩擦、轉(zhuǎn)子熱彎曲時，快速停機(jī)過臨界振動比開機(jī)要大。波特圖波特圖 ：轉(zhuǎn)速與振幅、相位之間的關(guān)系。 振型圖n軸系上各點(diǎn)振動分布情況，指導(dǎo)動平衡工作。選取加重平面、確定加重方式。計算得出，研究實測方法。瀑布圖n將不同時刻的頻譜圖疊加在一起，以時間作為坐標(biāo)得到的三維圖形。x軸振動頻率，y軸時間，z軸振幅。n根據(jù)瀑布圖可以直觀看到不同時刻的振動頻譜，了解異常振動故障發(fā)生時頻譜及幅值變化情況。n可以判斷機(jī)器臨界轉(zhuǎn)速、振動原因以及系統(tǒng)的阻尼等情況。n由頻譜分析儀或信號處理裝置直接

13、顯示出來。短期趨勢圖短期趨勢圖n將振動幅值和相位隨時間變化情況表示出來?？梢詫σ欢螘r間內(nèi)的振動變化情況進(jìn)行分析，判斷機(jī)組是否穩(wěn)定、有沒有周期性等。長期趨勢圖長期趨勢圖示例示例三三、振動分析的過程：振動分析的過程： 問診問診 監(jiān)測監(jiān)測 診斷診斷 措施措施 問診：問診：了解設(shè)備背景，運(yùn)行環(huán)境、可能引起振了解設(shè)備背景，運(yùn)行環(huán)境、可能引起振動的原因動的原因 設(shè)備結(jié)構(gòu)（傳動鏈參數(shù)，如齒輪齒數(shù)、軸承型號、設(shè)備結(jié)構(gòu)（傳動鏈參數(shù)，如齒輪齒數(shù)、軸承型號、皮帶輪直徑皮帶輪直徑 等）、設(shè)備的動態(tài)特性等信息等）、設(shè)備的動態(tài)特性等信息; ;設(shè)備運(yùn)行工況，過程參數(shù)：溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、設(shè)備運(yùn)行工況，過程參數(shù)：溫度、壓力、轉(zhuǎn)

14、速、負(fù)荷負(fù)荷設(shè)備維修檔案設(shè)備維修檔案監(jiān)測監(jiān)測: : 確定振動測試分析方案確定振動測試分析方案 測試（轉(zhuǎn)速、負(fù)荷）；測試（轉(zhuǎn)速、負(fù)荷）；測點(diǎn)位置；測試參數(shù)（振動位移、速度、加速度）；測點(diǎn)位置；測試參數(shù)（振動位移、速度、加速度）；絕對振動、相對振動絕對振動、相對振動測試振動的方向（測試振動的方向（H/V/AH/V/A）數(shù)據(jù)類型（幅值、頻譜、波形、相位）數(shù)據(jù)類型（幅值、頻譜、波形、相位）信號檢測類型：峰值、峰峰值、有效值信號檢測類型：峰值、峰峰值、有效值診斷：診斷：引起振動的原因和部位引起振動的原因和部位 振動幅值趨勢分析振動幅值趨勢分析 振動波形識別振動波形識別頻譜分析、峰值能量譜分析頻譜分析、峰

15、值能量譜分析 頻響特性與相干分析頻響特性與相干分析瞬時頻率變化與相位分析瞬時頻率變化與相位分析措施：措施：給出結(jié)論給出結(jié)論 繼續(xù)運(yùn)行；還能運(yùn)行多久繼續(xù)運(yùn)行；還能運(yùn)行多久? ?維修、檢查；部位維修、檢查；部位? ?第二講第二講 機(jī)械振動測試機(jī)械振動測試一一振動傳感器種類和選擇振動傳感器種類和選擇二、振動傳感器測量位置選擇二、振動傳感器測量位置選擇一、振動傳感器種類和選擇n電渦流型、速度型、加速度型、電容型、電感型五類。后兩者受周圍介質(zhì)影響較大，很少使用。前三種傳感器優(yōu)缺點(diǎn)。n電渦流傳感器-頭部有扁平的感應(yīng)線圈，高頻電纜輸出。感應(yīng)線圈通上高頻電流（12MHz）時，線圈周圍產(chǎn)生高頻電磁場。周圍金屬導(dǎo)

16、體表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，即電渦流，根據(jù)楞次定律，電渦流產(chǎn)生的電磁場與感應(yīng)線圈電磁場方向相反，這兩個磁場疊加，改變了感應(yīng)線圈的阻抗，感應(yīng)線圈內(nèi)阻抗變化可表示為：nZ = f（,r,I,）。 - 導(dǎo)磁系數(shù) - 電導(dǎo)率 r - 線圈尺寸因子 - 感應(yīng)線圈與導(dǎo)體之間的距離 I - 勵磁電流 - 勵磁電流圓頻率。n當(dāng)金屬導(dǎo)體結(jié)構(gòu)均勻、各向同性且,r,I,一定時，感應(yīng)線圈阻抗變化是感應(yīng)線圈與金屬導(dǎo)體之間距離的單值函數(shù)。n, I,一定時，增大線圈尺寸r，磁場分布范圍將增大，但磁場感應(yīng)強(qiáng)度的變化幅度減少，反之則相反。這種傳感器的線性范圍隨感應(yīng)線圈直徑增大而增加，而傳感器靈敏度（單位間隙的阻抗變化值）隨感應(yīng)線圈直徑

17、增大而減少。n信號經(jīng)放大、檢波、濾波后，可得到一個與值成正比的輸出電壓。輸出電壓直流分量正比于感應(yīng)線圈與金屬導(dǎo)體的靜態(tài)間隙。若線圈與金屬板之間存在相對振動，則有交流電壓輸出，它正比于線圈與金屬板之間的相對位移。n前置器到電渦流傳感器的高頻電纜是由制造廠精心調(diào)配好的，不同型號或不同系列的傳感器不能互換，而且不能延長或截短，最長達(dá)10米。電渦流傳感器安裝n工作溫度-最高容許溫度180，國產(chǎn)傳感器大部分120 以下。實際工作溫度超過70 ，靈敏度顯著降低，還會損壞。必須安裝在軸瓦內(nèi)，特制高溫傳感器容許安裝在汽封附近。n避免交叉感應(yīng)-兩個傳感器不能考得太近，交叉感應(yīng)，傳感器輸出靈敏度降低，要求大于25

18、40mm。n避免側(cè)隙過小-頭部兩側(cè)存在導(dǎo)體，側(cè)隙較小，也使傳感器輸出靈敏度顯著降低，不僅考慮冷態(tài)，而且還要考慮汽缸和轉(zhuǎn)子受熱后膨脹。側(cè)隙d，頭部外露高度2d。n避免支架共振和松動-支架自振頻率高于23倍工作頻率，支架采用68mm厚扁鋼，懸臂長度不超過100mm。傳感器與支架的連接采用支架上攻絲再用鎖母拼緊。n傳感器頂部與被測物體之間的靜態(tài)間隙有要求，考慮工作轉(zhuǎn)速下軸頸位置的變化。速度傳感器n目前較常見的一種振動傳感器，目前較常見的一種振動傳感器，工作原理實際上是一個往復(fù)式永磁小發(fā)電機(jī)工作原理實際上是一個往復(fù)式永磁小發(fā)電機(jī)。支承不同，有相對式和絕對式兩種。支承不同，有相對式和絕對式兩種。n絕對式

19、傳感器外殼固定在振動物體上時，整個傳感器跟著振動物體一起振動，絕對式傳感器外殼固定在振動物體上時，整個傳感器跟著振動物體一起振動，而處在空氣間隙內(nèi)的動線圈是用很軟的簧片固定在外殼上的，其自振頻率很低。而處在空氣間隙內(nèi)的動線圈是用很軟的簧片固定在外殼上的，其自振頻率很低。當(dāng)振動體頻率大于自振頻率當(dāng)振動體頻率大于自振頻率1515倍時，動線圈處在相對（傳感器外殼）靜止?fàn)顟B(tài)，倍時，動線圈處在相對（傳感器外殼）靜止?fàn)顟B(tài)，線圈與磁鋼之間發(fā)生相對運(yùn)動，線圈切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢：線圈與磁鋼之間發(fā)生相對運(yùn)動，線圈切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢：nE = BLvE = BLv B B 磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度 L L 感應(yīng)線圈

20、導(dǎo)線長度感應(yīng)線圈導(dǎo)線長度 v v 相對運(yùn)動速度相對運(yùn)動速度nB B、L L一定時，一定時，輸出電輸出電 勢勢E E正比于振動速度正比于振動速度v v， 所有稱它為速度傳感器，所有稱它為速度傳感器， 或絕對式傳感器，或地或絕對式傳感器，或地 震式傳感器。震式傳感器。n相對式彈簧較硬，很少采用。相對式彈簧較硬，很少采用。n若要取得與振動位移成正比若要取得與振動位移成正比n的振動信號，傳感器輸出的的振動信號，傳感器輸出的n信號必須經(jīng)積分回路。一般信號必須經(jīng)積分回路。一般n在儀表內(nèi)，也有單獨(dú)分離出來，在儀表內(nèi)，也有單獨(dú)分離出來，n稱為速度稱為速度/ /位移轉(zhuǎn)換器（位移轉(zhuǎn)換器（VDCVDC） 速度傳感器

21、安裝n方式-手扶、橡皮泥粘接、永磁吸盤固定、螺絲固定。n工作溫度-120以下，過高損壞絕緣和退磁，靈敏度降低。n避免傳感器固定不穩(wěn)和共振。n測點(diǎn)位置前后一致。n傳感器的互換性。n傳感器安裝方向與測量方向一致。加速度傳感器n它利用石英、陶瓷等材料壓電特性，當(dāng)外力作用在這些材料上時產(chǎn)生電荷。這種裝置固定在振動物體上，由于物體振動產(chǎn)生加速度。a=2A=42f2A（單幅值）。n根據(jù)牛頓定律F=ma，施加在 壓電晶體片上的作用力與重 質(zhì)量和振動加速度成正比。 而壓電晶體片輸出電荷與作 用在晶體片上的力成正比。 當(dāng)m一定時，傳感器輸出電荷 與振動加速度成正比。n它不能作靜態(tài)測量，只能動態(tài)測量。只有在受到連

22、續(xù)交變力作用下，壓電晶體才能連續(xù)不斷產(chǎn)生電荷，在電路中形成電流、電壓。n輸出信號通過較長導(dǎo)線輸?shù)秸駝觾x，即使輸入阻抗很高，也會顯著降低傳感器的靈敏度，必須先送到前置放大器。n經(jīng)過一次、二次積分獲得振動速度、振動位移，但振動信號衰減98%以上，靈敏度不足，受外界干擾影響大，在汽輪發(fā)電機(jī)組上沒有廣泛應(yīng)用。n對于具有滾動軸承或齒輪部件的旋轉(zhuǎn)機(jī)械來講，由于需要獲得故障振動加速度信號，加速度得到廣泛應(yīng)用。放放 大大 器器 慣慣 性性 質(zhì)質(zhì) 量量壓壓 電電 晶晶 體體絕絕 緣緣 體體 導(dǎo)導(dǎo) 電電 平平 面面 絕絕 緣緣 體體 預(yù)預(yù) 載載 螺螺 釘釘加速度傳感器示意圖加速度傳感器示意圖 二、振動傳感器測量位

23、置選擇二、振動傳感器測量位置選擇第三講第三講 機(jī)械振動標(biāo)準(zhǔn)及機(jī)械振動標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用應(yīng)用一、 標(biāo)準(zhǔn)的作用與制定二、 軸承振動和軸振動標(biāo)準(zhǔn)三、 標(biāo)準(zhǔn)的使用和保護(hù)值的設(shè)定四、 機(jī)械振動標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用三示例一一 、標(biāo)準(zhǔn)的作用與制定、標(biāo)準(zhǔn)的作用與制定 1. 1. 振動標(biāo)準(zhǔn)的作用：振動標(biāo)準(zhǔn)的作用：n檢查考核機(jī)器的設(shè)計水平、制造質(zhì)量、安裝檢查考核機(jī)器的設(shè)計水平、制造質(zhì)量、安裝質(zhì)量、檢修質(zhì)量質(zhì)量、檢修質(zhì)量n保障機(jī)器安全運(yùn)行，防止發(fā)生振動事故保障機(jī)器安全運(yùn)行，防止發(fā)生振動事故 2. 2. 制定振動標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)：制定振動標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)：n安全性安全性n經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性n標(biāo)準(zhǔn)制定主要靠經(jīng)驗和統(tǒng)計規(guī)律標(biāo)準(zhǔn)制定主要靠經(jīng)驗和統(tǒng)計規(guī)律振動標(biāo)準(zhǔn)分類 目前最常采用的是目前最常采用的是通頻通頻振幅來衡量機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)振幅來衡量機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)的，根據(jù)所