振動測量基礎(chǔ)

1、振動測量基礎(chǔ)崔啟明Page2 振動現(xiàn)象 物質(zhì)是運(yùn)動的，世界是運(yùn)動的 物質(zhì)是振動的，世界是振動的1. 機(jī)械振動的原因？幾乎所有的機(jī)械振動都由這些原因中的一個或多個造成：往復(fù)作用力松動共振Page6振振 動動 信信 號號 的的 基基 本本 構(gòu)構(gòu) 成成1. 振 幅(振動大小)2. 頻 率(振動快慢)3. 相 位Page7振幅(振動大小)的表達(dá)方式有以下的振幅表達(dá)方式來代表振動的嚴(yán)重程度，峰至峰值(peak-to-peak)表示機(jī)器振動位移量大小。峰值(peak)表示機(jī)器瞬間承受沖擊的振動量大小。平均值(average)表示機(jī)器在某段時間內(nèi)的振動量平均值。均方根值(RMS)最能表示機(jī)器在某段時間內(nèi)所承

2、受的振動能量，即振動的破壞能力。Page8v振幅： 1.均方根值(root mean square, rms) 2.峰值（0-peak) 3.峰至峰值(peak-peak)Page9均方根值與峰值定義對于單頻的正弦訊號而言，RMS值與0-peak，peak-peak值之間存在以下關(guān)系：RMS值X2 = 0 - peak值0-peak值X 2 = peak - peak值Page10均方根值與峰值定義對于非單頻訊號，上述關(guān)系并不成立Page11均方根值-能量觀點(diǎn)的計算法面積總和（積分）/Tt=TX(t)X (t)2t=TPage12均方根值與峰值關(guān)系v對于單頻的正弦訊號而言，RMS值與0-pea

3、k，peak-peak值之間存在以下關(guān)系：RMS值X2 = 0 - peak值0-peak值X 2 = peak - peak值v對于非單頻訊號，上述關(guān)系并不成立，但一般量測儀器大都以RMS來檢測振動值，并一律使用上述關(guān)系來求得0-peak或peak-peak值。（或稱為Equivalent 0-peak, Equivalent peak-peak)Time - sReal g0605040302010-443210-1-2-3FA-xia 0-60 s Rms=195.6m g 0-60sRms=195.6mgTime - sReal g0605040302010-443210-1-2-3F

4、A-xia 0-60 s Rms=195.6m g XAxis:YAxis:X33.457sgY:12.0748133.457speak=2.0743gPage16振 動 頻 率 單位時間內(nèi)的振動次數(shù)，稱為振動頻率 由于每一種不同的現(xiàn)象會產(chǎn)生不同頻率的振動，所以頻率的分析成為進(jìn)一步了解其物理現(xiàn)象的重要工具。根據(jù)傅麗葉定理，每一種波型都可以分解成一系列正弦波的組合Page17振 動 頻 率Page18振 動 頻 率利用FFT頻譜分析儀，將復(fù)雜的波形轉(zhuǎn)換成頻譜，以便進(jìn)一步了解振動的構(gòu)成原因頻譜分析儀振動計對心不良軸承異常轉(zhuǎn)子不平衡軸彎曲合成分解振動計實(shí)際所測得的振動波形頻譜分析軸彎曲轉(zhuǎn)子不平衡軸承

5、異常對心不良頻率振幅信號合成與分解 周期信號的頻譜是離散譜Frequency - HzReal m/s2 rms051240030020010001800m600m400m200mSpectrum(FA-xia,FA-xia) 0-512 Hz Rms=1.9179 m/s2 XAxis:YAxis:X14.250Hzm/s2 rmsY:1870.51m1信號合成與分解 非周期信號的頻譜是連續(xù)譜Time - sReal g0605040302010-443210-1-2-3FA-xia 0-60 s Rms=195.6m g Page21頻譜的種類Constant Bandwidth Spec

6、trum頻譜每條數(shù)據(jù)之間有固定的帶寬例如FFT頻譜Constant Percentage Bandwidth SpectrumCPB Spectrum（倍頻程）頻譜每條數(shù)據(jù)之間有固定的帶寬百分比例如1/3 Octave其他Page22Constant Bandwidth Spectrumf f量測帶寬f解析條數(shù)NPage23CPB Spectrumvfu/fl=constant,當(dāng)fu/fl=2,稱為octave頻譜vfc= (fu x fl) = 2 flv 目前國際通用以1kHz作為倍頻中心頻率。這時 為63Hz，125Hz，250Hz，500Hz，1kHz，2kHz，4kHz，8kHz等

7、fcfuflFrequency - HzReal m/s2 rms106405002501256331.516021.51500mSpectrum(FA-xia,FA-xia) Frequency - HzReal m/s2 rms151k5002501256331.5021.51500mSpectrum(FA-xia,FA-xia) Page26振 動 相 位 振動相位是指振動訊號相對于某一參考訊號之間的角度而言。 振動相位差是指兩種振動訊號之間的角度差。0振動訊號與光纖參考訊號落後90Page27振動相位A，B兩組振動訊號相90的情況Page28振動相位應(yīng)用實(shí)例振動相位表達(dá)出彼此之間的相對

8、運(yùn)動關(guān)系相位差接近180表示反向運(yùn)動彼此之間可能有松動的情形，反之，其相位差應(yīng)接近0 何時需量相位?Page29v振動的量測單位振動的量測單位有三種，位移(displacement)，速度(velocity)，加速度(acceleration)。對于中、高頻振動信號的頻譜分析一般用速度與加速度作量測，較低頻的振動信號及機(jī)械組件的相對振動間隙則用位移作量測。 * *位移位移(D)(D) 常用表示法: P-P 常用單位:mm,um,inch,mils 常用表示法: 0-P 常用單位:mm/s,inch/s * *加速度加速度(A=dV/dt)(A=dV/dt) 常用表示法: RMS 常用單位:m/

9、s ,g (g=9.81m/s)Page30 在簡易或精密診斷中，每次測點(diǎn)必須固定，振動計固定在振動機(jī)械上，必需要選在正確的位置，以愈接近振動部位愈好，目的是在獲得振動最短路徑傳遞值，盡量避免結(jié)構(gòu)部分所帶來的影響。振動量測位置選擇Page31頻譜分析與振動診斷頻譜分析與振動診斷FFT特性特性:將時域的訊號轉(zhuǎn)成頻域?qū)r域的訊號轉(zhuǎn)成頻域Page32Discrete Fourier Transform-DFT 在工程上的應(yīng)用，傅利葉轉(zhuǎn)換成為離散傅利葉轉(zhuǎn)換DFT：*假設(shè)訊號為周期函數(shù)-傅利葉級數(shù)有限積分*使用數(shù)值積分式以便計算機(jī)運(yùn)算Page33取樣與轉(zhuǎn)換原則上將模擬訊號數(shù)字化后，再用計算機(jī)程序進(jìn)行FF

10、T計算，就可以得到頻譜數(shù)據(jù)Page34非FFT頻譜技術(shù)平行濾波器使訊號通過一組平行的帶通濾波器，然后檢測每組的均方根值大小，就可得到頻譜Band pass filter 1Band pass filter 2Band pass filter 3Band pass filter 4RMS detectorRMS detectorRMS detectorRMS detectorPage35非FFT頻譜技術(shù)掃頻濾波器利用一個中心頻率可改變的帶通率波器，從低頻到高頻掃描，就可得到頻譜數(shù)據(jù)Tracking FilterRMS detectorPage36 預(yù)防方法: 1.使取樣頻率量測帶寬之最高頻率的2

11、倍(Nyquist Frequency)以上 2.在量測帶寬之最高頻率外再加上一個低通率波器(反假像濾波).v取樣與假象(aliasing)Page37 漏失(Leakage)解決方法:在時間周期里加頻窗(Window)Page38 頻窗(Window)常見的窗函數(shù)Frequency - HzReal m/s2 rms030201001800m600m400m200mSpectrum(FA-xia,FA-xia) 4.75-9.5 Hz Rms=756.17m m/s2 XAxis:YAxis:X4.75009.500014.250Hzm/s2 rmsY:1485.78m431.86m870.

12、51m123比如對于直列四缸發(fā)動機(jī)，在一個工作循環(huán)內(nèi)，各缸依次點(diǎn)火，一個工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)兩圈，所以發(fā)火頻率剛好對應(yīng)2階，四缸發(fā)動機(jī)3階，1階就是發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速頻率人體對不同頻率的振動敏感程度不同人體對不同頻率的振動敏感程度不同 最敏感的頻率范最敏感的頻率范圍是圍是412.5Hz。在。在48Hz頻率范圍頻率范圍，人的內(nèi)，人的內(nèi)臟器官產(chǎn)生共振；臟器官產(chǎn)生共振；812.5Hz頻率范圍，頻率范圍，對人對人的脊椎系統(tǒng)影響很大。的脊椎系統(tǒng)影響很大。 最敏感的頻率范最敏感的頻率范圍是圍是0.52Hz。大約在。大約在3Hz以下，人體對水平振動比對以下，人體對水平振動比對垂直振動更敏感，且汽車車垂直振動更敏感，且汽

13、車車身部分系統(tǒng)在此頻率范圍內(nèi)身部分系統(tǒng)在此頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生共振，故應(yīng)對水平振動產(chǎn)生共振，故應(yīng)對水平振動給予充分重視。給予充分重視。ssxy、sz12222wwww1 41 4/xyza. a. aa 高峰值因數(shù)振動近 年來的研究指出在振動暴露中的加速度峰值是重要的，尤其對健康的影響。某些實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明評價振動的方均根方法對于具有重要峰值振動的影響估計過低。對于具有這種高峰值特別是對于峰值因數(shù)大于 9 的振動，提出了補(bǔ)充的或另一種測量程序，而方均根方法適用于峰值因數(shù)小于或等于 9。峰值因數(shù)定義為在某一測量時間內(nèi)，頻率計權(quán)加速度信號的最大瞬時峰值與其有效值之比的模。對于高峰值因數(shù)（9）的振動使用運(yùn)行有

14、效值（the runing r.m.s）或四次方振動劑量值進(jìn)行補(bǔ)充評價。四次方振動劑量值方法 該方法通過使用加速度時間過程的四次方代替平方作為平均基礎(chǔ)，使得四次方振動劑量方法比基本評價方法對峰值更敏感。四次方振動劑量值（VDV），單位是米每秒 1.75 次方（m/s1.75）或弧度每秒 1.75 次方（rad/s1.75），定義為： 75. 14104wms/dVDVTttaTime - sReal g111211.811.611.411.2-2020151050-5-10-15FA-xia 0-19.999 s Rms=554.01m g XAxis:YAxis:X11.275sgY:1-1

15、1.0391Page48頻譜分析儀常見的基本設(shè)定1.帶寬(Bandwidth)2.條數(shù)3.Window4.Display Unit (Rms,Peak)5.Log/Linear Display6.Trigger/Free Run7.Sensitivity頻率分辨率f=帶寬/條數(shù)Record Time t=1/ fPage49振 動 診 斷 基 本 原 則頻譜分析儀振動計對心不良軸承異常轉(zhuǎn)子不平衡軸彎曲合成分解振動計實(shí)際所測得的振動波形頻譜分析軸彎曲轉(zhuǎn)子不平衡軸承異常對心不良頻率振幅Page50油漩Oil whirl保持器或摩擦Rub動不平衡Dynamic unbalance軸不對心或組件松動MisalignmentLooseness組件松動的諧波Looseness Harmonics軸承的邊頻Bearing Side-band軸承Bearing1X2X3X4X動不平衡基本特徵:1倍頻的振動量很高,且振動量隨著轉(zhuǎn)速的增加而變大,從頻譜圖中其他倍頻都很小,甚至沒有引起的原因:組裝不良,材質(zhì)不均勻,或零組件已經(jīng)變形或磨損等振 動 診 斷 基 本 原 則Page51振動量測的基本設(shè)備 1.傳感器(Transducer) 將振動的現(xiàn)象轉(zhuǎn)換為電子