振動和振動測試的基礎(chǔ)知識

關(guān)于振動和振動測試的基礎(chǔ)知識第1頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四振幅A

(Amplitude)

偏離平衡位置的最大值。描述振動的規(guī)模。頻率

f

(Frequency)

描述振動的快慢。單位為次/秒(Hz)或次/分(c/min)

。周期

T=1/f

為每振動一次所需的時(shí)間，單位為秒。

圓頻率

=2

f

為每秒鐘轉(zhuǎn)過的角度，單位為弧度/秒初相角

(Initialphase)

描述振動在起始瞬間的狀態(tài)。簡諧振動的三要素第2頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四振動位移、速度、加速度之間的關(guān)系

振動位移速度)加速度位移、速度、加速度都是同頻率的簡諧波。三者的幅值相應(yīng)為A、A、A2。相位關(guān)系：加速度領(lǐng)先速度90o;速度領(lǐng)先位移90o。xvaxva第3頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四振動的時(shí)域波形名稱波形第4頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四若干幅值參數(shù)的定義瞬時(shí)值

振動的任一瞬時(shí)的數(shù)值。峰值

振動離平衡位置的最大偏離。平均絕對值

均值

(Meanvalue)

又稱平均值或直流分量。有效值xpx=x(t)第5頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四正峰值負(fù)峰值平均絕對值有效值平均值峰峰值各幅值參數(shù)是常數(shù)，彼此間有確定關(guān)系峰值

xp=A;峰峰值

xp-p=2A平均絕對值

xav=0.637A有效值

xrms=0.707A平均值簡諧振動的幅值參數(shù)第6頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四復(fù)雜振動的幅值參數(shù)各幅值參數(shù)隨時(shí)間變化，彼此間無明確定關(guān)系正峰值負(fù)峰值峰峰值xrms第7頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四常用的幅值參數(shù)及其單位

位移

峰峰值。單位為微米（m）

速度

有效值。單位為毫米/秒（mm/s）

加速度

峰值。單位為米/秒平方（m/s2）第8頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四振動信號的頻率分析把振動信號中所包含的各種頻率成分分別分解出來的方法。頻率分析的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是傅里葉變換和快速傅里葉算法（FFT）。頻率分析可用頻率分析儀來實(shí)現(xiàn)，也可在計(jì)算機(jī)上用軟件來完成。頻率分析的結(jié)果得到各種頻譜圖，這是故障診斷的有力工具。第9頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四各種振動的頻譜圖名稱波形頻譜第10頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四時(shí)間域頻率域FFTIFFT第11頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四系統(tǒng)對激勵(lì)的響應(yīng)自激振動(機(jī)械)系統(tǒng)

單自由度多自由度

強(qiáng)迫振動自由振動反饋機(jī)制持續(xù)激勵(lì)初始激勵(lì)恒定能源激勵(lì)響應(yīng)第12頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四單自由度振動系統(tǒng)

確定系統(tǒng)運(yùn)動所需的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)稱為系統(tǒng)的自由度第13頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四多自由度振動系統(tǒng)圖中數(shù)字為系統(tǒng)的自由度數(shù)53226第14頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四單自由度系統(tǒng)的自由振動系統(tǒng)在沒有激勵(lì)下，由初始條件引起的振動，稱為自由振動。初始位移初始速度a—無阻尼b—小阻尼c—臨界阻尼d—大阻尼第15頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四單自由度系統(tǒng)的自由振動自由振動的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率。振幅大小決定于初始條件（初始位移和初始速度）。系統(tǒng)的阻尼大，振幅衰減快；阻尼小，振幅衰減慢。阻尼系數(shù)=1稱為臨界阻尼。第16頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四由自由振動確定固有頻率和阻尼第17頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四系統(tǒng)有多個(gè)固有頻率。從小到大，稱為第1階、第2階等等。每個(gè)頻率有一對應(yīng)的振型和阻尼值。同一階的固有頻率、振型和阻尼值一起，稱為模態(tài)。兩自由度系統(tǒng)的模態(tài)舉例第二階模態(tài)第一階模態(tài)第18頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四系統(tǒng)的自由振動為各階自由振動的疊加。振動一般不再是簡諧的。各階自由振動所占成分的大小，決定于初始條件。各階自由振動衰減的快慢，決定于該階的阻尼。阻尼大，衰減快；阻尼小，衰減慢。在衰減過程中，各階的振型保持不變，即節(jié)點(diǎn)位置不變。多自由度系統(tǒng)的自由振動第19頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四單自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動振動的頻率等于激勵(lì)的頻率。振幅大小與激勵(lì)的大小成正比。激勵(lì)頻率接近固有頻率時(shí)，發(fā)生共振現(xiàn)象。阻尼小，共振峰高；阻尼大，共振峰低。位相上說，振動落后于激勵(lì)。振幅和位相隨激勵(lì)頻率而變化，變化規(guī)律用系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性來表示。第20頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四單自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動幅頻特性相頻特性

激勵(lì)頻率激勵(lì)頻率響應(yīng)幅值響應(yīng)位相第21頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四由強(qiáng)迫振動確定固有頻率和阻尼第22頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四振動的頻率等于外激勵(lì)的頻率。振型為各階振型的疊加。各階振型所占的比例，決定于外激勵(lì)的頻率和作用點(diǎn)位置。激勵(lì)頻率接近某階固有頻率時(shí)，該階振型增大而占主導(dǎo)地位，是為該階共振狀態(tài)。共振峰大小決定于該階阻尼值和激勵(lì)的位置。作用在某階節(jié)點(diǎn)上的激勵(lì)力，不能激起該階振動。多自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動第23頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四磁帶記錄儀頻譜分析儀打印機(jī)存儲設(shè)備繪圖儀測量電路基頻檢測儀記錄儀數(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鍵相傳感器旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動測量框圖第24頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四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：10Hz~1000Hz典型線性范圍：0~2mm典型靈敏度：20mV/mm/s測量非轉(zhuǎn)動部件的絕對振動的速度。不適于測量瞬態(tài)振動和很快的變速過程。輸出阻抗低，抗干擾力強(qiáng)。傳感器質(zhì)量較大，對小型對象有影響。在傳感器固有頻率附近有較大的相移。第25頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四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：0.2Hz~10kHz線性范圍和靈敏度隨各種不同型號可在很大范圍內(nèi)變化。測量非轉(zhuǎn)動部件的絕對振動的加速度。適應(yīng)高頻振動和瞬態(tài)振動的測量。傳感器質(zhì)量小，可測很高振級?，F(xiàn)場測量要注意電磁場、聲場和接地回路的干擾。第26頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四壓電加速度傳感器的典型結(jié)構(gòu)晶體片晶體片質(zhì)量塊預(yù)緊環(huán)出線口底座出線口三角剪切型中心壓縮型預(yù)壓簧片三角柱第27頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四渦流位移傳感器不接觸測量，特別適合測量轉(zhuǎn)軸和其他小型對象的相對位移。有零頻率響應(yīng)，可測靜態(tài)位移和軸承油膜厚度。靈敏度與被測對象的電導(dǎo)率和導(dǎo)磁率有關(guān)。相移很小。接收形式：相對式變換形式：電渦流典型頻率范圍：0~20kHz典型線性范圍：0~2mm典型靈敏度：8.0V/mm(對象為鋼)第28頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四渦流位移傳感器及前置器第29頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四渦流傳感器的工作原理輸出電壓u

正比于間隙d且于測量對象的材質(zhì)有關(guān)第30頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四軸承振動的測點(diǎn)布置第31頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四軸振動的測點(diǎn)布置第32頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四軸承振動與軸振動的比較第33頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四基頻是轉(zhuǎn)速頻率?；l分量的幅值和轉(zhuǎn)子的不平衡大小有關(guān)。基頻分量的相位和不平衡在轉(zhuǎn)子上的方位有直接對應(yīng)關(guān)系。旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動的

基頻分量的幅值和相位的測量

第34頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四鍵相與相位參考脈沖在轉(zhuǎn)子上布置鍵相標(biāo)記K，在軸承座上布置鍵相傳感器K（光電式或渦流式），其輸出為相位參考脈沖。參考脈沖是測量相位的基準(zhǔn)。參考脈沖也可用于測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。K’K1轉(zhuǎn)t參考脈沖第35頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四振動相位與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的關(guān)系從參考脈沖到第一個(gè)正峰值的轉(zhuǎn)角定義振動相位。振動相位與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度一一對應(yīng)。在平衡和故障診斷中有重要作用。振動信號參考脈沖第36頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四波形圖(Wave)時(shí)間域內(nèi)的振動波形頻譜圖(Spectrum)組成振動的各諧波成分軸心軌跡(Orbit)轉(zhuǎn)軸中心的振動軌跡，由水平和鉛垂兩方向波形合成旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動圖示(定轉(zhuǎn)速)第37頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四波形圖、頻譜圖及軸心軌跡第38頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四軸心軌跡的測定軸心軌跡(Orbit)是診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的有力工具。軸心軌跡可用基頻檢測儀和示波器得到，也可以用計(jì)算機(jī)完成。第39頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四軸心軌跡陣波德圖與極坐標(biāo)圖(Bode&PolarPlot)

升（降）速時(shí)，基頻幅值和相位的變化三維頻譜圖(Cascade)坎貝爾圖(Campber)各轉(zhuǎn)速下的頻譜圖的另一種表示軸心位置

判定軸頸靜態(tài)工作點(diǎn)和油膜厚度旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動圖示(變轉(zhuǎn)速)第40頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四軸心軌跡陣圖汽輪發(fā)電機(jī)組一個(gè)軸承在不同轉(zhuǎn)速下的軸心軌跡陣第41頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四波德圖和極坐標(biāo)圖波德圖(BodePlot)和極坐標(biāo)圖(PolarPlot)兩者所含信息相同，都表示基頻振動的幅值和相位隨機(jī)器轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。第42頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四三維頻譜圖是頻譜的集合。本圖的第三個(gè)坐標(biāo)是轉(zhuǎn)速。本圖表明在升、降速過程中振動頻譜的變化。第三坐標(biāo)也可是時(shí)間、工藝參數(shù)等。三維頻譜圖（譜陣圖）第43頁，共47頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)50分，星期四本圖的第三個(gè)坐標(biāo)是時(shí)間(日期)，反映頻譜的趨勢。三維頻譜圖（譜陣圖）