振動測試基礎教學課件

振動測試基礎振動測試基礎振動測試基礎振動測試

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基礎知識2021/3/202振動的時域波形名稱波形名稱波形2021/3/203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)學基礎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現(xiàn)，也可在計算機上用軟件來完成。頻率分析的結果得到各種頻譜圖，這是故障診斷的有力工具。2023/7/226時間域頻率域FFTIFFT2023/7/227各種振動的頻譜圖名稱波形頻譜名稱波形頻譜2023/7/228系統(tǒng)對激勵的響應自激振動(機械)系統(tǒng)

單自由度多自由度

強迫振動自由振動反饋機制持續(xù)激勵初始激勵恒定能源激勵響應2023/7/229單自由度振動系統(tǒng)

確定系統(tǒng)運動所需的獨立坐標數(shù)稱為系統(tǒng)的自由度2023/7/2210多自由度振動系統(tǒng)圖中數(shù)字為系統(tǒng)的自由度數(shù)532262023/7/2211單自由度系統(tǒng)的自由振動系統(tǒng)在沒有激勵下，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2023/7/2212系統(tǒng)有多個固有頻率。從小到大，稱為第1階、第2階等等。每個頻率有一對應的振型和阻尼值。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)2023/7/2213三自由度系統(tǒng)的模態(tài)舉例第二階模態(tài)第三階模態(tài)第一階模態(tài)振型是各自由度坐標的比例值。振型具有正交性。2023/7/2214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)點位置不變。多自由度系統(tǒng)的自由振動2023/7/2215振動的頻率等于外激勵的頻率。振型為各階振型的疊加。各階振型所占的比例，決定于外激勵的頻率和作用點位置。激勵頻率接近某階固有頻率時，該階振型增大而占主導地位，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的位置。作用在某階節(jié)點上的激勵力，不能激起該階振動。多自由度系統(tǒng)的強迫振動2023/7/2216磁帶記錄儀頻譜分析儀打印機存儲設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)汽輪機齒輪增速箱壓縮機渦流傳感器速度傳感器加速度傳感器鍵相傳感器旋轉(zhuǎn)機械振動測量框圖2023/7/2217磁電速度傳感器接收形式：慣性式變換形式：磁電效應典型頻率范圍：10Hz~1000Hz典型線性范圍：0~2mm/s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。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。2023/7/2218典型的磁電速度傳感器及其特性2023/7/2219壓電加速度傳感器接收形式：慣性式變換形式：壓電效應典型頻率范圍：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。2023/7/2220壓電加速度傳感器的典型結構晶體片晶體片質(zhì)量塊預緊環(huán)出線口底座出線口三角剪切型中心壓縮型預壓簧片三角柱2023/7/2221壓電加速度傳感器的典型特性預緊環(huán)底座質(zhì)量塊出線口晶體片2023/7/2222渦流位移傳感器非接觸測量，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，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率和導磁率有關。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)2023/7/2223渦流位移傳感器及前置器2023/7/2224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2023/7/2225渦流位移傳感器的典型特性傳感器與轉(zhuǎn)軸之間的間隙前置器輸出電壓（直流伏）2023/7/2226軸承振動的測點布置2023/7/2227軸振動的測點布置2023/7/2228軸承振動與軸振動的比較2023/7/2229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?；l分量的相位和不平衡在轉(zhuǎn)子上的方位有直接對應關系。旋轉(zhuǎn)機械振動的

基頻分量的幅值和相位的測量

2023/7/2230鍵相與相位參考脈沖在轉(zhuǎn)子上布置鍵相標記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。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2023/7/2231振動相位與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的關系從參考脈沖到第一個正峰值的轉(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。在平衡和故障診斷中有重要作用。振動信號參考脈沖2023/7/2232波形圖(Wave)時間域內(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)機械的振動圖示(定轉(zhuǎn)速)2023/7/2233波形圖、頻譜圖及軸心軌跡2023/7/2234軸心軌跡的測定軸心軌跡(Orbit)是診斷旋轉(zhuǎn)機械故障的有力工具。軸心軌跡可用基頻檢測儀和示波器得到，也可以用計算機完成。2023/7/2235軸心軌跡陣波德圖與極坐標圖(Bode&PolarPlot)

升（降）速時，基頻幅值和相位的變化三維頻譜圖(Cascade,Waterfall)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)工作點和油膜厚度旋轉(zhuǎn)機械的振動圖示(變轉(zhuǎn)速)2023/7/2236軸心軌跡陣圖汽輪發(fā)電機組一個軸承在不同轉(zhuǎn)速下的軸心軌跡陣2023/7/2237波德圖和極坐標圖波德圖(BodePlot)和極坐標圖(PolarPlot)兩者所含信息相同，都表示基頻振動的幅值和相位隨機器轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。2023/7/2238三維頻譜圖是頻譜的集合。本圖的第三個坐標是轉(zhuǎn)速。本圖表明在升、降速過程中振動頻譜的變化。第三坐標也可是時間、工藝參數(shù)等。三維頻譜圖（譜陣圖）2023/7/2239本圖的第三個坐標是時間(日期)，反映頻譜的趨勢。三維頻譜圖（譜陣圖）2023/7/2240機器轉(zhuǎn)速振動頻率坎貝爾(Campber)圖注：圓圈直徑代表振動的大??；斜線代表諧波次數(shù)。2023/7/2241軸心位置的測定軸心位置可以用計算機及其外設來繪制。渦流傳感器的輸出信號動態(tài)部分靜態(tài)部分軸心軌跡軸心位置間隙變化平均間隙2023/7/2242軸心位置的變化汽輪發(fā)電機中壓缸軸承升速時軸心位置逐漸升高。到工作轉(zhuǎn)速時，偏心率為0.66；偏位角32o。屬正常。以后數(shù)月，軸承基礎下沉，導致軸心上浮，偏心率減少，偏位角接近90o。發(fā)生了油膜振蕩。監(jiān)測軸心位置有助于發(fā)現(xiàn)機器的故障。2023/7/2243結