《振動(dòng)知識(shí)a》課件

振動(dòng)和振動(dòng)測(cè)試

的

基礎(chǔ)知識(shí)1振動(dòng)和振動(dòng)測(cè)試

的

基礎(chǔ)知識(shí)1內(nèi)容提要簡(jiǎn)諧振動(dòng)三要素振幅、頻率和初相位振動(dòng)位移、速度和加速度振動(dòng)波形頻率分析和頻譜圖振動(dòng)系統(tǒng)的模態(tài)特性固有頻率、阻尼比自由振動(dòng)與強(qiáng)迫振動(dòng)共振旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)的測(cè)量傳感器原理及其選用基頻分量的幅值和相位振動(dòng)相位的測(cè)量旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)圖示定轉(zhuǎn)速：波形圖、頻譜圖變轉(zhuǎn)速：波德圖和極坐標(biāo)圖三維頻譜圖

2內(nèi)容提要簡(jiǎn)諧振動(dòng)三要素旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)的測(cè)量2簡(jiǎn)諧振動(dòng)的三要素

振幅A

(Amplitude)

偏離平衡位置的最大值。描述振動(dòng)的規(guī)模。頻率

f(Frequency)

描述振動(dòng)的快慢。單位為次/秒(Hz)

或次/分(c/min)

。周期

T=1/f

為每振動(dòng)一次所需的時(shí)間，單位為秒。

圓頻率

=2

f

為每秒鐘轉(zhuǎn)過(guò)的角度，單位為弧度/秒初相角

(Initialphase)

描述振動(dòng)在起始瞬間的狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)矢量波形曲線函數(shù)式3簡(jiǎn)諧振動(dòng)的三要素振幅A(Amplitude)旋轉(zhuǎn)矢位移、速度、加速度之間的關(guān)系

位移、速度、加速度都是同頻率的簡(jiǎn)諧波。三者的幅值相應(yīng)為A、A

、A

2。相位關(guān)系：加速度領(lǐng)先速度90o;速度領(lǐng)先位移90o。xva

4位移、速度、加速度之間的關(guān)系位移、速度、加速度都是同頻率的各種振動(dòng)的時(shí)域波形名稱(chēng)波形名稱(chēng)波形

5各種振動(dòng)的時(shí)域波形名稱(chēng)波形復(fù)雜振動(dòng)的幅值參數(shù)各幅值參數(shù)隨時(shí)間變化，彼此間無(wú)明確定關(guān)系正峰值負(fù)峰值峰峰值xrms6復(fù)雜振動(dòng)的幅值參數(shù)各幅值參數(shù)隨時(shí)間變化，彼此間無(wú)明確定關(guān)系正正峰值負(fù)峰值平均絕對(duì)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(duì)值

xav=0.637A有效值

xrms=0.707A平均值簡(jiǎn)諧振動(dòng)的幅值參數(shù)7正峰值負(fù)峰值平均絕對(duì)值有效值平均值峰峰值各幅值參常用的幅值參數(shù)及其單位位移

峰峰值，單位為微米（

m）

速度

有效值，又稱(chēng)烈度，單位為毫米/秒（mm/s）

加速度

峰值，單位為米/秒2（m/s2）8常用的幅值參數(shù)及其單位位移8振動(dòng)信號(hào)的頻率分析把振動(dòng)信號(hào)中所包含的各種頻率成分分別分解出來(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)，也可在通用計(jì)算機(jī)上用軟件來(lái)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。9振動(dòng)信號(hào)的頻率分析把振動(dòng)信號(hào)中所包含的各種頻率成分分別分解各種振動(dòng)的頻譜圖名稱(chēng)波形頻譜名稱(chēng)波形頻譜10各種振動(dòng)的頻譜圖名稱(chēng)波形頻譜時(shí)間域頻率域FFTIFFT11時(shí)間域頻率域FFTIFFT11簡(jiǎn)單的振動(dòng)系統(tǒng)

*以單自由度振動(dòng)系統(tǒng)為例12簡(jiǎn)單的振動(dòng)系統(tǒng)*以單自由度振動(dòng)系統(tǒng)為例12振動(dòng)系統(tǒng)的模態(tài)特性振動(dòng)系統(tǒng)的模態(tài)特性有兩個(gè)參數(shù)固有頻率fn

（或

n

），單位Hz決定于振動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量和剛度。阻尼比

，無(wú)量綱決定于振動(dòng)系統(tǒng)的阻尼。

*以單自由度振動(dòng)系統(tǒng)為例，多自由度系統(tǒng)有多個(gè)模態(tài)。13振動(dòng)系統(tǒng)的模態(tài)特性振動(dòng)系統(tǒng)的模態(tài)特性有兩個(gè)參數(shù)*振動(dòng)系統(tǒng)對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)振動(dòng)系統(tǒng)

強(qiáng)迫振動(dòng)自由振動(dòng)持續(xù)激勵(lì)初始激勵(lì)激勵(lì)響應(yīng)由初始激勵(lì)引起的響應(yīng)，稱(chēng)為自由振動(dòng)。由持續(xù)激勵(lì)引起的響應(yīng)，稱(chēng)為強(qiáng)迫振動(dòng)。從響應(yīng)中能看出系統(tǒng)的特性。14振動(dòng)系統(tǒng)對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)強(qiáng)迫振動(dòng)自由振動(dòng)持續(xù)激勵(lì)初始激勵(lì)激勵(lì)自由振動(dòng)的特點(diǎn)振動(dòng)的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率。振幅大小決定于初始激勵(lì)（初始位移和初始速度）。系統(tǒng)的阻尼比大，振幅衰減快；阻尼比小，振幅衰減慢。15自由振動(dòng)的特點(diǎn)振動(dòng)的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率。15不同阻尼比的自由振動(dòng)初始位移初始速度a—無(wú)阻尼b—小阻尼c—臨界阻尼d—大阻尼16不同阻尼比的自由振動(dòng)初始位移初始速度a—無(wú)阻尼16由自由振動(dòng)確定模態(tài)參數(shù)17由自由振動(dòng)確定模態(tài)參數(shù)17強(qiáng)迫振動(dòng)的特點(diǎn)振動(dòng)的頻率等于激勵(lì)的頻率。振幅與激勵(lì)的強(qiáng)弱成正比。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(shuō)，振動(dòng)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(lái)表示。18強(qiáng)迫振動(dòng)的特點(diǎn)振動(dòng)的頻率等于激勵(lì)的頻率。18幅頻曲線和相頻曲線幅頻曲線（共振曲線）相頻曲線

激勵(lì)頻率激勵(lì)頻率響應(yīng)幅值響應(yīng)位相19幅頻曲線和相頻曲線幅頻曲線相頻曲線激勵(lì)頻率激勵(lì)頻率響應(yīng)幅由強(qiáng)迫振動(dòng)確定模態(tài)參數(shù)20由強(qiáng)迫振動(dòng)確定模態(tài)參數(shù)20磁帶記錄儀頻譜分析儀打印機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備繪圖儀測(cè)量電路基頻檢測(cè)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(dòng)測(cè)量框圖21磁帶記錄儀頻譜分析儀打印機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備繪圖儀測(cè)量電路基頻檢測(cè)儀記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(cè)量非轉(zhuǎn)動(dòng)部件的絕對(duì)振動(dòng)的速度。不適于測(cè)量瞬態(tài)振動(dòng)和很快的變速過(guò)程。輸出阻抗低，抗干擾能力強(qiáng)。傳感器質(zhì)量較大，對(duì)小型對(duì)象有影響。22磁電速度傳感器接收形式：慣性式測(cè)量非轉(zhuǎn)動(dòng)部件的絕對(duì)振動(dòng)的速典型的磁電速度傳感器23典型的磁電速度傳感器23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(hào)可在很大范圍內(nèi)變化。測(cè)量非轉(zhuǎn)動(dòng)部件的絕對(duì)振動(dòng)的加速度。適應(yīng)高頻振動(dòng)和瞬態(tài)振動(dòng)的測(cè)量。傳感器質(zhì)量小，可測(cè)很高振級(jí)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量要注意電磁場(chǎng)、聲場(chǎng)和接地回路的干擾。24壓電加速度傳感器接收形式：慣性式測(cè)量非轉(zhuǎn)動(dòng)部件的絕對(duì)振動(dòng)的加典型的壓電加速度傳感器晶體片晶體片質(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25典型的壓電加速度傳感器晶體片晶體片質(zhì)量塊預(yù)緊環(huán)出線口底座出線壓電傳感器的安裝頻率預(yù)緊環(huán)底座質(zhì)量塊出線口晶體片26壓電傳感器的安裝頻率預(yù)緊環(huán)底座質(zhì)量塊出線口晶體片26渦流位移傳感器接收形式：相對(duì)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(duì)象為鋼)不接觸測(cè)量，特別適合測(cè)量轉(zhuǎn)軸和其他小型對(duì)象的相對(duì)位移。有零頻率響應(yīng)，可測(cè)靜態(tài)位移和軸承油膜厚度。靈敏度與被測(cè)對(duì)象的電導(dǎo)率和導(dǎo)磁率有關(guān)。27渦流位移傳感器接收形式：相對(duì)式不接觸測(cè)量，特別適合測(cè)量轉(zhuǎn)軸渦流位移傳感器

及其前置器28渦流位移傳感器

及其前置器28渦流傳感器的工作原理輸出電壓u

正比于間隙d且于測(cè)量對(duì)象的材質(zhì)有關(guān)29渦流傳感器的工作原理輸出電壓u正比于間隙d29渦流位移傳感器的特性傳感器與轉(zhuǎn)軸之間的間隙前置器輸出電壓（直流伏）30渦流位移傳感器的特性傳感器與轉(zhuǎn)軸之間的間隙前置器輸出電壓（直軸承振動(dòng)的測(cè)點(diǎn)布置31軸承振動(dòng)的測(cè)點(diǎn)布置31軸振動(dòng)的測(cè)點(diǎn)布置32軸振動(dòng)的測(cè)點(diǎn)布置32軸承振動(dòng)與軸振動(dòng)的比較33軸承振動(dòng)與軸振動(dòng)的比較33基頻是轉(zhuǎn)速頻率，記作1

R?；l分量的幅值與轉(zhuǎn)子的不平衡大小有關(guān)?；l分量的相位與不平衡在轉(zhuǎn)子上的方位有直接對(duì)應(yīng)關(guān)系?；l大小和相位由基頻分析儀或頻率分析方法求得。

基頻分量的幅值和相位

34基頻是轉(zhuǎn)速頻率，記作1R。

基頻分量的幅值和相位

34鍵相與相位參考脈沖在轉(zhuǎn)子上刻印鍵相標(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(cè)量相位的基準(zhǔn)。參考脈沖也可用于測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。K’K1轉(zhuǎn)t參考脈沖35鍵相與相位參考脈沖在轉(zhuǎn)子上刻印鍵相標(biāo)記K，在軸承座上布置振動(dòng)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(dòng)相位。振動(dòng)相位與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角度一一對(duì)應(yīng)。這在平衡和故障診斷中有重要作用。振動(dòng)信號(hào)參考脈沖36振動(dòng)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)角定波形圖(Wave)時(shí)間域內(nèi)的振動(dòng)波形頻譜圖(Spectrum)組成振動(dòng)的各諧波成分軸心軌跡(Orbit)轉(zhuǎn)軸中心的振動(dòng)軌跡，由水平和鉛垂兩方向波形合成旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)圖示(定轉(zhuǎn)速)37波形圖(Wave)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)圖示(定轉(zhuǎn)速)37波形圖、頻譜圖及軸心軌跡38波形圖、頻譜圖及軸心軌跡38軸心軌跡陣各轉(zhuǎn)速下的軸心軌跡的組合波德圖與極坐標(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)各轉(zhuǎn)速下的頻譜圖的集合軸心位置（ShaftCenterPosition）

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(dòng)圖示(變轉(zhuǎn)速)39軸心軌跡陣旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)圖示(變轉(zhuǎn)速)39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40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40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(dòng)的幅值和相位隨機(jī)器轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。41波德圖和極坐標(biāo)圖波德圖(BodePlot)和極坐標(biāo)圖(Po三維頻譜圖是頻譜的集合。它的第三個(gè)坐標(biāo)是轉(zhuǎn)速。它表明在升、降速過(guò)程中振動(dòng)頻譜的變化。三維頻譜圖（譜陣圖）42三維頻譜圖是頻譜的集合。三維頻譜圖（譜陣圖）42第三個(gè)坐標(biāo)也可以是時(shí)間(日期)、工藝參數(shù)等。三維頻譜圖（譜陣圖）43第三個(gè)坐標(biāo)也可以是時(shí)間(日期)、工藝參數(shù)等。三維頻譜圖（譜軸心位置的測(cè)定軸心位置圖可以用x-y記錄儀或計(jì)算機(jī)來(lái)繪制。渦流傳感器的輸出信號(hào)動(dòng)態(tài)部分靜態(tài)部分