振動和振動測試的基本知識講義.ppt

1、振動和振動測試的基 本 知 識,本 章 內(nèi) 容, 簡諧振動三要素 振動的時域參數(shù) 頻譜分析 振動測量的框圖 傳感器的選用 渦流位移傳感器 磁電速度傳感器 壓電加速度傳感器, 旋轉(zhuǎn)機械振動測量的 幾個特殊問題 相位的測量 基頻檢測 波德圖和極坐標圖 三維頻譜圖 軸心軌跡圖 軸心位置圖 振擺信號來源及其補償,振幅 (Amplitude) 偏離平衡位置的最大值，記作A。描述振動的規(guī)模。 圓頻率 (Angular frequency) 描述振動的快慢，記作 ,單位為弧度/秒。 頻率 f = /2 為每秒鐘的振動次數(shù)，單位為次/秒(Hz)。 周期 T = 1/f = 2/ 為每振動一次所需的時間，單位為

2、秒。 初相角 (Initial phase) 描述振動在起始瞬間的狀態(tài)，記作。,簡諧振動的三要素,振動位移、速度、加速度之間的關(guān)系,振動位移 (Displacement) 速度 (Velocity) 加速度 (Acceleration),位移、速度、加速度都是同頻率的簡諧波。 三者的幅值依次為A、A、A 2。 相位關(guān)系：加速度領(lǐng)先速度90; 速度領(lǐng)先位移90。,x,v,a,x,v,a,各種振動波形及其頻譜,名稱 波 形 頻 譜 名稱 波 形 頻 譜,振動的時域參數(shù),瞬時值 (Instant value) 振動的任一瞬時的數(shù)值。 峰值 (Peak value) 振動離平衡位置的最大偏離。 平均絕

3、對值 (Aver. absolute value) 均值 (Mean value) 又稱平均值或直流分量。 有效值 (Root mean square value),xp,x = x(t),振動的時域參數(shù),簡諧振動為例 x=Asin( t+/2) 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,xrms 有效值 xp 峰值 xav 平均絕對值 平均值,時域無量綱診斷征兆參數(shù),波形指標 (Shape factor) 波形與正弦波比較的偏移和歪斜。 峰值指標 (Peak factor) 波形是否有沖擊。 脈沖指標 (Crest f

4、actor) 波形高度的指標。 歪度指標 (Skewness) 以平均值為中心，波形的對稱性。 峭度指標 (Kurtosis) 波形的尖峭程度、有無沖擊。,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(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現(xiàn)，也可在計算機上用軟件來完成。 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。,A/D變換+計算機+外設(shè),振動測試的框圖,狀態(tài)監(jiān)測情況下，無需激勵環(huán)節(jié)。 分析和檢測可以用計算機及其外部設(shè)備來完成。,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

5、1000Hz 典型線性范圍：02mm 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。 低輸出阻抗，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。,典型的磁電速度傳感器及其特性,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：0.2Hz10kHz 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。 現(xiàn)場測量要注意電磁場、聲場和接地回路的干擾。,典型的壓電加速度傳感器及其特性,渦流位移

6、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，可測靜態(tài)位移和軸承油膜厚度。 相移很小。 靈敏度與被測對象的電導率和導磁率有關(guān)。,接收形式：相對式 變換形式：電渦流 典型頻率范圍：020kHz 典型線性范圍：02mm 典型靈敏度 ：8.0V/mm(對象為鋼),典型的渦流位移傳感器及其特性,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 光電傳感器,旋轉(zhuǎn)機械振動測量框圖,相位測量 相位和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角有直接對應關(guān)系。 基頻檢測，跟蹤轉(zhuǎn)速的濾波 基頻(轉(zhuǎn)速頻率)的幅值和相位直接和不平衡有關(guān)。 軸心軌跡測量 轉(zhuǎn)機故障診斷的一個有力工具。 軸心位置測量 判定軸

7、承工作點和油膜厚度。 振擺信號及其補償 渦流傳感器測量的特殊問題，需注意補償,旋轉(zhuǎn)機械振動測量的特殊問題,轉(zhuǎn)機振動相位的測定,在轉(zhuǎn)動機械測量中，在轉(zhuǎn)子上布置鍵相標記K，在軸承座上布置光電或渦流傳感器K，其輸出的參考脈沖為相位的基準。 以參考脈沖后到第一個正峰值的轉(zhuǎn)角定義振動相位，即a。 振動相位直接和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度有關(guān)。 相位在轉(zhuǎn)子的平衡和故障診斷中有重要的作用。,基頻濾波的作用,波德圖和極坐標圖的繪制,基頻檢測是跟蹤轉(zhuǎn)速的濾波，得到基頻的幅值和相位。 基頻檢測可用專用儀器實現(xiàn)，也可以用通用計算機完成。,波德圖和極坐標圖,波德圖(Bode Plot)和極坐標圖(Polar Plot)兩者所含信

8、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。,三維頻譜圖是頻譜的集合。 第三個坐標可以是轉(zhuǎn)速、時間(日期)、其他工藝參數(shù)等。 本圖第三坐標是轉(zhuǎn)速，機器升速過程中發(fā)生了油膜渦動和油膜振蕩。,三維頻譜圖 Cascade,軸心軌跡 Orbit 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。,軸心位置的測定,軸心位置可以用計算機及其外設(shè)來繪制。,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32。屬正常。 以后數(shù)月，軸承基礎(chǔ)下沉，導致軸心上浮，偏心率減少，偏位角接近90 。 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。,振擺信號及其來源,機械方面的原因： 不同心度 基頻型 永久性彎曲 基頻型 橢圓度 2X基頻型 不圓及其他缺陷 基頻及非基頻型,電磁方面的原因： 剩磁 基頻及非基頻型 軸材質(zhì)不均勻