6第六章、振动测试方法.ppt

振动测试方法 振动的基本概念 振动现象无所不在 是工程技术和我们日常生活中的一种常见物理现象 涉及振动的工程应用分为消除振动和应用振动进行工作两种 多数情况下 振动是有害的 振动影响机器设备的工作性能和寿命 产生损害机械设备结构和建筑物的动载荷 并能直接地或通过产生噪声间接地危害人类的健康 因此 除某些利用振动原理工作的机器设备 如 夯实机 捣固机 清洗机等 外 一切都必须力求将振动量级控制在允许的范围之内 即使对那些利用振动原理工作的机器设备 也必须采取适当的措施 将其振动的影响尽量控制在有限的空间范围内 以免危害人类和其它结构 从力学的角度来看 振动可以定义为 物体围绕某一固定位置来回摆动并随时间变化的一种运动 例如 当我们乘坐在运行中的汽车或火车上 就会感觉到振动 工厂中的机器 家中的家用电器 如洗衣机 脱排油烟机等 工作时也会产生振动 并使我们听到嗡嗡的声音 引起机械振动的原因有很多 概括起来主要有 任何振动工程问题都可以用图5 2来概括说明 这里的输入是指作用在系统上的激励或干扰 输出也称为响应 对于机械振动而言 激励大多为力 而常用的响应物理量一般分为位移 速度和加速度 特征 振幅 周期 频率 相位 1 振幅 A 距离平衡位置的最大响应值称为振幅A 根据测量形式的不同 分为位移幅值 速度幅值和加速度幅值 在实际测量时 平衡位置的坐标往往不易确定 因此也使用响应正负最大峰值差的量值作为振幅 称为峰 峰值 P P 当振幅为位移时 单位常用微米 m 或密耳 mil 表示 对于速度则用毫米 秒 mm s 或英寸 秒 ips 表示 对于加速度一般用g表示 2 周期 T 周期振动中一个循环所需的时间称为周期T 3 频率 f 单位时间内振动循环的次数称为频率f 频率与周期是倒数关系 即频率的单位是次 秒 也称为赫兹 协作Hz 有时也使用cpm 4 相位 相位表示在给定时刻振动部件被测点相对于某一固定参考点或其它振动部件的位置 在实际应用中 相位主要用于比较不同振动运动之间的关系 或确定一个部件相对于另一个部件的振动状况 振动测试的力学原理 如图5 7和图5 10所示的单自由度振动系统 是从复杂振动系统中抽象出来的一种简单力学模型 该系统的全部质量m kg 集中在一点 并由一个刚度为k N m 的弹簧和一个粘性阻尼系统为c N ms 1 的阻尼器支撑 讨论中假设系统呈线性 系数m k和c不随时间变化 机械系统在外力作用下的运动称为该系统对此作用力的响应 此作用力称为激励力 传感器 传感器是能够感受物体运动并将物体运动转换为模拟电信号的一种灵敏的换能元件 传感器的种类很多 而且有不同的分类方法 按坐标系的不同可分为绝对式与相对式传感器 按工作方式的不同可分为接触式和非接触式传感器 按工作原理的不同可分为惯性式和参数式传感器 按测量参数的不同又可分为位移 速度和加速度传感器 这里我们仅简单讨论机械振动测量中常用的惯性式 磁电式 速度传感器 压电式加速度传感器和电涡流位移传感器 速度传感器 以振动体的振动速度为测量目标的传感器称为速度传感器 速度传感器为接触式传感器 适用于测量壳体和轴的绝对振动等 常用的速度传感器为 具有弹簧 质量系统的 磁电式传感器 它测量的信号是被测振动物体相对于大地或惯性空间的绝对振动 因此称之为惯性式速度传感器或地震式传感器 5 19电涡流作用原理图 5 20电涡流传感器结构图 5 21电涡流传感器系统 5 22稳频调幅检波式线路原理图 振动参数的测量 1 测量系统的组成 机械设备振动测量系统的框图如图5 25所示 这样的测量系统一般由两大部分组成 一部分为传感器测量系统 它包括各种振动传感器 温度 压力传感器及其有关测量部分 其作用是拾取表征机器状态的各种信号或参数 并使之变成标准的电压或电流信号 另一部分即为测量数据显示 处理及分析系统 其作用是将获得的信号显示出来 同时还可利用计算机进行进一步的处理 分析 传感器的选择 振动幅值测量 振动幅值是一般振动测量中最感兴趣的测试内容 它一般包括图5 26所示的四种情况 图5 27是利用电涡流传感器测量转子径向相对振动的示意图 通常以圆轴的转动表面在某一半径方向的振动作为轴心在该方向的振动 其中 a 表示用电涡流传感器测得的转轴振动信号 电压 该信号由交流分量和直流分量两部分组成 交流分量表示传感器探头与转轴表面的动态电压信号 直流分量则代表了平均间隙电压 由此可确定轴心在轴承中的平均位置 当转轴存在偏心 即被测轴段与轴颈不同心时 也可以利用电涡流传感器在转轴低速旋转时测得其偏心的大小 转子径向相对振动的测量 利用电涡流传感器测量轴心轨迹对分析转轴的工作状态是十分有用的 是振动测量中的一个十分重要的内容 轴心轨迹是指机组在一定转速下轴心相对于轴承座在轴线垂直平面内的运动轨迹 图5 28为轴心轨迹测试图 一般多采用传感器与水平成45 角的安装方式 轴心轨迹测量 相位测量 相位包括相对相位和绝对相位 相对相位是以角度来表示从一个信号波形的某一点到另一个信号最近的对应点之间的关系 如图5 30 a 所示 绝对相位则是指从键相器信号触发到振动信号第一个正峰值之间的角度 如图5 30 b 所示 图5 31为测量绝对相位角的示意图 可见参考信号是由轴上的凹槽经过传感器探头时形成的脉冲 该脉冲频率与转轴频率同步 在这里传感器可以是电涡流称奇 也可以是光电探头或磁电探头等 转速测量 转速是指旋转体每分钟的转数 r min 通常转速测量的原始信号是键相位脉冲信号 如图5 32所示 在旋转轴上预制一