振动的基本知识振动分析基础业界荟萃

1、tel:+86-10-62049486 fax:+86-10-62044543振动分析基础1行业知识 简谐振动三要素简谐振动三要素 振动的时域描述振动的时域描述 振动的频域描述振动的频域描述 系统对激励的响应系统对激励的响应 单自由度系统单自由度系统 多自由度系统多自由度系统 自由振动，模态自由振动，模态 强迫振动，共振强迫振动，共振 幅频响应和相频响幅频响应和相频响应应振动测量框图振动测量框图传感器及其选用传感器及其选用旋转机械振动测量的旋转机械振动测量的 几个特殊问题几个特殊问题 相位和基频的测量相位和基频的测量 波德图和极坐标图波德图和极坐标图 三维频谱图三维频谱图 轴心轨迹和轴心位置图

2、轴心轨迹和轴心位置图 摆振信号来源及其补偿摆振信号来源及其补偿本章内容2行业知识什么是振动？3行业知识 没有力的作用 = 没有运动 三种基本型式的力 impact loose parts, hammering in a piping system, rolling element in a bearing hitting a spall periodic repetitive force such as unbalance or misalignment random varies with time, for example, turbulence in piping, pump cavit

3、ation振动源于力的作用4行业知识简谐振动三要素振幅振幅 (amplitude) 偏离平衡位置的最大值，记作a。描述振动的规模。圆频率圆频率 (angular frequency) 描述振动的快慢，记作 ,单位为弧度/秒。 频率频率 f = /2 为每秒钟的振动次数，单位为次/秒(hz)。 周期周期 t = 1/f = 2/ 为每振动一次所需的时间，单位为秒。初相角初相角 (initial phase) 描述振动在起始瞬间的状态，记作。5行业知识dvadva振动位移 (displacement)d=a sint速度速度 (velocity)v=a sin(t+/2)加速度加速度 (accel

4、eration) a=a sin(t+)位移、速度、加速度都是同频率的简谐波。三者的幅值依次为a、a、a 2。相位关系：加速度领先速度90; 速度领先位移90。振动位移、速度、加速度之间的关系 6行业知识简谐振动为例 x=asin( t+/2) 峰值峰值 xp=a; 峰峰值峰峰值 xp-p=2a 平均绝对值平均绝对值 xav=0.637a 有效值有效值 xrms=0.707a 平均值平均值对非简谐振动，上述关系不成立。正峰值负峰值平均绝对值有效值平均值峰峰值振动的时域参数7行业知识振动测量单位 displacement (distance) mils or micrometers, m vel

5、ocity (speed - rate of change of displacement) in/sec or mm/sec acceleration (rate of change of velocity) gs or in/sec2 or mm/sec2 frequency hertz = hz = cycles per secondrpm = revolutions per minutecpm = cycles per minutecpm = rpm = hz x 608行业知识 瞬时值瞬时值 (instant value) 振动的任一瞬时的数值。 峰值峰值 (peak value)

6、振动离平衡位置的最大偏离。 平均绝对值平均绝对值 (aver. absolute value) 均值均值 (mean value) 又称平均值或直流分量。 有效值有效值 (root mean square value) ttxtx0avd 1ttxtx0d 1ttxtx02rmsd 1xpx = x(t)振动的时域参数计算9行业知识 即使是很简单的机器也会因为各种振源而产生振动。 各振源的振动不一定都是机器的转速频率，通常有些振源的振动是在转速频率之上或之下。 有些振动甚至与转速无关。各种振源10行业知识 每个振源都要产生自己独特的振动频率成分或振动形态。 对已知的设备，找到了它所产生的各振动

7、频率成分，也就知道了振源所在。 对一台机器所进行的振动分析1/3 是由其振动频率成分查找振源。 其余2/3 的振动分析是从已知机器的历史中找到问题所在。多频率成分的产生11行业知识机械振动的类型12行业知识各振源间的组合13行业知识 把振动信号中所包含的各种频率成分各种频率成分分别分解出来的方法。 频率分析的数学基础是傅里叶变换傅里叶变换和快速傅里叶算法（fft）。 频率分析可用频率分析仪频率分析仪来实现，也可在计算机上用软件来完成。 频率分析的结果得到各种频谱图频谱图，这是故障诊断的有力工具。振动信号的频率分析14行业知识频率成分的提取15行业知识名称 波 形 频 谱 名称 波 形 频 谱各

8、种振动波形的频谱16行业知识一个简单振动试验风机转子one second of time风机转子每秒钟转5转在转子上施加一个重量，使转子产生不平衡力，而引起振动17行业知识一个简单振动试验频率计算hertz = hz = cycles per secondrpm = revolutions per minutecpm = cycles per minutecpm = rpm = hz x 60风机转速 = 5 hz or 300 rpm周期 = 1/频率风机转速 = 5 hz or 300 rpm18行业知识风机转速提高一倍波形图中的波形靠得很近风机转速 = 10 hz or 600 rpm一

9、个简单振动试验提高频率19行业知识一个简单振动试验提高幅值位移: mils or micron速度: in/sec or mm/sec加速度: g由于加在风机叶片上的不平衡重量，当风机转速提高后，其振动幅值增加波形的高度是幅值.20行业知识一个简单振动试验增加另一个振源新的振动成分 = 10 x 8 = 80 hz摩擦不平衡21行业知识一个简单振动试验一个振源的频谱分析fft5 hz5 hz = 300 rpm10 hz = 600 rpmfft10 hz22行业知识一个简单振动试验两个振源的频谱分析rubimbalancefft10 hz80 hz600 cpm23行业知识单自由度振动问题注

10、：确定系统运动所需的独立坐标数称为系统的自由度注：确定系统运动所需的独立坐标数称为系统的自由度24行业知识简谐振动25行业知识有阻尼的强迫振动26行业知识非简谐振动27行业知识 振动的频率等于激励激励的频率。 振幅大小与激励力的大小成正比。 激励频率接近固有频率时，振幅增大称为共振共振。共振峰大小决定于阻尼大小。 振幅和位相随激励频率而变化，变化规律用系统的幅频特性幅频特性和相频特性相频特性来表示。单自由度系统的强迫振动28行业知识振动参数的计算29行业知识各振动参数间的关系30行业知识干扰力引起的振动波形31行业知识振动信号处理（1）32行业知识振动信号处理（2）33行业知识典型振动信号的f

11、ft 简谐波形及其频谱 脉冲波形及其频谱 方波形及其频谱 简谐拍波及其频谱34行业知识滤波问题高通滤波低通滤波带通滤波带阻滤波35行业知识时 域 波 形 的 截 取 与 复 制36行业知识时 域 波 形 的 复 制 误 差37行业知识频 域 波 形 的 泄 漏 问 题38行业知识加窗处理矩形窗汉宁窗(hanning)海明窗(hamming)凯莎窗(kesha)三角窗 窗函数：39行业知识减少混叠问题的方法： 提高采样频率 对时域波形进行滤波 40行业知识 平均10次后的频谱未进行平均处理的频谱未进行平均处理的波形与频谱已进行平均处理的波形与频谱41行业知识磁带记录仪频谱分析仪打印机存储设备绘图

12、仪测量电路基频检测仪记录仪数据采集和分析系统汽轮机齿轮增速箱压缩机涡流传感器速度传感器加速度传感器键相传感器旋转机械振动测量框图42行业知识 vibration frequency indicates the potential source of the problem also “how often” a problem repeats itself vibration amplitude indicates the severity of the problem. phase indicates how a machine is moving与振动相关联的量相位43行业知识 在转子上布置

13、键相标记k，在轴承座上布置键相传感器k （光电或涡流式），其输出的参考脉冲为相位的基准。 以参考脉冲后到第一个正峰值的转角定义振动相位，即a。 振动相位直接和转子的转动角度有关，在平衡和故障诊断中有重要作用。 参考脉冲也用于测量转子的转速。旋转机械振动相位的测量44行业知识 the relationship of the movement of part of a machine to a reference for example the position of the shaft as it rotates the relationship of the movement between

14、one or more points on a machine同相位振动反相位振动振动相位45行业知识 once we know “how” a machine is moving, we know why amplitude and frequency provide 80% accuracy when performing a diagnosis or analysis adding phase increases accuracy to better than 95%相位的作用46行业知识振动位移振动加速度振动速度力的指示疲劳的指示应力的指示对数幅值对数频率当量烈度等值线实例1：600r

15、pm 风机振动位移振动速度振动加速度实例2：15k赫兹 齿轮啮合测量单位及检测类型47行业知识各种振动传感器各种振动传感器48行业知识 结构与原理 特性曲线 标定及其标 定系数非接触式位移传感器磁电式振动速度传感器压电式振动加速度计传感器结构及原理49行业知识接收形式：惯性式变换形式：磁电效应典型频率范围：10hz1000hz典型线性范围：02mm典型灵敏度 ：20mv/mm/s 测量非转动部件的绝绝对振动对振动的速度。 不适于测量瞬态振动瞬态振动和很快的变速过程很快的变速过程。 低输出阻抗，抗干扰抗干扰力强。力强。 传感器质量较大质量较大，对小型对象有影响。 在传感器固有频率附近有较大的相移

16、较大的相移。磁电速度传感器50行业知识接收形式：惯性式变换形式：压电效应典型频率范围：0.2hz10khz线性范围和灵敏度随各种不同型号可在很大范围内变化。 测量非转动部件的绝对振动绝对振动的加速度。 适应高频振动高频振动和瞬态振动瞬态振动的测量。 传感器质量小，可测很高振级高振级。 现场测量要注意电磁场、声场和接地回路的干扰干扰。压电加速度传感器51行业知识非接触式位移传感器52行业知识加速度传感器的频响特性53行业知识波德图和极坐标图波德图(bode plot)和极坐标图(polar plot)两者所含信息相同，都表示基频振动的幅值和相位随机器转速的变化规律。54行业知识三维频谱图 三维频谱图是频频谱的集合谱的集合。第三个坐标可以是转速转速、时间时间(日期)、其他工艺参其他工艺参数数等。本图第三坐标是转速，机器升速过程中发生了油膜涡动和油膜振荡。55行业知识轴心轨迹 orbit 的测定轴心轨迹(orbit)是诊断旋