振动的基本知识

关于振动的基本知识什么是振动？第2页,共57页，2024年2月25日，星期天没有力的作用=没有运动三种基本型式的力Impact–looseparts,hammeringinapipingsystem,rollingelementinabearinghittingaspallPeriodic–repetitiveforcesuchasunbalanceormisalignmentRandom–varieswithtime,forexample,turbulenceinpiping,pumpcavitation振动源于力的作用第3页,共57页，2024年2月25日，星期天简谐振动三要素振幅(Amplitude)偏离平衡位置的最大值，记作A。描述振动的规模。圆频率(Angularfrequency)描述振动的快慢，记作,单位为弧度/秒。

频率f=

/2

为每秒钟的振动次数，单位为次/秒(Hz)。

周期

T=1/f=2

/

为每振动一次所需的时间，单位为秒。初相角

(Initialphase)描述振动在起始瞬间的状态，记作

。第4页,共57页，2024年2月25日，星期天dva

dva振动位移

(Displacement)

d=Asint速度

(Velocity)

v=Asin(t+/2)加速度

(Acceleration)

a=A

²sin(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90º;速度领先位移90º。振动位移、速度、加速度之间的关系

第5页,共57页，2024年2月25日，星期天简谐振动为例x=Asin(

t+

/2)峰值

xp=A;峰峰值

xp-p=2A平均绝对值

xav=0.637A有效值

xrms=0.707A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第6页,共57页，2024年2月25日，星期天振动测量单位Displacement(distance)milsormicrometers,

mVelocity(speed-rateofchangeofdisplacement)in/secormm/secAcceleration(rateofchangeofvelocity)－G’sorin/sec2ormm/sec2FrequencyHertz=Hz=Cyclespersecond

RPM=Revolutionsperminute

CPM=Cyclesperminute

CPM=RPM=Hzx60

第7页,共57页，2024年2月25日，星期天瞬时值(Instantvalue)振动的任一瞬时的数值。峰值

(Peakvalue)振动离平衡位置的最大偏离。平均绝对值(Aver.absolutevalue)均值(Meanvalue)又称平均值或直流分量。有效值

(Rootmeansquarevalue)

xpx=x(t)振动的时域参数计算第8页,共57页，2024年2月25日，星期天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。各种振源第9页,共57页，2024年2月25日，星期天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。多频率成分的产生第10页,共57页，2024年2月25日，星期天机械振动的类型第11页,共57页，2024年2月25日，星期天各振源间的组合第12页,共57页，2024年2月25日，星期天把振动信号中所包含的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和快速傅里叶算法（FFT）。频率分析可用频率分析仪来实现，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，这是故障诊断的有力工具。振动信号的频率分析第13页,共57页，2024年2月25日，星期天频率成分的提取第14页,共57页，2024年2月25日，星期天名称波形频谱名称波形频谱各种振动波形的频谱第15页,共57页，2024年2月25日，星期天一个简单振动试验－－风机转子Onesecondoftime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，而引起振动第16页,共57页，2024年2月25日，星期天一个简单振动试验－－频率计算Hertz=Hz=Cyclespersecond

RPM=Revolutionsperminute

CPM=Cyclesperminute

CPM=RPM=Hzx60

风机转速=5Hzor300RPM周期=1/频率风机转速=5Hzor300RPM第17页,共57页，2024年2月25日，星期天风机转速提高一倍波形图中的波形靠得很近风机转速=10Hzor600RPM

一个简单振动试验－－提高频率第18页,共57页，2024年2月25日，星期天一个简单振动试验－－提高幅值位移:milsormicron速度:in/secormm/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.

第19页,共57页，2024年2月25日，星期天一个简单振动试验－－增加另一个振源新的振动成分=10x8=80Hz摩擦不平衡第20页,共57页，2024年2月25日，星期天一个简单振动试验－－一个振源的频谱分析FFT5Hz5Hz=300RPM10Hz=600RPMFFT10Hz第21页,共57页，2024年2月25日，星期天一个简单振动试验－－两个振源的频谱分析RubImbalanceFFT10Hz80Hz600CPM第22页,共57页，2024年2月25日，星期天单自由度振动问题注：确定系统运动所需的独立坐标数称为系统的自由度第23页,共57页，2024年2月25日，星期天简谐振动第24页,共57页，2024年2月25日，星期天有阻尼的强迫振动第25页,共57页，2024年2月25日，星期天非简谐振动第26页,共57页，2024年2月25日，星期天振动的频率等于激励的频率。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和相频特性来表示。单自由度系统的强迫振动第27页,共57页，2024年2月25日，星期天振动参数的计算第28页,共57页，2024年2月25日，星期天各振动参数间的关系第29页,共57页，2024年2月25日，星期天干扰力引起的振动波形第30页,共57页，2024年2月25日，星期天振动信号处理（1）第31页,共57页，2024年2月25日，星期天振动信号处理（2）第32页,共57页，2024年2月25日，星期天典型振动信号的FFT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第33页,共57页，2024年2月25日，星期天滤波问题高通滤波低通滤波带通滤波带阻滤波第34页,共57页，2024年2月25日，星期天FFT中的泄漏问题及其窗函数时域波形的截取与复制第35页,共57页，2024年2月25日，星期天FFT中的泄漏问题及其窗函数时域波形的复制误差第36页,共57页，2024年2月25日，星期天FFT中的泄漏问题及其窗函数频域波形的泄漏问题第37页,共57页，2024年2月25日，星期天FFT中的泄漏问题及其窗函数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：第38页,共57页，2024年2月25日，星期天混叠问题及采样频率减少混叠问题的方法：提高采样频率

对时域波形进行滤波

第39页,共57页，2024年2月25日，星期天频域和时域的平均技术

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第40页,共57页，2024年2月25日，星期天磁带记录仪频谱分析仪打印机存储设备绘图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第41页,共57页，2024年2月25日，星期天Vibrationfrequencyindicatesthepotentialsourceoftheproblem–also“howoften”aproblemrepeatsitselfVibrationamplitudeindicatestheseverityoftheproblem.Phaseindicateshowamachineismoving与振动相关联的量－相位第42页,共57页，2024年2月25日，星期天在转子上布置键相标记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第43页,共57页，2024年2月25日，星期天Therelationshipofthemovementofpartofamachinetoareference–forexamplethepositionoftheshaftasitrotatesTherelationshipofthemovementbetweenoneormorepointsonamachine同相位振动反相位振动振动相位第44页,共57页，2024年2月25日，星期天Onceweknow“how”amachineismoving,weknowWHYAmplitudeandfrequencyprovide80%accuracywhenperformingadiagnosisoranalysis–addingphaseincreasesaccuracytobetterthan95%相位的作用第45页,共57页，2024年2月25日，星期天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1：600RPM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第46页,共57页，2024年2月25日，星期天各种振动传感器第47页,共57页，2024年2月25日，星期天

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第48页,共57页，2024年2月25日，星期天接收形式：惯性式变换形式：磁电效应典型频率范围：10Hz~1000Hz典型线性范围：0~2mm典型灵敏度：20mV/mm/s测量非转动部件的绝对振动的速度。不适于测量瞬态振动和很快的变速过程。低输出阻抗，抗干扰力强。传感器质量较大，对小型对象有影响。在传感器固有频率附近有较大的相移。磁电速度传感器第49页,共57页，2024年2月25日，星期天接收形式：惯性式变换形式：压电效应典型频率范围：0.2Hz~10kHz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的加速度。适应高频振动和瞬态振动的测量。