中科大机械振动分析与维修课件02振动基础

2预知维修技术：第2部分

振动基础

2.1弹簧-质量系统（spring-masssystem）：质量，刚度，阻尼图2.1质量-弹簧系统机器或结构的阻止即抵抗其振动的固有性质。质量。表示物体保持其原始的静止或运动状态的惯性。力促使静止或运动状态发生变化，质量阻止这种变化,Kg。刚度。使结构弯曲即挠曲一定的距离需要一定的力。产生一定挠度所要求的力的量值被称为刚度，N/m。阻尼。一旦力使一个零件或结构进入运动状态，零件或结构就会具有减慢运动（速度）的固有机制。这个降低运动速度的性质称为阻尼，N/(m/s)。缺陷与质量、刚度和阻尼机器中的由缺陷引起的振动。如果缺陷引起的振动比三个抑制性质的净和大很多，产生的振动值就会很高，就可能检测到缺陷。2.2转子系统的响应（rotorsystemresponse）

不平衡质量Mu产生的振动力三个系统性质产生的抑制力平衡时2.3什么是振动

（vibration）？振动是机器的运动，或者说它的零件从它的静止位置来回地运动。对质量块施加一个力并且引起移动，才有振动。图2.3振动的性质

2.4振动的性质（thenatureofvibration）

图2.4简谐波——质量-弹簧关于时间的运动轨迹

简谐振动速度加速度图2.5质量块简谐运动的波形2.4.1波的

基础知识

描述波形的术语：周期频率波长幅值相角2.5谐波（harmonics）图2.8方波的构成2.5.1傅里叶分析（Fourieranalysis）

图2.9方波的傅里叶变换

2.5.2总幅值机器的总振动级是在很宽频率范围的总振动幅值的度量，可以用加速度、速度或位移表示。图2.10速度的总幅值图

2.5.3振动的术语振动位移（峰峰值）（vibrationdisplacement(peaktopeak)）有时位移仅仅指“峰值”而言（ISO2372）。振动速度（峰值）（vibrationvelocity(peak)）质量块通过其中间位置时，速度取其最大值。振动速度（vibrationvelocity）（rms）

均方根值——能的含量，峰值——振动强度。峰值相同时，一般速度均方根值越高，损坏越多。波峰系数（crestfactor）波形的峰值与均方根值之比。有时也称为“峰值-均方根值比”。振动加速度（vibrationacceleration）（峰值）质量块在行程的极限位置有最大值，g。位移，速度，加速度（displacement,velocity,acceleration）—使用哪一个？一般，较大的振动幅值对应于较严重的机械缺陷。低于10Hz的振动产生很小的，中等的关于速度的振动和相对较大的关于位移的振动。使用位移。在高频段，加速度的值比速度或位移的值明显。对于超过1000Hz或1500Hz的频率，首选的振动测量单位是加速度。一般认为10Hz和1000Hz之间的速度提供好的振动激烈性指标。图2.11在恒定速度下，位移，速度和加速度之间的关系。EU,工程单位

大多数旋转机械（及其缺陷）运行在10-1000Hz频段，所以振动测量和分析常用速度。2.5.4使用振动理论的机械故障检测（usingvibrationtheorytoMachineryfaultdetection）图2.12机械故障检测

机器中引起很高振动级的常见缺陷旋转部件的失衡；

联轴器和轴承的不对中；轴弯曲；磨损即损坏的齿轮和轴承；不良的传动带和链条；扭振；电磁力；空气动力学的力；液压力；松动；摩擦；共振。振动分析的目的把系统的振动响应与发生在机器、机器零件、传动链以至机械结构中的缺陷联系起来。2.6振动的极限和标准

对于任何指定的机器，不可能有绝对的振动耐力或极限。更确切地说，要确定（fix）一个如果被超出就会立即产生机器故障的振动极限是不可能的。由于机械故障的发展太复杂，以至于不能确定这个极限。如果有某种可应用的准则，就能够有效地把振动作为机器状态的指标，熟悉机器振动的人已经用经验给我们提供了一些可靠的准则。图2.13ISO2372—机器振动烈度的ISO准则

Ⅰ类在正常条件下与整机连成一体的电动机和机器的零件（这类机器的典型例子是15kW以下的生产用电机）。Ⅱ类没有专用基础的中等尺寸的机器（典型地，输出功率15～75kW的电机）；刚性固定在专用基础上的发动机和机器（300kW以下）。Ⅲ类安装在刚性非常大的（在测振方向上）、重的基础上的、带有旋转质量的大型原动机和其他大型机器。Ⅳ类安装在刚性非常小的（在测振方向上）基础上、带有旋转质量的大型原动机和其他大型机器（例如透平发动机组，特别是轻型透平发动机组）。美国石油组织（AmericanPetroleuminstitute）(API)（API技术标准）API发布了许多关于石油工业使用的透平机械的技术标准。包括API-610，API-612，API-613，API-616和API-617。主要涉及机器的设计、安装、性能和支持系统。也有转子平衡质量、转子动力学和振动允限的技术标准。透平机器振动极限的API技术规范得到公认并明显带来好的结果。API标准规定，轴的最大允许振动位移峰-峰值不大于2.0密尔或(12000/N)1/2，其中N是机器的最高转速。

图2.14a振动极限——在炼油厂服役的API-610离心泵

图2.14b振动极限——在炼油厂服役的API-610离心泵

2.6.2IRDmechanalysis振动标准

通用机器烈度图（generalmachineryseventychart）用于外壳的振动，不表示轴的振动。用于刚性安装或用螺栓固定在较强刚性基础上的机器。安装在弹性防振器例如圆弹簧或橡胶垫上的机器的振动幅值一般比刚性安装的机器高很多。对于安装在防振器上的机器，一般的规定是允许两倍的振动。高频的振动不服从上述准则。图2.15通用机器烈度图

通用振动加速度烈度图（generalvibrationaccelerationseventychart）经滤波的加速度读数才能用于该图机床振动极限指南（guidetovibrationlimitsformachinetools）

主轴轴承套上的传感器在切削方向的振动位移的输出

机床类型公差范围（密尔）磨床螺丝磨床0.01-0.06成形磨床0.03-0.08汽缸磨床0.03-0.10