振动的基本知识..

BPdM北京普迪美科技有限公司Tel:[phone]Fax:[phone]振动分析基础•简谐振动三要素•振动的时域描述•振动的频域描述•系统对激励的响应•单自由度系统•多自由度系统•自由振动，模态•强迫振动，共振•幅频响应和相频响应•振动测量框图•传感器及其选用•旋转机械振动测量的•几个特殊问题•相位和基频的测量•波德图和极坐标图•三维频谱图•轴心轨迹和轴心位置图•摆振信号来源及其补偿本章内容什么是振动？•没有力的作用=没有运动•三种基本型式的力–Impact–looseparts,hammeringinapipingsystem,rollingelementinabearinghittingaspall–Periodic–repetitiveforcesuchasunbalanceormisalignment–Random–varieswithtime,forexample,turbulenceinpiping,pumpcavitation振动源于力的作用简谐振动三要素•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。dvadva•振动位移(Displacement)d=Asint•速度(Velocity)v=Asin(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振动测量单位•Displacement(distance)–milsormicrometers,m•Velocity(speed-rateofchangeofdisplacement)–in/secormm/sec•Acceleration(rateofchangeofvelocity)－G’sorin/sec2ormm/sec2•FrequencyHertz=Hz=CyclespersecondRPM=RevolutionsperminuteCPM=CyclesperminuteCPM=RPM=Hzx60•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)TtxTx0avd1TtxTx0d1TtxTx02rmsd1xpx=x(t)振动的时域参数计算•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•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。多频率成分的产生机械振动的类型各振源间的组合•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频率成分的提取名称波形频谱名称波形频谱各种振动波形的频谱一个简单振动试验－－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，而引起振动一个简单振动试验－－频率计算Hertz=Hz=CyclespersecondRPM=RevolutionsperminuteCPM=CyclesperminuteCPM=RPM=Hzx60风机转速=5Hzor300RPM周期=1/频率风机转速=5Hzor300RPM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.一个简单振动试验－－增加另一个振源新的振动成分=10x8=80Hz摩擦不平衡一个简单振动试验－－一个振源的频谱分析FFT5Hz5Hz=300RPM10Hz=600RPMFFT10Hz一个简单振动试验－－两个振源的频谱分析RubImbalanceFFT10Hz80Hz600CPM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简谐振动有阻尼的强迫振动非简谐振动•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振动参数的计算各振动参数间的关系干扰力引起的振动波形振动信号处理（1）振动信号处理（2）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滤波问题高通滤波低通滤波带通滤波带阻滤波FFT中的泄漏问题及其窗函数时域波形的截取与复制FFT中的泄漏问题及其窗函数时域波形的复制误差FFT中的泄漏问题及其窗函数频域波形的泄漏问题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：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•Vibrationfrequencyindicatesthepotentialsourceoftheproblem–also“howoften”aproblemrepeatsitself•Vibrationamplitudeindicatestheseverityoftheproblem.•Phaseindicateshowamachineismoving与振动相关联的量－相位•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•Therelationshipofthemovementofpartofamachinetoareference–forexamplethepositionoftheshaftasitrotates•Therelationshipofthemovementbetweenoneormorepointsonamachine同相位振动反相位振动振动相位•Onceweknow“how”amachineismoving,weknowWHY•Amplitudeandfrequencyprovide80%accuracywhenperformingadiagnosisoranalysis–addingphaseincreasesaccuracytobetterthan95%相位的作用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各种振动传感器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。•传感器质量小，可测很高振级。•现场测量要注意电磁场、声场和接地回路的干扰。压电加速度传感器非接触式位移传感器加速度传感器的频响特性波德图和极坐标图•波德图(BodePlot)和极坐标图(PolarPlot)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。三维频谱图•三维频谱图是频谱的集合。•第三个坐标可以是转速、时间(日期)、其他工艺参数等。•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。轴心轨迹Orbit的测定•轴心轨迹(Orbit)是诊断旋转机械故障的有力工具。•轴心轨迹可用基频检测仪和示波器得到，也可以用计算机完成。•轴心位置可以用计算机及其外设来绘制。涡流传感器的输出信号动态部分静态部分轴心轨迹轴心位置间隙变化平均间隙轴心位置的测定轴心位置的变化汽轮发电机中压缸轴承•升速时轴心位置逐渐升高。•到工作转速时，偏心率为0.66；偏位角32º。属正常。•以后数月，轴承基础下沉，导致轴心上浮，偏心率减少，偏位角接近90º。•发生了油膜振荡。•监测轴心位置有助于发现机器的故障。