振动信号数据采集及分析

实验四、振动信号数据采集及分析一、实验目的通过本实验了解并掌握机械振动信号数据采集的基本方法。二、实验原理机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。机械振动在大多数情况下是有害的，振动往往会降低机器性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至导致事故。机械振动还伴随着同频率的噪声，恶化环境，危害健康。另一方面，振动也被利用来完成有益的工作，如运输、夯实、清洗、粉碎、脱水等。这时必须正确选择振动参数，充分发挥振动机械的性能。在现代企业管理制度中，除了对各种机械设备提出低振动和低噪声要求外，还需随时对机器的运行状况进行监测、分析、诊断，对工作环境进行控制。为了提高机械结构的抗振性能，有必要进行机械结构的振动分析和振动设计。这些都离不开振动测试。1、振动的分类（1）从产生振动的原因来分：自由振动：系统仅受到初始条件(初始位移、初始速度)的激励而引起的振动称为自由振动。强迫振动：系统在持续的外作用力激励下的振动称为强迫振动。自由振动问题虽然比强迫振动问题单纯但自由振动反映了系统内部结构的所有信息，是研究强迫振动的基础。（2）从振动的规律来分：分为简谐振动、复合周期振动、瞬态振动和随机振动（3）从自由度个数来分：分为单自由度振动和多自由度振动2、振动测试包括两种方式：一是测量机械或结构在工作状态下的振动，如振动位移、速度、加速度、频率和相位等，了解被测对象的振动状态，评定等级和寻找振源，对设备进行监测、分析、诊断和预测。二是对机械设备或结构施加某种激励，测量其受迫振动，以便求得被测对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼、刚度、频率响应和模态等。3、振动的基本参数振动：在一定条件下，振动体在其平衡位置附近随时间作来回往复变化的运动。例：单自由度无阻尼自由振动系统-简谐运动简谐振动是最基本的周期运动，各种不同的周期运动都可以用无穷个不同频率的简谐运动的组合来表示。其运动规律可用简谐函数表示为：振动信号三要素：（1）幅值amplitude振动体离开其平衡位置的最大位移。幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。（2）频率frequency周期的倒数。频谱分析→频率成分及其幅值大小→线性系统频率保持特性寻找振源。不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源，采取相应的措施。（3）相位phase确定共振频率、振型、动平衡、有源振动控制等。振动信号的相位信息十分重要，如利用相位关系确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪等。对于复杂振动的波形分析，各谐波的相位关系是不可缺少的。在振动测量时，应合理选择测量参数，如振动位移是研究强度和变形的重要依据；振动加速度与作用力或载荷成正比，是研究动力强度和疲劳的重要依据；振动速度决定了噪声的高低，人对机械振动的敏感程度在很大频率范围内是由速度决定的。速度又与能量和功率有关，并决定动量的大小。三、实验仪器和设备1、计算机n台2、虚拟仪器软件1套6、振动数据一组四、实验步骤及内容信号的时域分析1、特征值分析（1）均方根值离散信号的均方值(meansquare)：∑信号的均方根值(rootofmeansquare)，即为有效值：√特征值分析的应用旋转机械振动标准：ISO2372、ISO2373，通过计算均方根值可作为判断故障的依据（2）信号的相关分析相关——变量之间的线性关系，两个变量之间可用函数关系来描述。a、自相关分析自相关函数定义：=∫()()自相关的性质：b、互相关分析互相关函数：=()∫()()互相关性质之一：()的峰值不在处，其峰值偏离原点的位置反映了两信号时移的大小，相关程度最高如下图所示。信号的频域分析（1）调用频谱分析vi对信号的频谱进行分析；（2）调用互功率普函数vi对信号进行分析。3、利用虚拟仪器软件制作对振动数据进行分析的vi；4、观察和分析振动信号的波形，如下图所示：五、实验分析整理和分析实验中得到的振动信号的数据，并分析其结果：（1）哪组数据的均方根值最大？是否均方根大就意味着轴有故？（2）用所设计的vi分析哪几组振动数据是预示着轴有故障？为什么？