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1、,BPdM 北京普迪美科技有限公司Tel:+86-10-62049486 Fax:+86-10-62044543,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 loose parts,hammering in a piping system,rolling element
2、in a bearing hitting a spallPeriodic repetitive force such as unbalance or misalignmentRandom varies with time,for example,turbulence in piping,pump cavitation,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(Angular frequency)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
3、所需的时间，单位为秒。初相角(Initial phase)描述振动在起始瞬间的状态，记作。,振动位移(Displacement)d=A sint速度(Velocity)v=A sin(t+/2)加速度(Acceleration)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,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。,振动的时域参数,振
4、动测量单位,Displacement(distance)mils or micrometers,mVelocity(speed-rate of change of displacement)in/sec or mm/sec Acceleration(rate of change of velocity)Gs or in/sec2 or mm/sec2Frequency Hertz=Hz=Cycles per secondRPM=Revolutions per minuteCPM=Cycles per minuteCPM=RPM=Hz x 60,瞬时值(Instant value)振动的任一瞬时
5、的数值。峰值(Peak value)振动离平衡位置的最大偏离。平均绝对值(Aver.absolute value)均值(Mean value)又称平均值或直流分量。有效值(Root mean square value),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
6、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,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=Cycles per secondRPM=R
7、evolutions 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 RPM,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,一个简单振动试验提高频率,一个简单振动试验提高幅值,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=10 x 8=80 Hz,摩擦,不平衡,一个简单振动试验一个振源的频谱分析,一个简单振动试验两个振源的频谱分析,单自由度振
8、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,滤波问题,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
9、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,旋转机械振动测量框图,Vibration frequency indicates the potential source of the problem also“how often”a problem repeats itselfVibration amplitude indicates the severit
10、y of the problem.Phase indicates how a machine is moving,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,The relationship of the movement of part of a machine to a reference for example the position of
11、the shaft as it rotatesThe relationship of the movement between one or more points on a machine,同相位振动,反相位振动,振动相位,Once we know“how”a machine is moving,we know WHYAmplitude and frequency provide 80%accuracy when performing a diagnosis or analysis adding phase increases accuracy to better than 95%,相位的作
12、用,测量单位及检测类型,各种振动传感器,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：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：0.2Hz10kHz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
13、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(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。,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。,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32。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90。发生了油膜振荡。监测轴心位置有助于发现机器的故障。,
