振动和振动测试的基础知识学习教案.pptx

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1、会计学1振动振动(zhndng)和振动和振动(zhndng)测试的基测试的基础知识础知识第一页，共47页。n n振幅振幅 A(Amplitude)n n 偏离平衡位置的最大值。描偏离平衡位置的最大值。描述振动的规模。述振动的规模。n n频率频率 f (Frequency)n n 描述振动的快慢。单位为次描述振动的快慢。单位为次/秒秒(Hz)或次或次/分分(c/min)。n n 周期周期 T=1/f 为每振动一次为每振动一次所需的时间，单位为秒。所需的时间，单位为秒。n n 圆频率圆频率 =2 f 为每秒钟转为每秒钟转过的角度，单位为弧度过的角度，单位为弧度/秒秒n n初相角初相角 (Initi

2、al phase)n n 描述振动在起始描述振动在起始(q sh)瞬间瞬间的状态。的状态。简谐振动简谐振动(zhndng)的三要的三要素素 第1页/共47页第二页，共47页。振动位移、速度振动位移、速度(sd)、加速度、加速度(sd)之间的关系之间的关系 n n振动振动振动振动(zhndng)(zhndng)位移位移位移位移n n速度速度速度速度)n n加速度加速度加速度加速度l位移、速度、加速度都是同频率的简谐波。l三者的幅值相应为A、A、A 2。l相位(xingwi)关系：加速度领先速度90;速度领先位移90。xvaxva第2页/共47页第三页，共47页。振振 动动 的的 时时 域域 波波

3、 形形 名 称 波 形第3页/共47页第四页，共47页。若干幅值参数若干幅值参数(cnsh)的定义的定义 n n瞬时值瞬时值n n 振动的任一瞬振动的任一瞬时的数值。时的数值。n n峰值峰值 n n振动离平衡位置振动离平衡位置的最大偏离。的最大偏离。n n平均绝对值平均绝对值 n n均值均值(jn zh)(Mean value)n n 又称平均值又称平均值(jn zh)或直流或直流分量。分量。n n有效值有效值xpx=x(t)第4页/共47页第五页，共47页。正峰值负峰值平均绝对值有效值平均值峰峰值各幅值参数是常数，彼此间有确定各幅值参数是常数，彼此间有确定(qudng)(qudng)关系关系

4、峰值峰值 xp=A;xp=A;峰峰值峰峰值 xp-p=2A xp-p=2A平均绝对值平均绝对值 xav=0.637A xav=0.637A有效值有效值 xrms=0.707A xrms=0.707A平均值平均值简谐振动(zhndng)的幅值参数第5页/共47页第六页，共47页。复杂振动复杂振动(zhndng)的幅值参数的幅值参数各幅值参数随时间(shjin)变化，彼此间无明确定关系正峰值负峰值峰峰值xrms第6页/共47页第七页，共47页。常用常用(chn yn)的幅值的幅值参数及其单位参数及其单位 n n位移位移位移位移n n 峰峰值。单位为微米（峰峰值。单位为微米（峰峰值。单位为微米（峰峰

5、值。单位为微米（mm）n n速度速度速度速度n n 有效值。单位为毫米有效值。单位为毫米有效值。单位为毫米有效值。单位为毫米(ho m(ho m)/)/秒秒秒秒（mm/smm/s）n n加速度加速度加速度加速度n n 峰值。单位为米峰值。单位为米峰值。单位为米峰值。单位为米/秒平方秒平方秒平方秒平方（m/s2m/s2）第7页/共47页第八页，共47页。振动振动(zhndng)信号信号的频率分析的频率分析n n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。n n频率分析的数学基础是傅里叶变换和快速傅里叶算法（FFT）。n n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。n n频

6、率分析的结果得到(d do)各种频谱图，这是故障诊断的有力工具。第8页/共47页第九页，共47页。各种各种(zhn)振振动的频谱图动的频谱图 名称(mngchng)波 形 频 谱第9页/共47页第十页，共47页。时间时间(shjin)域域 频率域频率域FFTIFFT第10页/共47页第十一页，共47页。系统对激励系统对激励(jl)的的响应响应自激振动自激振动(zhnd(zhndng)ng)(机械)系统 单自由度 多自由度 强迫振动自由振动反馈机制持续激励初始激励恒定能源激 励响 应第11页/共47页第十二页，共47页。单自由度振动单自由度振动(zhndng)系统系统 确定系统确定系统(xt(x

7、t ng)ng)运动所需的独立坐标数称为系统运动所需的独立坐标数称为系统(xt(xt ng)ng)的自的自由度由度第12页/共47页第十三页，共47页。多自由度振动多自由度振动(zhndng)系统系统图中数字(shz)为系统的自由度数53226第13页/共47页第十四页，共47页。单自由单自由(zyu)度系统的度系统的自由自由(zyu)振动振动系统在没有(mi yu)激励下，由初始条件引起的振动，称为自由振动。初始位移(wiy)初始速度a 无阻尼b 小阻尼c 临界阻尼d 大阻尼第14页/共47页第十五页，共47页。单自由度系统单自由度系统(xtng)的的自由振动自由振动n n自由振动的频率等于

8、系统的固有频率。n n振幅大小决定于初始(ch sh)条件（初始(ch sh)位移和初始(ch sh)速度）。n n系统的阻尼大，振幅衰减快；阻尼小，振幅衰减慢。n n阻尼系数=1 称为临界阻尼。第15页/共47页第十六页，共47页。由自由振动由自由振动(zhndng)确定固有确定固有频率和阻尼频率和阻尼第16页/共47页第十七页，共47页。n n系统有多个固有频率。从小到大，称为第系统有多个固有频率。从小到大，称为第1 1阶、第阶、第2 2阶等等。阶等等。n n每个频率有一对应的振型和阻尼每个频率有一对应的振型和阻尼(zn)(zn)值。值。n n同一阶的固有频率、振型同一阶的固有频率、振型

9、和阻尼和阻尼(zn)(zn)值一起，称为模值一起，称为模态。态。两自由度系统两自由度系统(xtng)的模态的模态举例举例第二(d r)阶模态第一阶模态第17页/共47页第十八页，共47页。n n系统的自由振动为各阶自由振动的叠加。振动一般不再是简谐的。n n各阶自由振动所占成分的大小，决定于初始条件。n n各阶自由振动衰减的快慢，决定于该阶的阻尼。阻尼大，衰减快；阻尼小，衰减慢。n n在衰减过程(guchng)中，各阶的振型保持不变，即节点位置不变。多自由度系统多自由度系统(xtng)的的自由振动自由振动第18页/共47页第十九页，共47页。单自由度系统单自由度系统(xtng)的强的强迫振动迫

10、振动n n振动的频率等于(dngy)激励的频率。n n振幅大小与激励的大小成正比。n n激励频率接近固有频率时，发生共振现象。n n阻尼小，共振峰高；阻尼大，共振峰低。n n位相上说，振动落后于激励。n n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。第19页/共47页第二十页，共47页。单自由度系统单自由度系统(xtng)的的强迫振动强迫振动幅频特性相频特性 激励频率激励频率响应幅值响应位相第20页/共47页第二十一页，共47页。由强迫振动确定固有频率由强迫振动确定固有频率(yu pn l)和阻尼和阻尼第21页/共47页第二十二页，共47页。n n振动的频率(pnl)

11、等于外激励的频率(pnl)。n n振型为各阶振型的叠加。n n各阶振型所占的比例，决定于外激励的频率(pnl)和作用点位置。n n激励频率(pnl)接近某阶固有频率(pnl)时，该阶振型增大而占主导地位，是为该阶共振状态。n n共振峰大小决定于该阶阻尼值和激励的位置。n n作用在某阶节点上的激励力，不能激起该阶振动。多自由度系统多自由度系统(xtng)的的强迫振动强迫振动第22页/共47页第二十三页，共47页。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(chln)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旋转(xunzhun)机

12、械机械振动测量框图振动测量框图第23页/共47页第二十四页，共47页。磁电速度磁电速度(sd)传传感器感器接收形式：惯性式变换(binhun)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/sn n测量非转动部件的绝对测量非转动部件的绝对振动的速度。振动的速度。n n不适于测量瞬态振动和不适于测量瞬态振动和很快的变速过程。很快的变速过程。n n输出阻抗低，抗干扰力输出阻抗低，抗干扰力强。强。n n传感器质量较大传感器质量较大(jio(jio d)d)，对小型对象有影响。，对小型对象有影响。n n在传感器固有频率附近在传感器固有频率附近有较大有较

13、大(jio d)(jio d)的相移。的相移。第24页/共47页第二十五页，共47页。压电加速度传感器压电加速度传感器接收(jishu)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。n测量非转动(zhun dng)部件的绝对振动的加速度。n适应高频振动和瞬态振动的测量。n传感器质量小，可测很高振级。n现场测量要注意电磁场、声场和接地回路的干扰。第25页/共47页第二十六页，共47页。压电加速度传感器的典型压电加速度传感器的典型(dinxng)结构结构晶体片晶体片质量块预紧环出线口底座出线口三角剪切型 中心压缩型预压簧片三角柱第

14、26页/共47页第二十七页，共47页。涡流涡流(wli)位移传位移传感器感器n n不接触测量，特别适合测量不接触测量，特别适合测量不接触测量，特别适合测量不接触测量，特别适合测量转轴和其他小型对象的相转轴和其他小型对象的相转轴和其他小型对象的相转轴和其他小型对象的相对对对对(xingdu)(xingdu)位移。位移。位移。位移。n n有零频率响应，可测静态位有零频率响应，可测静态位有零频率响应，可测静态位有零频率响应，可测静态位移和轴承油膜厚度。移和轴承油膜厚度。移和轴承油膜厚度。移和轴承油膜厚度。n n灵敏度与被测对象的电导率灵敏度与被测对象的电导率灵敏度与被测对象的电导率灵敏度与被测对象的

15、电导率和导磁率有关。和导磁率有关。和导磁率有关。和导磁率有关。n n相移很小。相移很小。相移很小。相移很小。接收形式：相对式变换形式：电涡流典型频率范围(fnwi)：020kHz典型线性范围(fnwi)：02mm典型灵敏度：8.0V/mm(对象为钢)第27页/共47页第二十八页，共47页。涡流位移(wiy)传感器及前置器第28页/共47页第二十九页，共47页。涡流传感器的工作涡流传感器的工作(gngzu)原理原理输出电压 u 正比于间隙 d且于测量(cling)对象的材质有关第29页/共47页第三十页，共47页。轴轴承承振振动动(zhndng)的的测测点点布布置置第30页/共47页第三十一页，

16、共47页。轴振动轴振动(zhndng)的的测点布置测点布置第31页/共47页第三十二页，共47页。轴承轴承(zhuchng)振动与轴振动与轴振动的比较振动的比较第32页/共47页第三十三页，共47页。n n基频是转速频率。基频是转速频率。n n基频分量的幅值和转子的不平衡大小有基频分量的幅值和转子的不平衡大小有关。关。n n基频分量的相位和不平衡在转子上的方基频分量的相位和不平衡在转子上的方位位(fngwi)(fngwi)有直接对应关系。有直接对应关系。旋转机械振动的旋转机械振动的基频分量基频分量(fn ling)的幅值和相的幅值和相位的测量位的测量第33页/共47页第三十四页，共47页。键相

17、与相位参考键相与相位参考(cnko)脉冲脉冲n n在转子上布置键相标记在转子上布置键相标记K K，在轴承座上布置键相传感器，在轴承座上布置键相传感器K K（光电式或涡流式），其输出为相位参考脉冲。（光电式或涡流式），其输出为相位参考脉冲。n n参考脉冲是测量参考脉冲是测量(cling)(cling)相位的基准。相位的基准。n n参考脉冲也可用于测量参考脉冲也可用于测量(cling)(cling)转子的转速。转子的转速。KK1转t参考(cnko)脉冲第34页/共47页第三十五页，共47页。振动振动(zhndng)相位与转子转相位与转子转角的关系角的关系n n从参考从参考(cnko)(cnko)脉

18、冲到第一个正峰值的转角脉冲到第一个正峰值的转角 定义振定义振动相位。动相位。n n振动相位与转子的转动角度一一对应。在平衡和故障振动相位与转子的转动角度一一对应。在平衡和故障诊断中有重要作用。诊断中有重要作用。振动(zhndng)信号参考脉冲第35页/共47页第三十六页，共47页。n n波形图波形图波形图波形图(Wave)(Wave)n n 时间域内的振动波形时间域内的振动波形时间域内的振动波形时间域内的振动波形n n频谱图频谱图频谱图频谱图(Spectrum)(Spectrum)n n 组成振动的各谐波成分组成振动的各谐波成分组成振动的各谐波成分组成振动的各谐波成分n n轴心轴心轴心轴心(z

19、hu xn)(zhu xn)轨迹轨迹轨迹轨迹(Orbit)(Orbit)n n 转轴中心的振动轨迹，由转轴中心的振动轨迹，由转轴中心的振动轨迹，由转轴中心的振动轨迹，由水平和铅垂两方向波形合成水平和铅垂两方向波形合成水平和铅垂两方向波形合成水平和铅垂两方向波形合成旋转机械的振动旋转机械的振动(zhndng)图示图示(定转速定转速)第36页/共47页第三十七页，共47页。波形图、频谱图及轴心波形图、频谱图及轴心(zhu xn)轨迹轨迹第37页/共47页第三十八页，共47页。轴心轨迹轴心轨迹(guj)的测定的测定n n轴心轴心(zhu xn)(zhu xn)轨迹轨迹(Orbit)(Orbit)是诊

20、断旋转机械故障的有力工具。是诊断旋转机械故障的有力工具。n n轴心轴心(zhu xn)(zhu xn)轨迹可用基频检测仪和示波器得到，也可以用计算机完成。轨迹可用基频检测仪和示波器得到，也可以用计算机完成。第38页/共47页第三十九页，共47页。n n轴心轨迹阵轴心轨迹阵轴心轨迹阵轴心轨迹阵n n波德图与极坐标图波德图与极坐标图波德图与极坐标图波德图与极坐标图(Bode&Polar (Bode&Polar Plot)Plot)n n 升（降）速时，基频升（降）速时，基频升（降）速时，基频升（降）速时，基频(j pn)(j pn)幅值幅值幅值幅值和相位的变化和相位的变化和相位的变化和相位的变化n

21、 n三维频谱图三维频谱图三维频谱图三维频谱图(Cascade)(Cascade)n n坎贝尔图坎贝尔图坎贝尔图坎贝尔图(Campber)(Campber)n n 各转速下的频谱图的另一种表示各转速下的频谱图的另一种表示各转速下的频谱图的另一种表示各转速下的频谱图的另一种表示n n轴心位置轴心位置轴心位置轴心位置n n 判定轴颈静态工作点和油膜厚度判定轴颈静态工作点和油膜厚度判定轴颈静态工作点和油膜厚度判定轴颈静态工作点和油膜厚度旋转旋转(xunzhun)机械的振动图机械的振动图示示(变转速变转速)第39页/共47页第四十页，共47页。轴心轴心(zhu xn)轨迹阵图轨迹阵图汽轮发电机组一个轴承

22、在不同转速(zhun s)下的轴心轨迹阵第40页/共47页第四十一页，共47页。波德图和极坐标图波德图和极坐标图n n波德图波德图(Bode Plot)(Bode Plot)和极坐标图和极坐标图(Polar Plot)(Polar Plot)两者所含信两者所含信息相同，都表示基频振动息相同，都表示基频振动(zhndng)(zhndng)的幅值和相位随机的幅值和相位随机器转速的变化规律。器转速的变化规律。第41页/共47页第四十二页，共47页。n n三维频谱图是频三维频谱图是频谱的集合。谱的集合。n n本图的第三个坐本图的第三个坐标是转速。标是转速。n n本图表明在升、本图表明在升、降速过程中振

23、动降速过程中振动频谱的变化。频谱的变化。n n第三坐标也可是第三坐标也可是时间、工艺时间、工艺(gngy)(gngy)参数等。参数等。三维频谱图三维频谱图（谱阵图）（谱阵图）第42页/共47页第四十三页，共47页。本图的第三个坐标是时间本图的第三个坐标是时间(shjin)(shjin)(日期日期)，反映频，反映频谱的趋势。谱的趋势。三维频谱图三维频谱图（谱阵图）（谱阵图）第43页/共47页第四十四页，共47页。机器转速振动频率坎贝尔坎贝尔(Campber)图图 注：圆圈直径代表振动的大小；斜线代表谐波(xi b)次数。第44页/共47页第四十五页，共47页。轴心位置轴心位置(wi zhi)的测

24、定的测定n n轴心轴心(zhu xn)(zhu xn)位置可以用计算机及其外设来绘制。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第45页/共47页第四十六页，共47页。轴心位置轴心位置(wi zhi)的变化的变化汽轮发电机中汽轮发电机中压缸轴承压缸轴承升速时轴心位升速时轴心位置逐渐升高。置逐渐升高。到工作转速时，到工作转速时，偏心率为偏心率为0.66；偏位角；偏位角32。属正常。属正常。以后数月，轴以后数月，轴承基础下沉，承基础下沉，导致导致(dozh)轴轴心上浮，偏心上浮，偏心率减少，心率减少，偏位角接近偏位角接近90。发生了油膜振发生了油膜振荡。荡。监测轴心位置监测轴心位置有助于发现有助于发现机器的故障。机器的故障。第46页/共47页第四十七页，共47页。