振动测量基础知识

1、机器振动分析基础知识基本概念和理论振动及其根源质量、弹性和阻尼正弦波幅值、频率和相位随机振动和冲击时域和频域位移、速度和加速度固有频率和共振机械阻抗临界转速什么是振动振动一系统对激励的响应系统一机器结构管道流体，气体 以上的结合激励一引起系统运玄险力作用或扰动响应一所有力作用于系统上产生的运动 有的振动是有用的 任何机器都产生振动两种振动a)整体振动-质量刚体压力波-源于接触点的力在材料中纵波传递-以声音在介质中的速度（铁，5000m/s）加速度传感器可测量两者，速度传感器只测量前者力和响应振动的根源是力，力激起和维持振动-转子质量不平衡-离心力-轴应力-轴承和机座-不平衡，不对中，转子弯曲，

2、齿轮偏心。当转速和 负荷稳定时，这些力导致稳态或稳定幅值振动即使机器稳态运行，也不是完全重复性周期其它力的响应-共振，外界干扰，管道扰动等随机因素A旋转机器可视为机械振荡器A所有机器的振动表现为稳态随机振动随机振动和冲击脉冲随机振动不能重复自身，不能确定频率-流体漩涡，紊流，摩擦，风，轮胎噪声，泵气穴真正的随机振动在频域表现为水平线，如果观察时间 足够，如2分钟，所有频率将出现。冲击脉冲是单事件瞬态过程-振动重复，阻尼衰减机械系统：质量、弹簧和阻尼质量：运动的物体，产生惯性力，储存动能弹簧：抑制运动的力，储存系统势能阻尼：将能量损耗为热 、 系统模型：单口由度系统SPRINGDAMPERtnx

3、 + cxkx - / (r)慣性力 皿用力 弹崔力 干忧力正弦波金属制造的机器可忽略阻尼-简谐振动* / () = 0, C = 0* x -x = 0 二 x += 0 它的解为；兀=C sin pt + c2 con pt = A sin(pt + e)upper position -ils卩为初扌角。川撅幅，p为角频準固有频率），springneutral position one cycledisplacementlower position timet = 0 吋，x= A 殳=0:x - J sin 4or ly = i = t4dcos(uh-) =sin(珂r 十卩十%)幅值

4、、频率和相位频率：Hz，CPM，orders幅值：-位移um-速度mm/s-加速度gPERIODTime For One CycleEHLAJd 芸 NyLdd P, PP, RMS, AVG相位相位：0-360 o测量时间间隔参考点：反光标记光电相位传感器高点。动平衡时，需确定高点VPERIOO One Cycle Of Hotton VIBRATION 厂一丿TRANSDUCER TWO MASSES WITH ZERO PHASE DIFFERENCETWO MASSES WITH 90* PHASE DIFFERENCE相位差：机器某一位置相对于另一位 置处的振动运动关系Phase =

5、 CTBetween肄廿&艺篁Phase = 180*Between M1H & U2W时域和频域9P2一-du-频谱分析是机器监测最强的工具FREQUENCY, Hx钢琴C中音：周期3.9ms频率256Hz谐频：512Hz768Hz典型振动信号的频谱4简谐波形及其频谱朋 EOUENCY1-NtUUtNL.T简谐拍波及其频谱典型振动信号的频谱名称波形频谱名称波形频谱简谧报动VW1 _f合成寰林动f周期振动kAAh-L-i-l7冲击过程r 一1f合成扳动1正弦村描M*,*MJJ 一M*745 wv屮f聊删删7iIIf郴1#机LJL_1J兗减扳动1宽带随机位移、速度和加速度位移、速度和加速度都是对

6、力的响应向量：表示振动幅值和相位avd=Asin(atv=Acosin( cct+M)a=A fi/s加伽+刃位移、速度和加速度F (cpm)VDA60.314100.00.005600.31410.00.0516.000.3141.00.51160.000.314.105.109600.000.314.0151.089UJarundw.3020loaga.w.021 .fiw Av nV o XOJORxm f-3y55s-SEo.oce o如0.003O.M?0.001VIBRATION DISPLACEMENT & VELOCITY SEVERITY CHARTFOR GENERAL H

7、ORIZONTAL ROTATING MACHINERY(Source: I RD MechanalysiS IhC. Columbus, Ohio)位移测量强调低频位移必须振动频率 做补充才能正确评 估振动的严重程度 例，60Hz下振动 2mils PP要比5Hz 下振动2mils P-P对 设备的损坏程度要 大得多推荐应用10Hz以下水平安装转动机械振 动位移/速度等级图表yvwd ! NopaHmJ 山oQcf1-1 -60000 -S-000 laaOQ -SSL煜 小：；加速度强调的是咼频即 5i s评价机器振动状态时也 囲i 具有频率依赖性。例如, 在300Hz时2g要比在 300

8、0Hz时的2g振动程度 要严重得多推荐应用在振源频率超 过5000Hz以上，如齿轮 啮合频率、电机笼条通 过频率、叶片通过频率 等，冬些娠渥隹彳般情 况下会产生多阶谐癫FREQUENCY “ CPMVIBRATION ACCELERATBOK & VELXCITY SEVERfTY CKAfTTMR SENERAL HDRIZCINTAL RQTATIN MACHINERY(Sotrcc; IRD MMhanalys s. Inc. Columbus. 0:-)水平安装转动机械振动 加速度/速度等级图表28.010.00.7091 1.20.4417 10 2804 50 2 80 01101

9、 80 0.0711 200.0440 70-0 0260 4.5 001B 01 1in/s rms0 28 mrn/s rmsISO 10816 Severity Chart|DANGEROUSSTILL PERMISSIBLEGOOD|1 7720 177振动速度幅值直接与机 器的状态有关振动速度在10-2000HZ频 率范围内不存在对频率 的依赖关系。振源频率 范围5-5000HZ时，一般 选择测量振动速度一台转速为1800 RPM的 机器，7.6mm/s的振动与 另一台转速为10000 RPM,振动也为 7.6mm/s的机器，具有同 样的振动损坏程度。证实的方法第4版诸从下表中选择您

10、的总振动快态等级丿使用这些等级化分的附加标淮在下面:1. 段走机辭转速二 BOO to 60000 RPM （10-1000 Hz）2. 段定测星用加速彥怯感器或速度借感器 思可能安全地接近轴承座。3. 假定机器没有安装在隔振器上 耐于隔振的机器-设置报警限高出30-50%）D4. 设登电动机报警，除非另有说明丿与特殊的机器类型相同匚5对特别的机器类型,对单个外部齿轮箱位置设置报警,考虑高出25塔所有值是总振动速度，单症/sec 0-pk. 频率将被显TH 用Hh当前所有等级 M高于正寓脚步J机器类型GOODFAIRATARI 1ALAR1 2冷却塔驰动长的宇的亜动轴0 - 9.5259.5Z

11、5 - 15.2415.2422.86短联轴器皮带驰动 - 6.9856.985 10.T9510.79516.51短联轴器直接驰动0-5.085. 08 - 7.627.6211.43压缩机往复的0 - 8.2558.255 - 12.712.719.05旋转蛾杆0-7.62T.62 - 11.4311.4316.51宙心机带咸不带外部齿轮 - 5.085. 0S - 7.627.6211.43离心机-一体齿轮 触向测量） - 5.085. 08 - 7.627.6211.43离心机-1体齿轮径向测量） - 3.813.81 一 6.356-359.525凤机凸轮旋转0-7.62T.62 -

12、 11.4311.4317.145皮带驰动凤机0 - 6.9856.985 10.79510.79516.51一股直接驰动风机带接手）0-6.356.35 - 9.5259.52513.97主风机0-6.356.35 - 9. 5259.52513.97其空风机 - 5.085. 08 - 7.627.6211.43大型送凤拭 - 5.085. 0S - 7.627.6211.43大型引凤拭 - 4.4454. 445 - 6.9856.98510. 16轴安装一体凤机麵民的电动机轴）0 - 4.4454.445 - 6.9856.98510. 16叶片-轴流凤机 - 3.813.81 一 6

13、.356-359.525电动机/发电机装置皮带呃动0 - 6.9856 985 - 10.79510.79517. 145直接连接的0 5.OS5.08 7.62T.6211.43冷冻机往臺的0-6.356 35 - 10. 1610. 1615 24韶心机 徹开）-电动机&叶轮分开0-5.085.08 - 7.62T. 6211.43离心机 詹封-电动机&叶轮在里面0-3.813.81 - 5.7155 7158.89大型透平/发电机3600 RPM透平/发电机0 - 4.4454.445 - 6.9856 98510 161800 RFN透平发电机0 3.813.S1 5.7155.T15

14、8.89离心泵丄式泵 12-20 t C4.0-6.6 m) S)0 - 8.2558 255 - 12.712.719 05立式泵 8-12 ft (2.4-4.0 m)高0 - 6.9856 985 - 10.79510.79516. 51立式泵 5-8 t (1.5-2.4 m) 0 - 5.7155.715 - 8.898 8913 335立式泵 0-5 ft (0. 0-1.5 m) 0 5.0S5.08 7.62T.6211.43一股用途水平泵-直接连接0-5.085 08 - 7.62T.G211.43眾炉给水泵-水平方向0 5.085 08 7.62T.6211.43拄塞液体泵

15、-水平方向（负荷状态）0 - 3.813.81 - 6.356 359.525机床电动机0-2.542. 54 - 4.4454.4456.35齿轮箱输入0 - 3.813 81 - 5.7155 7158.89齿轮箱输出0 2.2S62. 286 - 3 813.S15.715主釉：a.剧烈运行0 - 1 6511.651 - 2.542 543.81K机器修整0 - 1.0161.016 - 1.5241.5242.286c-关键修整0 - 0.6350 635 - 1.0161.0161.524手动输入手动输入o -返回到主菜单抿警类型和水平在二台300RPM的风机上测量振动位移、速度、

16、加速度的比较X0 9 0000300(庄1A* DtSFU ”ATT5PTCTRUM!( f.ft _00 T ho1,.降严13 APR 91O1： 380003INRGURE 23AID #1 0000 Irqls 1 II (a) 位移频谱图(b) 速度谱(c) 加速度谱能否在频谱图中看到极其重 要的轴承故障频率，取决于 对测量幅值类型的选择RGURE 23B机械系统的振动响应取决于激励的频率FOPCC固导固统 在主在系输入的力主要克服系统弹性，系统刚性占系统质量惯性占主导，输入的力主要克服固有频率和共振固有频率取决于弹性（刚度）和质量简谐系统固有频率就-系统刚性力与惯性力总是180相位

17、差-刚性力不随频率改变，惯性力与频率的平方成正比-窖刚程力与惯性力相等抵消，系统没有约束-共振：系统激励频率等于固有频率共振幅值响应放大，对金属部件很容易放大10-100倍理论上幅值可放大的无限大， 唯一制约是系统阻尼LlJanJJJa 乏 u “扩音板”现象，可能是声学问题而不是振动问题。但板也可能共振属振动问题阻尼所有材料具有内部阻尼金属的阻尼非常小塑料、橡胶、纸、土壤阻尼较高用于控制振劫TIK.40阻尼系数：阻尼/临界阻尼临界阻尼：系统没有振荡，小于 打 一尚回到零点-5I;.52FREQUENCY RATiG 怎阻尼系数00.20.4LLJCJruna.lANT EnFACES-振幅反

18、映传递路径振动能量在结构II取最小阻抗路径机械阻抗机械阻抗是机械系统阻止振荡力传递的特性理想机械部件：-阻尼器：阻抗对不同频率阻抗恒定-质量：阻抗随频率增加-弹簧：阻抗随频率减小。弹簧通过咼频振动，对咼 频隔振效果差ZDAMPER2F匸oMA882 JWMZZ /临界转速转子旋转进入共振状态的转速临界转速与转子固有频率不完全相等 -转子和轴承具有依赖转速的动态特性 二阶临界转速一般是一阶的2.5-4倍 有时候是固定结构共振，需要区分 机器运行：离开20%,尽快通过临界VIBRATIONsecondfirstAMPLITUDE3%振动测量基础人的感官传感器滤波器FFT分析仪采样、抗混淆窗函数平均

19、线性和对数坐标触发解调分析、轴承监测相位测量及应用预测维修程序人的感官人耳可感知空气振动20Hz-20kHz, 40Hz带宽。是大部分机器振动 的频率范围机器振动频率范围可到10kHz,大部分5kHz以下人手可感知100Hz以下的振动，更高频率需听声音 100Hz电气嗡嗡声轴承特征频率（3/4个）50-500HZ金属接触冲击产生1000-10000HZ,金属撞击声大部分结构共振发生在100-5000HZ 流体气穴3000-5000HZBEARINGSr11&00 rpn120 HzIMBALANCEIMOTORS1 STRUCTURALRESONANCES1CAVITATION1111 T 1

20、HII1E 1 1 1 1 III11 1 1 1 1 111102030100100010.000FREQUENCY IN HERTZ1800RPM泵的典型振动频率机器频谱位置振动传感器速度传感器 1.500 H2RELATIVEAMPLITUDEFREQUENCY .HzIk10k加速度、速度、位移 传感器的动态范围 和频率响应加速度传感器安装与频率响应Flvt Adhntvs Adhvlv* Hagiwt Mounting PudmBes高通滤波high pass After低通滤波low pass filter *带通滤波band pass filter带阻滤波band reject

21、fitterfilterfitterfilterfliterAarINPUTAXPLTFTER频谱分析仪ANTI-ALIASFILTERAMPLITUDEAMPLITUDESINE WAVETIMEFREQUENCYWINDOWTIMEFREQUENCY频谱参数幅值参数：-加速度、速度、位移、解调频率范围Fmin - Fmax谱线数-400, 800, 1600, 3200-分辨率:（Fmax/谱线数）*1.5窗函数谱平均触发，叠加时间波形段采样点数N .1024, 2048, 4096, 8192.时间段DD=N/(Fmax*256)平均幅值频率幅值平均处理=平均频谱频率平均频谱代表 了真实

22、的振动 行为触发类型、叠加怎样选择的样本 点？没有键相计，从一个任意点开始记录进行平均 数量足够的数据。触发类型，无键相叠加50%的叠加是最常用的。66.7%也是合适的值。时间同步平均tacho pulse带有键相计，采样开始在键相脉冲表明轴处于参考位置时。采样、抗混淆I采样定理抗混淆滤波FFT：采样频率=2.56Fmax1024-4002048-8004096-1600FILTERS ONFILTER5 OFF未加抗混淆滤波有抗混淆滤波窗函数Block； Hanning1 Window function lilkuilL窗函数用来整理信号block 的形状使其边缘光滑以防止 频谱泄漏。通常使

23、用汉宁窗，其他窗: 汉明窗，平顶窗，矩形窗 影响分辨率：窗口系数幅值不加窗频率幅值精度动态范围=20*log最小信号/最大信号(dB)-在大的信号中区分出小信号的测量能力-取决于：AD位数，电子噪声自动量程刻度，线性与对数坐标L04吃50)L04吃50)FREQUENCY. HrL04吃50)OAass = 堡=仙+A空+A：7 NbfW5(6 5 oesu- S_E) 山 ofundwv通频振动L04吃50)L04吃50)OArss二通频振动是所有振动成分的能量总和NAiNbf二谱线数二每条谱线上的幅值二加窗噪声带宽（汉宁窗为15）OArss = .81 65J Ai问题：在频谱的频率范围以

24、外可能存在相当大的振动成分L04吃50)解调分析高通滤波取包络2k-20kHz带通滤波的选择FFT1八 Frequency轴承监测解调频谱作为一个早期指示参数检查正常频谱和解调频谱:-都没有故障频率，状态良好，作为基线继续监测-只在解调频谱存在故障频率，早期故障指示，或需 要润滑-在两种频谱中都存在谱峰值，计划下一次维修更换-只在正常频谱中存在峰值，同时在解调频谱中噪声 水平升高，立即更换振动相位及其应用相位反映机器某一部分的振动与另一部位振动的相互关系。相位分析 是一个强有力的工具，可用于协助查找故障源。许多设备问题都会引起IX较大振动（如，不平衡、不对中、偏心、轴 弯曲、软地脚、齿轮断齿、

25、共振、紧固螺栓松动等），也有些问题可 以在2X或3X RPM处产生较大的振动。面对这些问题及可能产生的频率 成分，很难确定振动的原因。在每个轴承座上测量振动相位，能使问题的确定容易些。振动相位测量Stationary Referenee Mark在转子上设参考标记, 在静了上设置角度盘在静了上设参考标记, 在转子上设置角度盘使用频闪灯测量振动相位 通过参考标记來读取相位 角，误羞较大振动相位测量光电传感器测量相位，静止的光电头对准安装在转动部件的反光带。VibrationVibration InstrumentRotatingShaft ReflectiveTapeLightBeamPhoto

26、cell or Laser-Tach 振动诊断中利用相位分析轴承座是做前后振动，还是做扭转振动：测量轴向1、2、3、4点上的 振动相位PHASE1 1502 1503 1504 150相位显示轴承座是在做平面运 动如果，1、3两测点相位相差180度，说明 轴承存在上、下翅起，如果在测点2、和测点4之间的相位相差 180度，说明轴承座左右扭曲振动，可能 是由于轴弯曲或轴承翅起引起。不平衡的相位表现PHASE1 302 1203 210*4 300径向振动相位测量，分析不平衡问题 在相邻且位置相差90度的测点上，测得的振动相位相差约90度。如果此相位角较大地偏离90度，意味着存在着一个除不平衡以外

27、的 其它问题。不平衡的相位表现比较转子两端轴承座上水平和垂直相位差，确认不平衡1XRPM振动幅值肯定是较高的，并且在两个轴承座上水平方向的振 动相位差等于垂直方向的振动相位差（30 ）。这说明，转了 的运动状态在水平方向和垂直方向是相同的，否则，其主要问题 可能就不会是不平衡问题了。松动问题的相位表现有些机械松动问题，通过振动相位测量是可以发现的，已经可 靠紧固的机械部件应该是与其它部件间同步运动，在各个零部件之 间不应该存在显著的幅值和相位的变化，如果在相互配合的零部件 之间存在振动幅值和相位的变化，那么机械松动问题的存在是值得 怀疑的。.320 in/sec松动问题的相位表现松动问题的相位表现? O -310.250.085/MACHINE FOOT/z/ / / / / / tbaSE PLATEXCONCRETE BASE喚x y /777/77FOUNDATIONc .045在垫板(BASEPLATE)和支 承混凝土基础(CONC