振动的基础知识

1、 振动的基本知识 振动振动定义： 振动是指物体偏离它的平衡位置所作的往 复运动。实质：是机器进行能量交换的具体体现。 这种能量交换发生在平衡位置。普遍性： 振动在外面生活动普遍存在，像单摆的摆 动、地震、叶片的摆动等都属于机械振动。 定义：位移满足正弦函数或余弦函数变化的一种周期性振动形式：x=Asin(t+）简谐振动的描述参数： 振幅A：偏离平衡位置的最大值。 T-周期：往复一周的时间（单位s）T=1/ f f -频率：每秒钟回转的次数f=apm/60 -角频率描述振动快慢的物理量（弧度/秒） 2f 初相角描述振动在起始瞬间的状态。 简谐振动简谐振动 关于振动 振动基本参数由振幅、频率、相位

2、来描述，这就是振动三要素。 振幅v振幅是指物体动态运动或振动的幅度，是表征振动强弱的物理量。v振幅是振动强度和能量水平的标志，是评价机器运转状态优劣的主要指标。 v振幅幅值参数振幅幅值参数： 峰峰值(pp)：峰峰值是整个振动历程的最大值，即正峰与负峰之间的差值； 单峰值(p)：单峰值是正峰或负峰的最大值 有效值(rms)：有效值即均方根值； 标注方法： （1）真实值峰值峰值 xp=A; 峰峰值峰峰值 xp-p=2A （2）理论值 计算峰值xp-p=1.414有效值xrms xp是xp-p的1/2 即：计算峰值xp=2.828有效值xrms 平均绝对值 x=0.637A 有利于随机信号和非稳定性

3、信号，对冲击性峰值信号存在信息缺失。 关于振幅v振幅分别用位移振幅、速度振幅、加速度振幅值加以描述。三者相互之间可以通过微分或积分进行换算，后面具体分析。v习惯上我们：1、位移振幅的测量值为峰峰值，单位是微米m ；2、速度振幅的测量值为有效值，单位是毫米/秒mm/s ；3、加速度振幅的测量值是单峰值，单位是米/秒平方m/s2或重力加速度g。 振动位移、速度、加速度之间的关系 )2sin(ddtAtxv)sin(dd222tAtxatAx sinv位移位移 v速度速度 v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相位关系：加速度领先速度90; 速度

4、领先位移90。xvaxva 加速度、速度、位移关系位移 d=A sin( t + )速度 v= A sin( t +/ 2+)加速度 a=2 A sin ( t + ) d=a /2 v=a / =d a=2d = vv位移振幅对应低频信号反映了振动异常间隙的变化情况，对间隙变性，摩擦、松动有良好针对性和敏感性。 v速度振幅反映了分析频段内时间历程的振动能量即振动烈度 振动烈度是描述机器振动状态的特征量。 通常在各个测量位置的水平、垂直和轴向上都进行测量，得到一组不同的振幅值，所测的宽带最大振幅值定义为振动烈度振动烈度。 由于振动烈度可参照振动标准，评价机器振动状态优劣；因此，在机器壳体上测量

5、振动时要求在靠近轴承位置处的三个方向上都进行测量，最后取最大值作为振动烈度。 传感器安装注意事项v方向:兼顾三个方向，水平垂直和轴向。v位置：路程短，界面少，刚度大，以防止局 部共振和放大。以使信号能真实反应设备的动态力。 加速度振幅反映了单位质量所售的合外力状况合外力越大，瞬间加速度越大，当加速度变化时，系统收到了合外力的干扰，因此通过加速度可以分析系统中有冲击力特征的振动故障。 v小议： 振幅之所以要分别用位移、速度、加速度表示，是因为振动位移、振动速度、振动加速度能分别清晰地反映低频、中频、高频范围内的振动强度。 例如：频率低，表明单位时间内振动的次数少和过程时间长，振动速度小，振动加速

6、度更小，而振动位移相对较大；振动强度稍有变化时，速度、尤其是加速度的变化因原来数值就低会很不明显，只有振动位移能够清晰地反映振动强度的变化。 v实际应用中举例： 大型旋转机械的振动，用装在轴承座上的涡流式位移传感器来测量转子相对于轴承的振动，用振动位移的峰峰值m表示，多数为在线监测；一般旋转机械的振动，用加速度传感器或速度传感器在机器壳体上靠近轴承处来测量，用振动速度的有效值mm/s表示，多数为离线监测。如果特别关注转速较高的齿轮或滚动轴承的振动，应该用加速度传感器来测量，用振动加速度的单峰值m/s2或g表示。 频率频率v频率f是物体每秒钟振动循环的次数，单位是赫兹Hz。v频率是一种振动特性，

7、是分析振动故障原因的主要依据。机器发生故障，一般只是某个或某些部件出了故障并产生异常振动，异常振动的频率是由此故障自身机理特性所决定的，也就是说故障与频率存在着对应关系，即“问题严重程度看振幅，什么问题看频率”。 v周期T是物体完成一个振动过程所需要的时间，单位是：秒s。v频率与周期互为倒数，f1/T。v对旋转机械来说，转子每旋转一周就是完成了一个振动过程，为一个周期。因此转速n、角速度都可以看作频率，称为旋转频率、角频率，有时候n、f不分，都直接简称为频率。它们之间的换算关系为：f = n/60，2f2n/600.1n，其中转速n的单位为转/分钟r/min，角速度的单位为弧度/秒rad/s。

8、 按振动的历程及信号特点，振动可分为确定性振动和随机振动两大类。确定性振动可以用确定的时间函数进行精确描述。 随机振动是随机的、不会精确再现的，往往是偶然因素造成的干扰或噪声，无法用确定的时间函数进行精确描述，只能用概率统计方法来描述。 v旋转机械许多故障的振动频率都与转速相关，因此用倍频倍频，即用转速的倍数来表示的振动频率，来描述故障振动的频率，往往使故障的内在规律更为清晰。v振动频率为机器实际运行转速的一倍、二倍、三倍、0.5倍、0.43倍、时，则称为一倍频（习惯上又写为1X，或1）、二倍频（2X、2）、三倍频（3X、3）、0.5倍频（0.5X、0.5）、0.43倍频（0.43X、0.43

9、）、等等。其中，一倍频，即实际运行转速的频率实际运行转速的频率又称为工频工频、转频转频，0.5倍频又称为半频。 频谱分析基本原理v通过数学计算方法(傅里叶变换)把复杂的时间历程信号分成一系列的简谐信号，再从频率观察、分析各谐波信号的频率结构和幅值。vFFT快速傅里叶变换是通过计算机微处理器将测量到的时域振动信号（幅值对时间）转换成为频域信号（幅值对频率）。分析振动信号的频率成分和范围，计算能量大小；确定影响设备状态的主要激振频率，从而查找振动原因。 时间域 频率域FFTIFFT 相位相位v相位是基频信号的正最大处相对于转轴上某一确定相位标记之间的相位差，单位是度。(也是就是转频分量从键相信号起

10、到振动最高峰值之间的时间计算值) （正峰值计算法：第一个正峰值与固定参考点的角位置）无论采取何种相位取值方法，基频信号的相位都是值落后角度。是振动在时间先后关系上或空间位置关系上相互差异的标志。 确定相位标记 在工程上指转轴上所做的键相谱（光电标）位置。v相位主要用于比较不同振动运动之间的关系（时间差及方位差），或确定一个部件相对于另一个部件的振动状况，在区别相同故障频率的不同故障类型时（特别是不平衡）往往起关键作用。 v像简谐振动中，振动速度超前振动位移90，振动加速度超前振动速度90，振动加速度超前振动位移180。v同相振动：当两个振动的相位相同、即相位差为0时。v反相振动：当两个振动的相位相反、即相位差为180时。 同相振动、反相振动十分清晰地表明了两个振动在时间和空间上的相同或相反的相互关系，因此常用来说明同一振动不同测