振动测量基础

1、振动测量基础崔启明Page2 振动现象 物质是运动的，世界是运动的 物质是振动的，世界是振动的1. 机械振动的原因？几乎所有的机械振动都由这些原因中的一个或多个造成：往复作用力松动共振Page6振振 动动 信信 号号 的的 基基 本本 构构 成成1. 振 幅(振动大小)2. 频 率(振动快慢)3. 相 位Page7振幅(振动大小)的表达方式有以下的振幅表达方式来代表振动的严重程度，峰至峰值(peak-to-peak)表示机器振动位移量大小。峰值(peak)表示机器瞬间承受冲击的振动量大小。平均值(average)表示机器在某段时间内的振动量平均值。均方根值(RMS)最能表示机器在某段时间内所承

2、受的振动能量，即振动的破坏能力。Page8v振幅： 1.均方根值(root mean square, rms) 2.峰值（0-peak) 3.峰至峰值(peak-peak)Page9均方根值与峰值定义对于单频的正弦讯号而言，RMS值与0-peak，peak-peak值之间存在以下关系：RMS值X2 = 0 - peak值0-peak值X 2 = peak - peak值Page10均方根值与峰值定义对于非单频讯号，上述关系并不成立Page11均方根值-能量观点的计算法面积总和（积分）/Tt=TX(t)X (t)2t=TPage12均方根值与峰值关系v对于单频的正弦讯号而言，RMS值与0-pea

3、k，peak-peak值之间存在以下关系：RMS值X2 = 0 - peak值0-peak值X 2 = peak - peak值v对于非单频讯号，上述关系并不成立，但一般量测仪器大都以RMS来检测振动值，并一律使用上述关系来求得0-peak或peak-peak值。（或称为Equivalent 0-peak, Equivalent peak-peak)Time - sReal g0605040302010-443210-1-2-3FA-xia 0-60 s Rms=195.6m g 0-60sRms=195.6mgTime - sReal g0605040302010-443210-1-2-3F

4、A-xia 0-60 s Rms=195.6m g XAxis:YAxis:X33.457sgY:12.0748133.457speak=2.0743gPage16振 动 频 率 单位时间内的振动次数，称为振动频率 由于每一种不同的现象会产生不同频率的振动，所以频率的分析成为进一步了解其物理现象的重要工具。根据傅丽叶定理，每一种波型都可以分解成一系列正弦波的组合Page17振 动 频 率Page18振 动 频 率利用FFT频谱分析仪，将复杂的波形转换成频谱，以便进一步了解振动的构成原因頻譜分析儀振動計對心不良軸承異常轉子不平衡軸彎曲合成分解振動計實際所測得的振動波形頻譜分析軸彎曲轉子不平衡軸承

5、異常對心不良頻率振幅信号合成与分解 周期信号的频谱是离散谱Frequency - HzReal m/s2 rms051240030020010001800m600m400m200mSpectrum(FA-xia,FA-xia) 0-512 Hz Rms=1.9179 m/s2 XAxis:YAxis:X14.250Hzm/s2 rmsY:1870.51m1信号合成与分解 非周期信号的频谱是连续谱Time - sReal g0605040302010-443210-1-2-3FA-xia 0-60 s Rms=195.6m g Page21频谱的种类Constant Bandwidth Spec

6、trum频谱每条数据之间有固定的带宽例如FFT频谱Constant Percentage Bandwidth SpectrumCPB Spectrum（倍频程）频谱每条数据之间有固定的带宽百分比例如1/3 Octave其他Page22Constant Bandwidth Spectrumf f量测带宽f解析条数NPage23CPB Spectrumvfu/fl=constant,当fu/fl=2,称为octave频谱vfc= (fu x fl) = 2 flv 目前国际通用以1kHz作为倍频中心频率。这时 为63Hz，125Hz，250Hz，500Hz，1kHz，2kHz，4kHz，8kHz等

7、fcfuflFrequency - HzReal m/s2 rms106405002501256331.516021.51500mSpectrum(FA-xia,FA-xia) Frequency - HzReal m/s2 rms151k5002501256331.5021.51500mSpectrum(FA-xia,FA-xia) Page26振 动 相 位 振动相位是指振动讯号相对于某一参考讯号之间的角度而言。 振动相位差是指两种振动讯号之间的角度差。0振动讯号与光纤参考讯号落後90Page27振动相位A，B两组振动讯号相90的情况Page28振动相位应用实例振动相位表达出彼此之间的相对

8、运动关系相位差接近180表示反向运动彼此之间可能有松动的情形，反之，其相位差应接近0 何时需量相位?Page29v振动的量测单位振动的量测单位有三种，位移(displacement)，速度(velocity)，加速度(acceleration)。对于中、高频振动信号的频谱分析一般用速度与加速度作量测，较低频的振动信号及机械组件的相对振动间隙则用位移作量测。 * *位移位移(D)(D) 常用表示法: P-P 常用单位:mm,um,inch,mils 常用表示法: 0-P 常用单位:mm/s,inch/s * *加速度加速度(A=dV/dt)(A=dV/dt) 常用表示法: RMS 常用单位:m/

9、s ,g (g=9.81m/s)Page30 在简易或精密诊断中，每次测点必须固定，振动计固定在振动机械上，必需要选在正确的位置，以愈接近振动部位愈好，目的是在获得振动最短路径传递值，尽量避免结构部分所带来的影响。振动量测位置选择Page31频谱分析与振动诊断频谱分析与振动诊断FFT特性特性:将时域的讯号转成频域将时域的讯号转成频域Page32Discrete Fourier Transform-DFT 在工程上的应用，傅利叶转换成为离散傅利叶转换DFT：*假设讯号为周期函数-傅利叶级数有限积分*使用数值积分式以便计算机运算Page33取样与转换原则上将模拟讯号数字化后，再用计算机程序进行FF

10、T计算，就可以得到频谱数据Page34非FFT频谱技术平行滤波器使讯号通过一组平行的带通滤波器，然后检测每组的均方根值大小，就可得到频谱Band pass filter 1Band pass filter 2Band pass filter 3Band pass filter 4RMS detectorRMS detectorRMS detectorRMS detectorPage35非FFT频谱技术扫頻滤波器利用一个中心频率可改变的带通率波器，从低频到高频扫描，就可得到频谱数据Tracking FilterRMS detectorPage36 预防方法: 1.使取样频率量测带宽之最高频率的2

11、倍(Nyquist Frequency)以上 2.在量测带宽之最高频率外再加上一个低通率波器(反假像滤波).v取样与假象(aliasing)Page37 漏失(Leakage)解决方法:在时间周期里加频窗(Window)Page38 频窗(Window)常见的窗函数Frequency - HzReal m/s2 rms030201001800m600m400m200mSpectrum(FA-xia,FA-xia) 4.75-9.5 Hz Rms=756.17m m/s2 XAxis:YAxis:X4.75009.500014.250Hzm/s2 rmsY:1485.78m431.86m870.

12、51m123比如对于直列四缸发动机，在一个工作循环内，各缸依次点火，一个工作循环，曲轴转两圈，所以发火频率刚好对应2阶，四缸发动机3阶，1阶就是发动机转速频率人体对不同频率的振动敏感程度不同人体对不同频率的振动敏感程度不同 最敏感的频率范最敏感的频率范围是围是412.5Hz。在。在48Hz频率范围频率范围，人的内，人的内脏器官产生共振；脏器官产生共振；812.5Hz频率范围，频率范围，对人对人的脊椎系统影响很大。的脊椎系统影响很大。 最敏感的频率范最敏感的频率范围是围是0.52Hz。大约在。大约在3Hz以下，人体对水平振动比对以下，人体对水平振动比对垂直振动更敏感，且汽车车垂直振动更敏感，且汽

13、车车身部分系统在此频率范围内身部分系统在此频率范围内产生共振，故应对水平振动产生共振，故应对水平振动给予充分重视。给予充分重视。ssxy、sz12222wwww1 41 4/xyza. a. aa 高峰值因数振动近 年来的研究指出在振动暴露中的加速度峰值是重要的，尤其对健康的影响。某些实验已经表明评价振动的方均根方法对于具有重要峰值振动的影响估计过低。对于具有这种高峰值特别是对于峰值因数大于 9 的振动，提出了补充的或另一种测量程序，而方均根方法适用于峰值因数小于或等于 9。峰值因数定义为在某一测量时间内，频率计权加速度信号的最大瞬时峰值与其有效值之比的模。对于高峰值因数（9）的振动使用运行有

14、效值（the runing r.m.s）或四次方振动剂量值进行补充评价。四次方振动剂量值方法 该方法通过使用加速度时间过程的四次方代替平方作为平均基础，使得四次方振动剂量方法比基本评价方法对峰值更敏感。四次方振动剂量值（VDV），单位是米每秒 1.75 次方（m/s1.75）或弧度每秒 1.75 次方（rad/s1.75），定义为： 75. 14104wms/dVDVTttaTime - sReal g111211.811.611.411.2-2020151050-5-10-15FA-xia 0-19.999 s Rms=554.01m g XAxis:YAxis:X11.275sgY:1-1

15、1.0391Page48频谱分析仪常见的基本设定1.带宽(Bandwidth)2.条数3.Window4.Display Unit (Rms,Peak)5.Log/Linear Display6.Trigger/Free Run7.Sensitivity频率分辨率f=带宽/条数Record Time t=1/ fPage49振 动 诊 断 基 本 原 则頻譜分析儀振動計對心不良軸承異常轉子不平衡軸彎曲合成分解振動計實際所測得的振動波形頻譜分析軸彎曲轉子不平衡軸承異常對心不良頻率振幅Page50油漩Oil whirl保持器或摩擦Rub动不平衡Dynamic unbalance轴不对心或组件松动MisalignmentLooseness组件松动的谐波Looseness Harmonics轴承的边频Bearing Side-band轴承Bearing1X2X3X4X动不平衡基本特徵:1倍频的振动量很高,且振动量随着转速的增加而变大,从频谱图中其他倍频都很小,甚至没有引起的原因:组装不良,材质不均勻,或零组件已经变形或磨损等振 动 诊 断 基 本 原 则Page51振动量测的基本设备 1.传感器(Transducer) 将振动的现象转换为电子