振动分析基础new

1、必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材振动分析基础北京必可测科技有限公司TeleFax： 必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材什么是振动 ?必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材4振动的基本知识振动的基本知识 机械振动机械振动物体物体相对于平衡位置所作的往复运动往复运动称为机械振动机械振动。简称振动振动。例如，机器箱体的颤动、管线的抖动、叶片的摆动等都属于机械振动。振动用基本参数、即所谓“振动三要素振动三要素” ” 振幅、频率、相位振幅、频率、相位加以描述。最简单的振动最简单的振动必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教

2、材BPdM 没有力的作用 = 没有运动 三种基本型式的力 冲击力 如：松动部件,管道液锤， 滚动轴承中滚动体与滚道上的缺陷产生的冲击作用等。 周期力 如：转子不平衡和不对中所产生的重复作用力。 随机力 随时而变化, 如：管道系统中液体的扰动，泵中的汽蚀现象等。振动源于力的作用必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材6 简单而言，振动是一种运动，振动运动是由大小和方向不断变化的做用力所引起，例如，有一根失去平衡的转子，在没有转动时它就不会产生振动问题，然而当这根失去平衡的转子开始转动起来之后，它便开始振动起来，引起这一振动的问题原因是这个转子上有一个偏离旋转中心的重点，随转子的转动而产生离心力，

3、此力在不断地改变着方向，由于转子轴承支撑系统是弹性的，那么在这个交变力的做用下，转子轴承支撑系统就开始振动起来。 在机械中有两种做用力，静态力和动态力，只有动态力会引起振动问题。静态力通常也称为预载荷，做用在轴和轴承上的预载荷通常是由如下原因引起： 重力 皮带或链条张力 液力或空气载荷 必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材7动态力是由做用在轴和轴承上如下一些载荷引起（不全面）：转子不平衡转子偏心或轴弯曲轴承损坏间歇或周期性的摩擦齿轮啮合泵或压缩机叶轮动静碰磨电磁力必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材8 支撑支撑刚度刚度刚度：使弹性体产生单位变形 y 所需的力F 称为刚度k，kF/y 。

4、 刚度刚度反映了弹性体自身抵抗变形的能力抵抗变形的能力。 机械零部件都可以视为弹性体。 旋转机械转子的刚度包括静刚度和动刚度两个部分，静刚度决定于转子的结构、材质、尺寸；而动刚度既与静刚度有关，也与支座（含轴承）刚度、联轴器连接刚度等有关。如果将刚度定义式改写成：y yF Fk k式中 y y测点的振幅振幅值；F F作用在测点上的激振力激振力；k k测点处的动动刚度刚度。 必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材9如果将刚度定义式改写成：y yF Fk k式中 y y测点的振幅振幅值；F F作用在测点上的激振力激振力；k k测点处的动刚动刚度度。 此公式对故障诊断则有很好的指导作用。公式表明，

5、在线性系统中，测点呈现出的振幅振幅值与与作用在该点上的激振力成正比激振力成正比，与与该点的动刚度成动刚度成反比反比。也就是说，在机组振幅值增高时，既要从激发振动的扰动力方面去查找引起故障原因，也要从机组自身的刚度上，如转子刚度、轴承刚度、支座刚度、基础刚度、联轴器刚度等方面去查找引起故障原因。 因此，一台新新的转动设备设备，投运后振动状态的优劣，往往在很大程度上取决于机器自身的刚度刚度、特别是转子的刚度，而此主要与设计有关与设计有关；一台刚检修后修后的转动设备设备，投运后振动状态反而变差，除了少数为转子初始不平衡外，多数往往在轴承刚度刚度、支承连接刚度等方面发生问题，因此与与检修质量有关检修质

6、量有关。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材振动的类型简谐振动周期振动准周期振动衰减振动瞬态振动，冲击振动随机振动稳态非稳态按振动历程和信号特点分类必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材最简单的振动最简单的振动必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材简谐振动三要素简谐振动三要素振幅振幅 (Amplitude) 偏离平衡位置的最大值，记作A。描述振动的规模。圆频率圆频率 (Angular frequency) 描述振动的快慢，记作 ,单位为弧度/秒。 频率频率 f = /2 为每秒钟的振动次数，单位为次/秒(Hz)。 周期周期 T = 1/f = 2/ 为每振动一次所需的时间，单位为秒。初

7、相角初相角 (Initial phase) 描述振动在起始瞬间的状态，记作。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材振动频率振动频率周期：周期： 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 。例如一个弹簧质量块的振动，它的周期就是质量块从上运动到下，再从下运动回上边起点所需要的时间。 频率：频率： 频率f是物体每秒钟振动的次数，单位是赫兹 Hz 。频率是振动特性的标志，是分析振动原因的重要依据。频率与周期互为倒数，f1 / T。 各种不同类型的故障所引起的振动都有各自的特征频率。例如，转子动不平衡的振动频率是工频，齿式联轴器（带中间齿套）不对中的振动频率是二倍频，油膜涡动的振动频率

8、是0.5倍频，等等。通过对振动频率成分的查找，可以探索构成振动激振力的来源，有助于对机器进行故障类型的判别。 必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材振动波形的位移和频率必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材但是反过来，某种振动频率可能和多种类型的故障有关联。例如，动不平衡的特征频率是工频，但不能说工频高就是发生了动不平衡，因为某些轴承及对中不良等的振动频率也是工频。因此，振动频率和振动故障的对应关系并不是唯一的。为了得到正确的诊断结论，需要对各种振动信息进行综合分析。对旋转机械而言，转子的转速N、角速度都可以看作频率，称为旋转频率、转速频率，或N、f不分，都直接简称为频率，相互换算关系为：

9、f = N /60/2，其中转速N为转/分钟r/min，角速度为弧度/秒rad/s；振动频率也可以用转速频率的倍数来表示，如一倍频（1X）、二倍频（2X）、半频（0.5X）、等。对于旋转机械的振动来说，一般存在下述令人感兴趣的频率： 转子的旋转频率；各种振动分量的频率；转子的临界转速；机器自身和基础或其它附着物的固有频率等等。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材简谐振动为例 x=Asin( t+/2) 峰值峰值 xp=A; 峰峰值峰峰值 xp-p=2A 平均绝对值平均绝对值 xav=0.637A 有效值有效值 xrms=0.707A对非简谐振动，上述关系不成立。正峰值负峰值平均绝对值有效值

10、峰峰值振幅振幅振幅是物体动态运动或振动的幅度。它是振动强度和能量水平的标志，也是评判机器运转状态优劣的一个主要指标。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材振幅的量值可以表示为峰峰值（PP）、单峰值（0P）、有效值（rms）或平均值（Average）。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；单峰值是正峰或负峰的最大值；有效值即均方根值。只有在纯正弦波的情况下，单峰值等于峰峰值的1/2，有效值等于峰值的0.707倍，平均值等于峰值的0.637倍；平均值在振动测量中很少使用 。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材瞬时值瞬时值 (Instant value) 振动的任一瞬时的数值。

11、峰值峰值 (Peak value)(模拟总振动值） 振动离平衡位置的最大偏离。0-PKPK-PK平均绝对值平均绝对值 (Aver. absolute value)均值均值 (Mean value) 又称平均值或直流分量。有效值有效值 (Root mean square value) TtxTx0avd 1TtxTx0d 1TtxTx02rmsd 1xpx = x(t)非简谐振动的时域参数计算非简谐振动的时域参数计算必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材复杂振动的幅值参数复杂振动的幅值参数各幅值参数随时间变化，彼此间无明确定关系正峰值负峰值峰峰值xrms

12、必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材振幅的测量类型及单位振幅的测量类型及单位 位移 Displacement (distance) mils or micrometers, m 速度 Velocity (speed - rate of change of displacement) in/sec or mm/sec 加速度 Acceleration (rate of change of velocity) Gs or in/sec2 or mm/sec2 频率频率 Frequency Hertz = Hz = Cycles per secondFrequency Hertz = Hz =

13、Cycles per secondRPM = Revolutions per minuteRPM = Revolutions per minuteCPM = Cycles per minuteCPM = Cycles per minuteCPM = RPM = Hz x 60CPM = RPM = Hz x 60必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材1. 在振动测量中，除特别注明外，振动位移的量值为峰峰值，单位是微米m或密耳mil；振动速度的量值为有效值，单位是毫米/秒mm/s或英寸/秒ips；振动加速度的量值是单峰值，单位是重力加速度g。 2.在低频范围内，振动强度与位移成正比；在中频范围

14、内，振动强度与速度成正比；在高频范围内，振动强度与加速度成正比。.可以认为，振动位移具体地反映了动、静间隙的变化，反映了部件疲劳损伤的程度，振动速度反映了能量的大小，反映了部件的应力水平；振动加速度反映了激振力的大小，所以，在工厂的实际应用中，4. 转子相对于轴承的振动用振动位移的峰峰值表示，大机组轴承箱及缸体、中小型机泵的振动一般用振动速度的有效值表示，滚动轴承及齿轮的振动用振动加速度表示。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材振动位移振动位移 位移就是质量块运动的总的距离，也就是说当质量块振动时，位移就是质量块上、下运动有多远。位移的单位可以用mils(1 mil=0.001 inch)

15、 表示，或用microns(1 micron=0.001mm)表示。进一步可以从振动位移的时间波形推出振动的速度和加速度值。从振动时间波形中了解振动速度振动速度振动速度 振动速度是质量块在振荡过程中运动快慢的度量。质量块在运动波形的上部和下部极限位置时，其速度为0，这是因为质量块在这两点处，在它改变运动方向之前，必须停下来。质量块的振动速度在平衡位置处达到最大值，在此点处质量块已经加速到最大值，在此点以后质量块开始减速运动。振动速度的单位是用in/sec来表示，或用mm/sec来表示。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材振动加速度振动加速度 振动加速度被定议为振动速度的变化率，其单位是用有

16、多少个g来表示。在海平面处1.0g32.2/ft/sec/sec386.087in/sec/sec9806.65mm/sec/sec。由下图可见加速度最大值处是速度值最小值的地方，在这些点处质量块由减速到停止然后再开始加速。从振动时间波形中了解振动加速度 当一个机器的轴承座振动时，由于它连续不断地在前后运动中改变运动速度，所以它经受着力的加速作用。速度的变化率越大，也就是加速度值越大，施加在机器上的作用力也就越高。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材dvadva振动位移 (Displacement)d=A sint速度速度 (Velocity)v=A sin(t+/2)加速度加速度 (Ac

17、celeration) 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。振动振动位移位移、速度、加速度之间的关系、速度、加速度之间的关系 必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材什么时候使用位移、速度或加速度？什么时候使用位移、速度或加速度？ 当对机器振动进行分析时，重要的一点是尽可能多地收集到有关该机器的资料（如轴承类型和型号、每根轴的精确转速、齿轮的齿数、叶轮的叶片数等）。不了解这些信息资料将会影响振动分析的准确性。振动幅值是是振动分析中经常使用的重要振动参数之一，它于机器存在的潜在故障问题的严重

18、程度成正比，并且它也是显示机器状态的首选参数之一。通常认为： 频率范围在600CPM(10Hz)以下时，采用位移测量单位是很有利的。 加速度一般推荐应用在，当机器内部所产生的振源频率超过300000 CPM（5000Hz）以上的场合。 当机器的振源频率范围是在300到300000 CPM（5到5000Hz）时，一般选择测量振动速度。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材位移、速度或加速度频谱位移、速度或加速度频谱 图中给出了针对同一检测轴承故障的时域波形图，所进行的FFT变换（a）位移频谱图（b）速度谱（c）加速度谱在一台300RPM的风机上测量振动位移、速度、加速度的比较必可测科技精密点检

19、与设备远程诊断培训教材水平安装转动机械振动位移水平安装转动机械振动位移/ /速度等级图表速度等级图表位移测量强调低频位移必须用频率做补充才能正确评估振动的严重程度。例，60 Hz下振动 50 um P-P要比5 Hz 下振动 50 um P-P 对设备的损坏程度要大得多推荐应用 10Hz 以下必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材水平安装转动机械振动加速度水平安装转动机械振动加速度/ /速度等级图表速度等级图表加速度强调的是高频加速度评价机器振动状态时也具有频率依赖性。例如，在 300Hz 时2g 要比在 3000 Hz时2g振动程度要严重得多推荐应用在振源频率超过5000Hz以上。例如，齿

20、轮啮合频率、电机笼条通过频率、叶片通过频率等，这些振源在很多情况下会产生多阶谐频必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材具有具有3种相等振动级别的振动幅值关系种相等振动级别的振动幅值关系 下图给出了具有3种相等振动级别的振动幅值关系振动位移、速度、加速度间的相互关系，在较宽的频率范围内振动速度是平坦的，而振动位移和振动加速度都分别趋于降低和增高。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

21、/s的机器，具有同样的振动损坏程度。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材制定振动标准的考虑制定振动标准的考虑对大多数转动设备，速度谱要比位移谱和加速度谱有着更宽的频率使用范围，考虑速度谱的这一特性和速度谱与振动强度的直接联系，公认振动速度是最好的振动测量单位（特别是当频率低于2000Hz时）。机械振动位移、加速度、速度比较必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材振动标准图表振动标准图表 多年以来，如上图所示的振动程度分级图表，在对转动机器振动状态的评估方面得到广泛的应用。通过使用这个图表和使用速度测量单位，人们

22、开始对机器振动程度进行评价。然而，当对存在问题的机器选择振动限值时，这个图表不适合于所有型式的机器。为了解决这个问题，便产生了更易懂和便于使用的振动标准图表如下图所示。这个标准在工作转速为600到60000in/sec范围内，广泛应用于各种转动机械。必须指出的是这些标准值都是以振动速度的通频峰值给出的。然而这些标准只有当操作者所设定的频带报警没有被超出时才可以应用。下图所提供的状态监测评定标准是经过多年在各种设备类型上进行实际振动采集分析中得到的。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材ISO10816振动烈度标准振动烈度标准必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材ISO10816-3 标准0

23、-1.41.4-2.32.3-2.82.8-3.53.5-4.54.5-7.17.1-1111柔性柔性刚性刚性柔性柔性刚性刚性组组2&4组组1&3 振动值振动值mm/s0-1.41.4-2.32.3-2.82.8-3.53.5-4.54.5-7.17.1-1111柔性柔性刚性刚性柔性柔性刚性刚性组组2&4组组1&3 振动值振动值mm/s红色-危险橙色-警告黄色-可接受绿色-正常适用于功率大于15KW，额定转速为120-15000RPM的工业机器:l 功率不大于50MW的汽轮机l 汽轮机组功率大于50MW，转速低于1500rpm或高于3600rpm（不包含ISO10816-2中包含的机组）l 旋

24、转式压缩机；l功率不大于3MW的工业燃气轮机；l离心式、混流式或轴流式泵；l除水利发电机组或泵站以外的发电机；l各种类型的电动机；l鼓风机或风机。1组： 额定功率300KW的大型机器；轴高315mm的电机。 通常为滑动轴承，转速 120RPM - 15000RPM2组： 额定功率15KWP300KW；轴高 160H315 mm的电机。 通常具有滚动轴承，转速600RPM3组： 额定功率15KW 多叶片叶轮并与原动机分开连接的泵（离心式、混流式、轴流式）4组： 额定功率15KW 多叶片叶轮并与原动机成一体的泵（离心式、混流式、轴流式）必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材必可测科技精密点检与设

25、备远程诊断培训教材必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材基频是转速频率。基频分量的幅值和转子的不平衡大小不平衡大小有关。基频分量的相位和不平衡量在转子上的方位不平衡量在转子上的方位有直接对应关系。旋转机械振动的旋转机械振动的基频分量的幅值和相位的测量基频分量的幅值和相位的测量必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材键相与相位参考脉冲键相与相位参考脉冲在转子上布置键相标记K ，在轴承座上布置键相传感器K（光电式或涡流式），其输出为相位参考脉冲。参考脉冲是测量相位的基准。参考脉冲也可用于测量转子的转速。KK1转t参考脉冲必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材振动相位与转子转角的关系振动相位与转

26、子转角的关系从参考脉冲到第一个正峰值的转角 定义振动相位。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。振动信号参考脉冲必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材42 相位相位是在给定时刻振动体被测点相对于固定参考点的位置，单位是度。 相位是相位是振动在时间时间先后关系上或空间空间位置关系上相互差异差异的标志（例如同一部件不同位置处的振动或不同部件之间的振动），相位在判断振动故障的类型中有着非常重要的作用，在动平衡技术中更是必不可少。 把转子旋转一圈的时间看成是360，两个振动之间的相位差就是转过一定角度的时间差。通过角度不仅表示空间、而且表示时间，这便是相位的奥妙之处。必可测

27、科技精密点检与设备远程诊断培训教材43 键相器键相器是由探头（如涡流式、光电式等）与轴上固定标志（如键槽、凹孔、反光板等）所组成的相位测量仪表相位测量仪表。 当轴上固定标志经过键相探头时，键相器便会触发一个脉冲信号，脉冲信号是确定各测点（如1H、1V、2H、2V）、各选频振动（如工频、二倍频、0.5倍频）相位的基准，脉冲频率与转子旋转频率完全同步。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材44 由键槽和键相探头的位置及转子旋向，绝对相位还能给出最大振动具体的空间方位。例如，在上图中，由于在H点测得的工频相位为45，V点相位为135，因此，工频的最大振动方位（即转子与测振探头距离最近时的角位置，又

28、称高点）与轴上键槽的夹角为180。而且，再进一步，还可以根据转速以及转子状况指出不平衡量（又称重点）的具体方位，例如刚性转子高点与重点大致在同一方向，挠性转子在高于并远离临界转速后高点与重点相差180。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材振动相位的测量方法必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材振动相位振动相位下图给出了，振动相位与机器振动间的关系。 在左侧图中，机器上的轴承1和轴承2之间的振动相位差为0度（同相振动），而在右侧图中的机器，轴承1和轴承2之间的振动相位差为180度（反相振动）。振动相位与机器振动间的关系必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材小结小结1. 振动的三个重要特征

29、是频率、幅值和相位。2. 频率的定义是每单位时间内的周波数。3. 周期是一个振动周波所需要的时间；它是频率的倒数。4. 幅值是在机器给定位置上振动的最大值，用um(位移)，mm/s(速度)，或g(加速度)量表示。5. 振动幅值用峰值，峰峰值，或rms单位表示。6. 峰值和rms习惯用于速度和加速度量；峰峰值习惯用于位移量。7. 振动的测量- 位移（应力），速度（疲劳），和加速度（力）- 可以相互转换，如果振动是单频率（简谐）。8. 相位是相同频率的振动和/或力之间的时间关系。9. 力或激励引起振动，振动总是在时间上滞后力。10.振动的力源于过程变化，设计不良，安装不良，和缺陷。必可测科技精密点

30、检与设备远程诊断培训教材振动频谱（也称为振动频谱（也称为“FFTFFT”）振动的时域和频域波形比较 由图可以注意到，总振动波形是如何由一系列小的振动波形构成的，每一个小的振动波形各自对应1XRPM、2XRPM、3XRPM、等等。将这些个别振动波形代数相加就得到总振动的波形，可在示波器上或振动分析仪上显示出来。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材目前我们所讨论振动信号都是在时域下，即x轴是时间（秒或分钟），而y轴是测量的振动幅值（位移、速度、加速度）。在时间域下显示振动波形是很精确的方法，可以显示出机器的实际振动形态，并对其各种振动参数进行分析。然而，通过分析时域波形来了解振动情况是一个比较

31、麻烦事情，如通过时域波形计算出振动频率时是比较费力的。 为了简化这个过程，现代的振动分析仪器可以完成所谓的快速付氏变换（即FFT）工作。快速FFT是通过计算机微处理器将测量得到的时域振动信号（幅值对时间）转换成为频域信号（幅值对频率）。这个FFT计算技术是由Fourier在100年前提出来的。 Fourier指出：“现实当中的任何频率的正弦波形都能组合产生另一个比较复杂的波形，相反，现实当中的任何复杂的波形都能够被分解成为许多不同频率的简单的正弦波形。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材把振动信号中所包含的各种频率成分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傅里叶变换

32、和快速傅里叶算法（FFT）。频率分析可用频率分析仪频率分析仪来实现，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频谱图，这是故障诊断的有力工具。FFT分析是故障诊断分析的有力工具分析是故障诊断分析的有力工具必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材时间域 频率域FFTIFFT必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材时域波形变换得到频域波形时域波形变换得到频域波形振动信号由时域向频域的发展（a）是在时域当中测量得到的总振动波形（b）是在三维座标中（幅值、时间、频率），总振动波形被分解成为多个单一频率的正弦波形，由于从总振动波形中分离出单一频率的正弦波形，所以每个正弦波的频率是明确的，并

33、且沿着频率轴各自处于不同的位置。（c）从测量得到的时域波形中，变换得到频域波形图。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材典型振动信号的典型振动信号的FFT 简谐波形及其频谱 脉冲波形及其频谱 方波形及其频谱 简谐拍波及其频谱必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材振幅与相位在频域中的响应必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材具有等效频谱的时间信号必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材系统对激励的响应自激振动(机械机械)系统系统 单自由度单自由度 多自由度多自由度 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激 励励响响 应应必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材单自由度振动问题注

34、：注：确定系统运动所需的独立坐标数称为系统的自由度必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材简谐振动必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材单自由度系统的自由振动 自由振动的频率等于系统的固有频率。 振幅大小决定于初始条件。 系统的阻尼大，振幅衰减快；阻尼小，振幅衰减慢。 阻尼系数 称为临界阻尼。系统在没有激励下，由初始条件引起的振动，称为自由振动自由振动。1必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材有阻尼的强迫振动必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材激振力与其响应间的相位关系必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材非简谐振动必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材振动参数的计算必可测科技精密

35、点检与设备远程诊断培训教材单自由度系统的强迫振动单自由度系统的强迫振动振动的频率等于激励激励的频率。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。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幅频特性和相频特相频特性性来表示。幅频特性相频特性必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材振动的频率等于外激励的频率。振型为各阶振型的叠加。各阶振型所占的比例，决定于外激励的频率和作用点位置。激励频率接近某阶固有频率时，该阶振型增大而占主导地位，是为该阶共振状态。共振峰大小决定于该阶模态阻尼和激励的位置。作用在某阶节点上的激励力，不能激起该阶的

36、振动。多自由度系统的强迫振动必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材 分析诊断机械故障，频率分析是关键分析诊断机械故障，频率分析是关键一般来说，测量得到的振动频率是与引起振动问题的激振力的频率相同。在转动机械中激振力主要来源于机器的磨损、安装问题、及设计缺陷。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材不平衡松动叶片通过轴承坏干扰力及其引起的振动波形干扰力及其引起的振动波形 必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材激励频率激励频率 通过与结构有关的计算，在频谱特定位置处指示出的振动激励源“激励频率”.必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材系统固有频率和阻尼的确定224 阻尼系数2dn-1 ff无

37、阻尼固有频率由自由振动可以确定系统的固有频率和阻尼。dd1 Tf 阻尼固有频率1iiln XX对数减幅系数必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材系统固有频率和阻尼的确定 21 n1212阻尼系数半功率带宽2mn2nm2-12 21 f固有频率共振频率必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材临界转速临界转速临界转速是旋转机器中一个特殊的共振。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是一阶的2.5-4倍需要区分固定结构共振，运行离开20%，尽快通过临界必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材激振力与响应之间的相位关系激振力与响应之间

38、的相位关系 比较激振力与响应在空间上的相互关系。如对于无阻尼挠性转子，在低于临界转速时，转子不平衡矢量与其所引起的振动矢量二者的相位相同，即在同一方向上，振动值较大；在通过临界转速时，不平衡矢量的相位突然发生翻转变化,转子不平衡矢量与其所引起的振动矢量二者的相位相差90 振动最大；高于临界转速后，不平衡矢量与振动矢量相位相反，二者相差180，振动反而变小。此即所谓的转子自动定心。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材小结小结1. 力或激励引起振动，振动总是在时间上滞后力。2. 振动的频率等于激励的频率。3. 振幅大小与激励力的大小成正比。4. 激励频率

39、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。5. 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。6. 振动的力源于过程变化，设计不良，安装不良，和缺陷。7. 振动分析在时域波形和频谱中进行。8. 固有频率是机器系统的属性，并取决于质量和刚度。9. 临界转速是旋转机器中一个特殊的共振。10.共振时振动被放大。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材频谱分析仪频谱分析仪输入放大输入放大抗混淆滤波抗混淆滤波采样采样数字化数字化加窗加窗FFT变换变换频谱显示频谱显示波形显示波形显示时域时域频域频域必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材振动分析仪振动分析仪 必可

40、测科技精密点检与设备远程诊断培训教材数据采集和分析数据采集和分析 应当测量什么参数？ 总振值，不同频率范围，不同单位 Baseline 多，Monitoring 少 测量位置: H，V，A 振动标准和建立总振值报警限 总振值和频率趋势 窄带频谱报警 诊断必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材有效振动数据有效振动数据 频率范围 AD 的输入范围 总振值测量方法 硬件滤波测量，频谱计算 积分和微分 时域转换，频域转换 对数，线性和dB幅值必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材典型信号处理路径典型信号处理路径必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材频谱参数 幅值参数： 加速度、速度、位移、解调

41、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，叠加定义：需要什么结果定义：如何获得必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材滤波问题高通滤波低通滤波带通滤波带阻滤波必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材采样点数采样点数,时间段时间段,和谱线数和谱线数采样点数 N 1024，2048，4096，8192时间段 D D=N/(Fmax*2.56)谱线数 1024-400 2048-800 4096-1600必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材减少混叠问题的方法： 提高采样频率 对时域波形进行滤波 必可

42、测科技精密点检与设备远程诊断培训教材采样、抗混淆采样、抗混淆采样定理抗混淆滤波FFT：采样频率=2.56Fmax必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材时 域 波 形 的 截 取 与 复 制必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材时 域 波 形 的 复 制 误 差必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材频 域 波 形 的 泄 漏 问 题必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材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：必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材窗函数l 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l 影响分辨率

43、：窗口系数必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材窗函数Hanning 16% Amplitude ErrorFlat Top 1% Amplitude Errorl 汉宁汉宁 (频率精度频率精度一般振动监测一般振动监测)l 平顶平顶 (幅值精度幅值精度标定标定)l 矩形矩形 (无窗无窗敲击试验敲击试验)l 窗口系数：窗口系数：矩形：矩形：1.0汉宁：汉宁：1.5平顶：平顶：3.5 l 带宽：带宽：（频率范围（频率范围/谱线数）窗口系数谱线数）窗口系数l 分辨率：分辨率： 2 x 带宽带宽必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材弄懂弄懂信号的信号的平均平均问题问题 如果振动源没有噪音干扰，并且

44、振源的振动是稳定，那么我们就可以直接采集这一振动信号的时间采样片段，由此产生出FFT并将其保存。 但不幸的是，通常振动总是有随机噪声信号存在的，并且在大多数情况下，振源的振动也并不是十分稳定的，这次测量和下一次测量，多少有一定的变化。 必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材弄懂弄懂信号的信号的平均平均问题问题信号的处理过程必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材弄懂弄懂信号的信号的平均平均问题问题信号的处理过程必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材平均必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材重叠平均重叠平均 在这个例子中，我们采用了50%的重叠即在进行每一次平均时都与前一个时间采样片段的5

45、0%进行平均计算。如果数采器采样1024个点，然后进行窗口处理和生成FFT，最后开始进行平均处理，它将采集到的512个采样点与前一时间采样片段的后512个采样点经窗口处理、生成FFT后加到一起进行平均处理。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材BPdM重叠平均 由此我们再次可以看到，我们使用不多的时间波形片段，产生成频谱图。 必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材重叠平均重叠平均 由下图可以看出，重叠平均处理后可节省的时间是多少，我们可以不必采集由灰色表示的数据，这就意味着我们可以在机器旁不会太长的时间。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材峰值保

46、持平均峰值保持平均 还有另一种使用频谱对数据进行平均处理的方法，并不是利用一系列频谱数据计算出振动的平均值，这一方法是保持峰值不被刷新，也就是说在频谱图上显示的是每条谱线上的最大值。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材峰值保持平均 必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材峰值保持的应用峰值保持的应用启停车试验启停车试验 如果你打算启动机器（或停止已启动的机器），以自由运转方式开始一个测量，你会看到频谱峰值随着机器转速的变化在数采器上移动。振动的幅值会随着机器的转速通过其自振频谱而发生变化（当自振被激发起来以后，在自振频谱下的振动幅值会增加），因为当转速降低时，做用力也随着降低。 如果你将数

47、采器设置成峰值保持方式，在不同频率下测量的最大值将被保存下来，随着主导频率成份的峰值（如1X,2X等）移动通过频率轴时，你就会得到一系列小的趋势。幅值将随着频率接近机器的自振频率而增加。 必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材峰值保持的应用撞击峰值保持的应用撞击试验试验 我们比较感兴趣的是，想知道机器的自振频率。如果机器没有运行，你可以使用一块大的木棒或一个橡胶锤撞击机器，这时机器就会以它的自振频率振动起来。 如果你将数采器设置成峰值保持方式，然后撞击机器，在频谱图上就会出现机器的自振频率的峰值，这些峰值代表了机器的自振频率。 你可以重复多次做这个试验，分别将传感器以垂直、水平和轴向方向安装

48、，这样你可以得到一个完整的机器自振频率特性。 注意：因为Hanning窗、Hamming窗和平顶窗将信号的时间采样片段首尾数据剔除掉了，所以这三种窗函数是不适于进行暂态试验的，在信号的时间采样片段首尾处包含了关键的振动数据。出于这个原因，进行这项试验时应采用矩形窗（无窗）。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材时间同步平均 到目前我们已经讨论了频域的平均问题，上述各种平均实际上并不能除掉噪声，它只是对噪声谱线的影响进行了改善。 而在时域上对时间信号进行平均处理，真正能够减少噪声的水平，并且不会掩盖低幅值的被噪声信号所淹没的振动信号。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材带有键相计，采样开始

49、在键相脉冲轴处带有键相计，采样开始在键相脉冲轴处参考位置。参考位置。tacho pulse时间同步平均时间同步平均 必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材弄懂动态范围弄懂动态范围 在前面我们谈到的对输入信号如何快速采样问题中，我们并没有考虑信号的幅值精度问题，在来自机器的振动信号中包含了大量的信息，其中有些信号的幅值相对于主导频率成份信号的幅值要低得多。 记住，当我们对振动信号进行分析时，我们不要只关注频谱图中高峰值的信号，我们同样也要关注低幅值的信号。例如，轴承故障的谐频信号幅值，通常是很低的，但是它对故障诊断过程是很重要的。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材弄懂动态范围弄懂动态范围

50、 必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材幅值精度幅值精度 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 自动量程必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材 动态范围是在大的信号中能够区分出小信号的测量能力。它是所测量的信号中最小信号与最大信号的比值，通常用（dB）表示。 动态范围20*log（最小信号/最大信号） 许多在市场上可见到的老一点的数采器有12 bit 的数模转换器，可提供72dB的动态范围。注：12bit 可具有4096个数据化量，由此我们由 20*log(1/4096)=72dB。 最新的数采器提供了具有16bi

51、t的A/D转换，由此我们可以得到 96dB的动态范围。这意味着如果输入信号是1volt，我们仍然可检测到小到0.015mV的信号，这是多么的优秀。 弄懂动态范围弄懂动态范围 必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材 宽扩的动态范围，意味着我们能够在有大信号出现时仍能区分出很小的信号，理论上讲，动态范围只是取决于数模转换器的分辨率。然而，实际上，所能够获得的良好的动态范围还取决于输入信号的强度，也就是说输入信号越是接近所要求的最大值，那么也就能够获得到最好的动态范围。 通常在进行A/D之前，有一个增益放大器来增加输入信号的幅值，从而使输入到A/D的信号能够更适宜于进行A/D转换的需要。 如果我们

52、回到我们的5bitA/D转换器的例子，理想输入信号的幅值为1volt，整个可用的输入范围都得到利用。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材弄懂动态范围弄懂动态范围 但是如果信号的幅值只有0.05volt（100mv/g 0.5g=50mV）。我们的A/D转换器最小的信号测量能力只有31.25mV，所以实际的动范围被大大减小到20*log(31.25/50)=4dB。这是一个多么可悲的测量！必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材弄懂动态范围弄懂动态范围 数采器的测量质量实际上是取决于A/D转换器的分辨率（例如，16bit），以及数采器对信号的放大能力(自动量程），从而数采器可以利用大部分输入

53、的信号。我们一般希望能对输入范围可以小范围变化设置，以便能够满足测量更宽范围的输入信号。 大多数的数采器都允许你进行手动对输入范围的设置，在大多数情况下，你一般是设置数采器是自动定量程状态，即数采器自动选择最佳的输入范围。 较好的数采器一般都有较高的A/D转换分辨率、较宽的输入范围和具有快速运算选择最佳的输入范围的能力。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材如何提高频率分辩率如何提高频率分辩率必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材如何提高频率分辩率如何提高频率分辩率必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材如何提高频率分辩率如何提高频率分辩率必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材信号积分信

54、号积分 从加速度传感器产生速度或位移信号，或者从速度传感器产生位移信号 数字积分 受A/D 转换动态范围的限制，引入更多的误差 如果在低频处存在干扰，积分会将此干扰放大 频谱低频处滑雪坡 从频谱计算的总振值不可信 积分最好由模拟线路实现必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材线性与对数坐标线性与对数坐标必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材小结小结1. 来自接近探头或光电传感器的触发信号，可被用来触发和/或控制数据采集。2. FFT分析仪显示一段数字化数据的时域波形和频谱。3. FFT数据以离散的线（Bin）显示，这些线之间的频率不能被辨别。4. 最低可分辨频率是数据采集时间的倒数。5. F

55、FT分析仪用来产生一个频谱所使用的数据块的采集时间（秒）等于谱线数除以Hz为单位的频率范围。6. 混淆 采样速率不够 导致频谱中显示错误的频率。7. 信号的采样至少两倍于最高信号频率，以避免混淆。8. 振动缺乏绝对周期性导致频谱泄漏（谐频）。9. FFT分析仪利用窗函数使数据块的开头和结尾强制为零。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材11.在一般数据采集中使用汉宁窗，因为它对幅值精度和频率分辨率之间有很好的折中。12.Uniform(矩形)窗用于冲击测试，因为信号本身开始和结束为零，不会损失原始数据采样。13.分辨率决定频谱中相互很接近的频率分量是否可被看出。14.FFT分析仪设置的分辨率

56、等于：频率范围除以谱线数，再乘以二倍的窗系数。15.动态范围涉及频谱的幅度。16.FFT分析仪的动态范围允许在存在大的谱峰的情况下，小谱峰也被分辨出。17.可利用平均加强时域波形和频谱的数据。18.利用RMS平均，频谱中噪声被统计平均，而不会被消除掉。19.时间波形的同步时间平均，消除所有与触发频率无关的所有噪声和振动。20.峰值保持平均，用于保持每个Bin处理的数据的最大值。21.瀑布图是一个频谱相对于转速，时间，和空间的三维图。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材什么是通频振动？什么是通频振动？ 振动通频值就是振动的OVERALLOVERALL值，与在一个特定频率下的振动值是不同的，它

57、是所有振动频率下振动的总和，不关心任何特定的频率。有两种类型的通频振动值： 数字化通频振动值通频有效值 Overall RMS 模拟通频振动值通频峰值 Overall Peak通频峰峰值 Overall Peak to Peak 模拟通频振动值受限于所使用的测振仪器及传感器的技术性能，而数字化通频振动值则主要取决于你所选择的频率范围（0-Fmax），一般模拟通频振动值要优于数字化通频振动值。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材通频峰值 Overall Peak：在振动速度或加速度时间波形中，从零到正的或负的最大峰值的距离。通频峰峰值 Overall Peak to Peak：在振动位移时间

58、波形中，从相邻的最大的正峰值到负峰值间的距离。 模拟通频振动值受限于所使用的测振仪器及传感器的技术性能，而数字化通频振动值则主要取决于你所选择的频率范围（0-Fmax），一般模拟通频振动值要优于数字化通频振动值。模拟通频振动值模拟通频振动值必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材数字化通频值数字化通频值 用于计算频谱图通频幅值的计算公式 它是在一定的频率范围内，由传感器测量到的所有振动经过计算得到。下图给出了从频谱图中计算数字化通频振动值的公式，这个值通常称为“均方根值”。现在这个值的计算已经由仪器自动完成。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材模拟通

59、频振动值模拟通频振动值 只关注数字化通频振动值的最大问题是在指定频率范围（0-Fmax）以外发生的振动会被遗漏掉。目前解决这个问题的办法就是采用模拟通频振动值，即在非常宽广的频率范围内，直接从时间波形中得到的振动幅值。这样由分析仪测量出的通频值完全不受操作者所选择的频率范围的约束，此振动值被称为模拟通频振动值。 例如有的分析仪测量模拟通频振动值是以565000Hz的频率范围内进行的。 通过对模拟通频值和数字通频值进行比较，你可以确定是否在你所选择的频率范围以外还有振动成分存在，如果有，你可以重新调整最大测量频率Fmax的大小。必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材一个简单振动试验风机转子一个

60、简单振动试验风机转子One second of time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，而引起振动必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材一个简单振动试验频率计算一个简单振动试验频率计算Hertz = Hz = Cycles per secondRPM = Revolutions 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必可测科技精密点检与设备远程诊断培训教材风机转速提高一倍波形图中的波形靠得很近