振动和振动测试的基础知识教学资料

振动(zhèndòng)和振动(zhèndòng)测试

的

基础知识第一页，共47页。振幅A(Amplitude)偏离平衡位置的最大值。描述振动的规模。频率f(Frequency)描述振动的快慢。单位为次/秒(Hz)或次/分(c/min)。周期T=1/f为每振动一次所需的时间，单位为秒。圆频率=2f为每秒钟转过的角度，单位为弧度(húdù)/秒初相角(Initialphase)描述振动在起始瞬间的状态。简谐振动(zhèndòng)的三要素第二页，共47页。振动位移、速度(sùdù)、加速度(sùdù)之间的关系振动(zhèndòng)位移速度)加速度位移、速度(sùdù)、加速度(sùdù)都是同频率的简谐波。三者的幅值相应为A、A、A2。相位关系：加速度(sùdù)领先速度(sùdù)90º;速度(sùdù)领先位移90º。xvaxva第三页，共47页。振动的时域波形名称波形第四页，共47页。若干幅值参数(cānshù)的定义瞬时值振动的任一瞬时的数值。峰值振动离平衡位置的最大偏离。平均(píngjūn)绝对值均值(Meanvalue)又称平均(píngjūn)值或直流分量。有效值xpx=x(t)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(quèdìng)关系峰值xp=A;峰峰值xp-p=2A平均绝对值xav=0.637A有效值xrms=0.707A平均值简谐振动(zhèndòng)的幅值参数第六页，共47页。复杂(fùzá)振动的幅值参数各幅值参数(cānshù)随时间变化，彼此间无明确定关系正峰值负峰值峰峰值xrms第七页，共47页。常用(chánɡyònɡ)的幅值参数及其单位位移峰峰值。单位为微米(wēimǐ)（m）速度有效值。单位为毫米/秒（mm/s）加速度峰值。单位为米/秒平方（m/s2）第八页，共47页。振动信号的频率(pínlǜ)分析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。频率分析的数学基础是傅里叶变换和快速傅里叶算法（FFT）。频率分析可用频率分析仪来实现，也可在计算机上用(shànɡyònɡ)软件来完成。频率分析的结果得到各种频谱图，这是故障诊断的有力工具。第九页，共47页。各种(ɡèzhǒnɡ)振动的频谱图名称(míngchēng)波形频谱第十页，共47页。时间(shíjiān)域频率域FFTIFFT第十一页，共47页。系统对激励(jīlì)的响应自激振动(zhèndòng)(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十二页，共47页。单自由度振动(zhèndòng)系统确定系统运动所需的独立(dúlì)坐标数称为系统的自由度第十三页，共47页。多自由度振动(zhèndòng)系统图中数字(shùzì)为系统的自由度数53226第十四页，共47页。单自由(zìyóu)度系统的自由(zìyóu)振动系统在没有激励下，由初始条件引起(yǐnqǐ)的振动，称为自由振动。初始(chūshǐ)位移初始(chūshǐ)速度a—无阻尼b—小阻尼c—临界阻尼d—大阻尼第十五页，共47页。单自由度系统(xìtǒng)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（初始位移和初始速度）。系统的阻尼大，振幅衰减快；阻尼小，振幅衰减慢。阻尼系数(xìshù)=1称为临界阻尼。第十六页，共47页。由自由振动确定固有频率(ɡùyǒupínlǜ)和阻尼第十七页，共47页。系统有多个固有频率(ɡùyǒupínlǜ)。从小到大，称为第1阶、第2阶等等。每个频率有一对应的振型和阻尼值。同一阶的固有频率(ɡùyǒupínlǜ)、振型和阻尼值一起，称为模态。两自由度系统(xìtǒng)的模态举例第二(dìèr)阶模态第一阶模态第十八页，共47页。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。各阶自由振动所占成分的大小，决定于初始条件。各阶自由振动衰减(shuāijiǎn)的快慢，决定于该阶的阻尼。阻尼大，衰减(shuāijiǎn)快；阻尼小，衰减(shuāijiǎn)慢。在衰减(shuāijiǎn)过程中，各阶的振型保持不变，即节点位置不变。多自由(zìyóu)度系统的自由(zìyóu)振动第十九页，共47页。单自由度系统的强迫(qiǎngpò)振动振动的频率等于激励(jīlì)的频率。振幅大小与激励(jīlì)的大小成正比。激励(jīlì)频率接近固有频率时，发生共振现象。阻尼小，共振峰高；阻尼大，共振峰低。位相上说，振动落后于激励(jīlì)。振幅和位相随激励(jīlì)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。第二十页，共47页。单自由度系统的强迫(qiǎngpò)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二十一页，共47页。由强迫(qiǎngpò)振动确定固有频率和阻尼第二十二页，共47页。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(jiējìn)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阻尼值和激励的位置。作用在某阶节点上的激励力，不能激起该阶振动。多自由度系统的强迫(qiǎngpò)振动第二十三页，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增速箱压缩机涡流(wōliú)传感器速度传感器加速度传感器键相传感器旋转机械振动测量(cèliáng)框图第二十四页，共47页。磁电速度(sùdù)传感器接收形式：惯性式变换形式：磁电效应典型(diǎnxíng)频率范围：10Hz~1000Hz典型(diǎnxíng)线性范围：0~2mm典型(diǎnxíng)灵敏度：20mV/mm/s测量非转动部件的绝对振动(zhèndòng)的速度。不适于测量瞬态振动(zhèndòng)和很快的变速过程。输出阻抗低，抗干扰力强。传感器质量较大，对小型对象有影响。在传感器固有频率附近有较大的相移。第二十五页，共47页。压电加速度传感器接收形式：惯性式变换形式：压电效应典型频率范围：0.2Hz~10kHz线性范围和灵敏度随各种(ɡèzhǒnɡ)不同型号可在很大范围内变化。测量非转动部件(bùjiàn)的绝对振动的加速度。适应高频振动和瞬态振动的测量。传感器质量小，可测很高振级。现场测量要注意电磁场、声场和接地回路的干扰。第二十六页，共47页。压电加速度传感器的典型(diǎnxíng)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二十七页，共47页。涡流(wōliú)位移传感器不接触测量，特别适合测量转轴和其他小型对象的相对位移。有零频率响应(pínlǜxiǎnɡyīnɡ)，可测静态位移和轴承油膜厚度。灵敏度与被测对象的电导率和导磁率有关。相移很小。接收形式：相对式变换形式：电涡流(wōliú)典型频率范围：0~20kHz典型线性范围：0~2mm典型灵敏度：8.0V/mm(对象为钢)第二十八页，共47页。涡流(wōliú)位移传感器及前置器第二十九页，共47页。涡流(wōliú)传感器的工作原理输出电压u正比于间隙(jiànxì)d且于测量对象的材质有关第三十页，共47页。轴承(zhóuchéng)振动的测点布置第三十一页，共47页。轴振动(zhèndòng)的测点布置第三十二页，共47页。轴承振动(zhèndòng)与轴振动(zhèndòng)的比较第三十三页，共47页。基频是转速频率。基频分量的幅值和转子的不平衡大小有关。基频分量的相位和不平衡在转子上的方位(fāngwèi)有直接对应关系。旋转机械振动的

基频分量(fènliàng)的幅值和相位的测量

第三十四页，共47页。键相与(xiāngyǔ)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(shūchū)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。K’K1转t参考(cānkǎo)脉冲第三十五页，共47页。振动相位与转子转角(zhuǎnjiǎo)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(zhòngyào)作用。振动(zhèndòng)信号参考脉冲第三十六页，共47页。波形图(Wave)时间域内的振动波形频谱图(Spectrum)组成振动的各谐波成分轴心轨迹(Orbit)转轴中心的振动轨迹，由水平(shuǐpíng)和铅垂两方向波形合成旋转机械的振动(zhèndòng)图示(定转速)第三十七页，共47页。波形图、频谱图及轴心(zhóuxīn)轨迹第三十八页，共47页。轴心轨迹(guǐjì)的测定轴心轨迹(Orbit)是诊断旋转机械故障的有力(yǒulì)工具。轴心轨迹可用基频检测仪和示波器得到，也可以用计算机完成。第三十九页，共47页。轴心轨迹阵波德图与极坐标图(Bode&PolarPlot)升（降）速时，基频幅值和相位的变化三维频谱图(Cascade)坎贝尔图(Campber)各转速下的频谱图的另一种表示(biǎoshì)轴心位置判定轴颈静态工作点和油膜厚度旋转机械(jīxiè)的振动图示(变转速)第四十页，共47页。轴心(zhóuxīn)轨迹阵图汽轮(qìlún)发电机组一个轴承在不同转速下的轴心轨迹阵第四十一页，共47页。波德图和极坐标图波德图(BodePlot)和极坐标图(PolarPlot)两者所含信息相同，都表示(biǎoshì)基频振动的幅值和相位随机器转速的变化规律。第四十二页，共47页。三维频谱图是频谱的集合。本图的第三个坐标是转速。本图表明在升、降速过程中振动频谱的变化。第三坐标也可是时间、工艺(gōngyì)参数等。三维频谱图（谱阵图）第四十三页，共47页。本图的第三个坐标是时间(日期(rìqī))，反映频谱的趋势。三维频谱图（谱阵图）第四十四页，共47页。机器转速振动频率坎贝尔(Campber)图注：圆圈直径代表(dàibiǎo)振动的大小；斜线代表(dàibiǎo)谐波次数。第四十五页，共47