振动测试基础教学课件

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基础知识2021/3/202振动的时域波形名称波形名称波形2021/3/203振动信号的频率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。2023/7/226时间域频率域FFTIFFT2023/7/227各种振动的频谱图名称波形频谱名称波形频谱2023/7/228系统对激励的响应自激振动(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2023/7/229单自由度振动系统

确定系统运动所需的独立坐标数称为系统的自由度2023/7/2210多自由度振动系统图中数字为系统的自由度数532262023/7/2211单自由度系统的自由振动系统在没有激励下，由初始条件引起的振动，称为自由振动。初始位移初始速度a—无阻尼b—小阻尼c—临界阻尼d—大阻尼2023/7/2212系统有多个固有频率。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、振型和阻尼值一起，称为模态。两自由度系统的模态举例第二阶模态第一阶模态2023/7/2213三自由度系统的模态举例第二阶模态第三阶模态第一阶模态振型是各自由度坐标的比例值。振型具有正交性。2023/7/2214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。各阶自由振动衰减的快慢，决定于该阶的阻尼。阻尼大，衰减快；阻尼小，衰减慢。在衰减过程中，各阶的振型保持不变，即节点位置不变。多自由度系统的自由振动2023/7/2215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振动2023/7/2216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框图2023/7/2217磁电速度传感器接收形式：惯性式变换形式：磁电效应典型频率范围：10Hz~1000Hz典型线性范围：0~2mm/s典型灵敏度：20mV/mm/s测量非转动部件的绝对振动的速度。不适于测量瞬态振动和很快的变速过程。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。2023/7/2218典型的磁电速度传感器及其特性2023/7/2219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不同型号可在很大范围内变化。测量非转动部件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。2023/7/2220压电加速度传感器的典型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2023/7/2221压电加速度传感器的典型特性预紧环底座质量块出线口晶体片2023/7/2222涡流位移传感器非接触测量，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，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)2023/7/2223涡流位移传感器及前置器2023/7/2224涡流传感器的工作原理输出电压u

正比于间隙d且于测量对象的材质有关2023/7/2225涡流位移传感器的典型特性传感器与转轴之间的间隙前置器输出电压（直流伏）2023/7/2226轴承振动的测点布置2023/7/2227轴振动的测点布置2023/7/2228轴承振动与轴振动的比较2023/7/2229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有直接对应关系。旋转机械振动的

基频分量的幅值和相位的测量

2023/7/2230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。K’K1转t参考脉冲2023/7/2231振动相位与转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2023/7/2232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，由水平和铅垂两方向波形合成旋转机械的振动图示(定转速)2023/7/2233波形图、频谱图及轴心轨迹2023/7/2234轴心轨迹的测定轴心轨迹(Orbit)是诊断旋转机械故障的有力工具。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。2023/7/2235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,Waterfall)坎贝尔图(Campber)各转速下的频谱图的另一种表示轴心位置

判定轴颈静态工作点和油膜厚度旋转机械的振动图示(变转速)2023/7/2236轴心轨迹阵图汽轮发电机组一个轴承在不同转速下的轴心轨迹阵2023/7/2237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，都表示基频振动的幅值和相位随机器转速的变化规律。2023/7/2238三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、工艺参数等。三维频谱图（谱阵图）2023/7/2239本图的第三个坐标是时间(日期)，反映频谱的趋势。三维频谱图（谱阵图）2023/7/2240机器转速振动频率坎贝尔(Campber)图注：圆圈直径代表振动的大小；斜线代表谐波次数。2023/7/2241轴心位置的测定轴心位置可以用计算机及其外设来绘制。涡流传感器的输出信号动态部分静态部分轴心轨迹轴心位置间隙变化平均间隙2023/7/2242轴心位置的变化汽轮发电机中压缸轴承升速时轴心位置逐渐升高。到工作转速时，偏心率为0.66；偏位角32º。属正常。以后数月，轴承基础下沉，导致轴心上浮，偏心率减少，偏位角接近90º。发生了油膜振荡。监测轴心位置有助于发现机器的故障。2023/7/2243结