振动诊疗技术专家讲座

振动和振动测试

基础知识振动诊疗技术专家讲座第1页振幅A

(Amplitude)

偏离平衡位置最大值。描述振动规模。频率

f

(Frequency)

描述振动快慢。单位为次/秒(Hz)或次/分(c/min)

。周期

T=1/f

为每振动一次所需时间，单位为秒。

圆频率

=2

f

为每秒钟转过角度，单位为弧度/秒初相角

(Initialphase)

描述振动在起始瞬间状态。简谐振动三要素振动诊疗技术专家讲座第2页振动位移、速度、加速度之间关系

振动位移速度)加速度位移、速度、加速度都是同频率简谐波。三者幅值对应为A、A

、A

2。相位关系：加速度领先速度90º;速度领先位移90º。xvaxva

振动诊疗技术专家讲座第3页振动时域波形名称波形振动诊疗技术专家讲座第4页若干幅值参数定义瞬时值

振动任一瞬时数值。峰值

振动离平衡位置最大偏离。平均绝对值

均值

(Meanvalue)

又称平均值或直流分量。有效值xpx=x(t)振动诊疗技术专家讲座第5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平均值简谐振动幅值参数振动诊疗技术专家讲座第6页复杂振动幅值参数各幅值参数随时间改变，彼此间无明确定关系正峰值负峰值峰峰值xrms振动诊疗技术专家讲座第7页惯用幅值参数及其单位

位移

峰峰值。单位为微米（

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）振动诊疗技术专家讲座第8页振动信号频率分析把振动信号中所包含各种频率成份分别分解出来方法。频率分析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。频率分析结果得到各种频谱图，这是故障诊疗有力工具。振动诊疗技术专家讲座第9页各种振动频谱图名称波形频谱振动诊疗技术专家讲座第10页时间域频率域FFTIFFT振动诊疗技术专家讲座第11页系统对激励响应自激振动(机械)系统

单自由度多自由度

强迫振动自由振动反馈机制连续激励初始激励恒定能源激励响应振动诊疗技术专家讲座第12页单自由度振动系统

确定系统运动所需独立坐标数称为系统自由度振动诊疗技术专家讲座第13页多自由度振动系统图中数字为系统自由度数53226振动诊疗技术专家讲座第14页单自由度系统自由振动系统在没有激励下，由初始条件引发振动，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—大阻尼振动诊疗技术专家讲座第15页单自由度系统自由振动自由振动频率等于系统固有频率。振幅大小决定于初始条件（初始位移和初始速度）。系统阻尼大，振幅衰减快；阻尼小，振幅衰减慢。阻尼系数

=1称为临界阻尼。振动诊疗技术专家讲座第16页由自由振动确定固有频率和阻尼振动诊疗技术专家讲座第17页系统有多个固有频率。从小到大，称为第1阶、第2阶等等。每个频率有一对应振型和阻尼值。同一阶固有频率、振型和阻尼值一起，称为模态。两自由度系统模态举例第二阶模态第一阶模态振动诊疗技术专家讲座第18页系统自由振动为各阶自由振动叠加。振动普通不再是简谐。各阶自由振动所占成份大小，决定于初始条件。各阶自由振动衰减快慢，决定于该阶阻尼。阻尼大，衰减快；阻尼小，衰减慢。在衰减过程中，各阶振型保持不变，即节点位置不变。多自由度系统自由振动振动诊疗技术专家讲座第19页单自由度系统强迫振动振动频率等于激励频率。振幅大小与激励大小成正比。激励频率靠近固有频率时，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。振幅和位相随激励频率而改变，改变规律用系统幅频特征和相频特征来表示。振动诊疗技术专家讲座第20页单自由度系统强迫振动幅频特征相频特征

激励频率激励频率响应幅值响应位相振动诊疗技术专家讲座第21页由强迫振动确定固有频率和阻尼振动诊疗技术专家讲座第22页振动频率等于外激励频率。振型为各阶振型叠加。各阶振型所占百分比，决定于外激励频率和作用点位置。激励频率靠近某阶固有频率时，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位置。作用在某阶节点上激励力，不能激起该阶振动。多自由度系统强迫振动振动诊疗技术专家讲座第23页磁带统计仪频谱分析仪打印机存放设备绘图仪测量电路基频检测仪统计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振动诊疗技术专家讲座第24页磁电速度传感器接收形式：惯性式变换形式：磁电效应经典频率范围：10Hz~1000Hz经典线性范围：0~2mm经典灵敏度：20mV/mm/s测量非转动部件绝对振动速度。不适于测量瞬态振动和很快变速过程。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相移。振动诊疗技术专家讲座第25页压电加速度传感器接收形式：惯性式变换形式：压电效应经典频率范围：0.2Hz~10kHz线性范围和灵敏度随各种不一样型号可在很大范围内改变。测量非转动部件绝对振动加速度。适应高频振动和瞬态振动测量。传感器质量小，可测很高振级。现场测量要注意电磁场、声场和接地回路干扰。振动诊疗技术专家讲座第26页压电加速度传感器经典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振动诊疗技术专家讲座第27页涡流位移传感器不接触测量，尤其适合测量转轴和其它小型对象相对位移。有零频率响应，可测静态位移和轴承油膜厚度。灵敏度与被测对象电导率和导磁率相关。相移很小。接收形式：相对式变换形式：电涡流经典频率范围：0~20kHz经典线性范围：0~2mm经典灵敏度：8.0V/mm(对象为钢)振动诊疗技术专家讲座第28页涡流位移传感器及前置器振动诊疗技术专家讲座第29页涡流传感器工作原理输出电压u

正比于间隙d且于测量对象材质相关振动诊疗技术专家讲座第30页轴承振动测点布置振动诊疗技术专家讲座第31页轴振动测点布置振动诊疗技术专家讲座第32页轴承振动与轴振动比较振动诊疗技术专家讲座第33页基频是转速频率。基频分量幅值和转子不平衡大小相关。基频分量相位和不平衡在转子上方位有直接对应关系。旋转机械振动

基频分量幅值和相位测量

振动诊疗技术专家讲座第34页键相与相位参考脉冲在转子上布置键相标识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基准。参考脉冲也可用于测量转子转速。K’K1转t参考脉冲振动诊疗技术专家讲座第35页振动相位与转子转角关系从参考脉冲到第一个正峰值转角

定义振动相位。振动相位与转子转动角度一一对应。在平衡和故障诊疗中有主要作用。振动信号参考脉冲振动诊疗技术专家讲座第36页波形图(Wave)时间域内振动波形频谱图(Spectrum)组成振动各谐波成份轴心轨迹(Orbit)转轴中心振动轨迹，由水平和铅垂两方向波形合成旋转机械振动图示(定转速)振动诊疗技术专家讲座第37页波形图、频谱图及轴心轨迹振动诊疗技术专家讲座第38页轴心轨迹测定轴心轨迹(Orbit)是诊疗旋转机械故障有力工具。轴心轨迹可用基频检测仪和示波器得到，也能够用计算机完成。振动诊疗技术专家讲座第39页轴心轨迹阵波德图与极坐标图(Bode&PolarPlot)

升（降）速时，基频幅值和相位改变三维频谱图(Cascade)坎贝尔图(Campber)各转速下频谱图另一个表示轴心位置

判定轴颈静态工作点和油膜厚度旋转机械振动图示(变转速)振动诊疗技术专家讲座第40页轴心轨迹阵图汽轮发电机组一个轴承在不一样转速下轴心轨迹阵振动诊疗技术专家讲座第41页波德图和极坐标图波德图(BodePlot)和极坐标图(PolarPlot)二者所含信息相同，都表示基频振动幅值和相位随机器转速改变规律。振动诊疗技术专家讲座第42页三维频谱图是频谱集合。本图第三个坐标是转速。本图表明在升、降速过程中振动频谱改变。第三坐标也可是时间、工艺参数等。三维频谱图（谱阵图）振动诊疗技术专家讲座第43页本图第三个坐标是时间(日期)，反应频谱趋势。三维频谱图（谱阵图）振动诊疗技术专家讲座第44页机器转速振动频率坎贝尔(Campber)图注：圆圈直径代表振动大小；斜线代表谐波次数。振动诊疗技术专家讲座第45页轴心位