1.振动基础知识

振动基础知识题纲振动基本概念振动用传感器振动的标准简易的故障诊断什么是振动?振动－振动就是机器或机器零件相对于其平衡位置往复机械运动，是机械系统对激励的响应;物体偏离平衡位置，出现动能和位能的连续相互转换的往复运动形式称振动系统－机器结构管道流体，气体以上的结合激励－引起系统运动的力作用或扰动响应－所有力作用于系统上产生的运动有的振动是有用的任何机器都产生振动SYSTEMFV振动举例心脏的搏动、耳膜和声带的振动声音的产生、传播和接收桥梁和建筑物在阵风或地震激励下的振动飞机和船舶在航行中的振动机床和刀具在加工时的振动各种动力机械的振动控制系统中的自激振动振动的有害面振动会影响精密仪器设备的功能，降低加工精度，加剧构件的疲劳和磨损，缩短机器和结构物的使用寿命振动可能引起结构的大变形破坏，有的桥梁曾因振动而坍毁飞机机翼的颤振、机轮的抖振往往造成事故车、船和机舱的振动会劣化乘载条件强烈的振动噪声会形成严重的公害。振动的有利面振动是通信、广播、电视、雷达等工作的基础利用振动的生产装备和工艺有：振动传输、振动筛选、振动研磨、振动抛光、振动沉桩、振动消除内应力等振动的类型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部分振动的定义1、受一次冲击力产生的振动——自由振动2、受周期性的变化力产生的振动——受迫振动3、物体在受到大小跟位移成正比，而方向恒相反的合外力作用下的运动——简谐振动。2）可以用正玄或余玄函数描述的振动过程——简谐振动。振动的三要素振幅D：振动物体离开平衡位置的最大距离叫振动的振幅。振幅在数值上等于最大位移的大小。振幅是标量，单位用米或厘米表示。振幅描述了物体振动幅度的大小和振动的强弱。单向振幅——振动极限位臵与平衡位臵之间的距离双向振幅——振动两极限位臵之间的距离，也称峰—峰值频率：每秒钟振动次数，f=/2，单位：Hz，CPM相位：描述振动在起始瞬间的状态，记作，单位：角度频率，振幅计算振动三要素在工程振动中的意义1、振幅振幅～物体动态运动或振动的幅度；振幅是振动强度和能量水平的标志；是评价机器运转状态优劣的主要指标。即“有没有问题看振幅”峰峰值、单峰值、有效值振幅的量值可以表示为峰峰值（pp）、单峰值（p）、有效值（rms）或平均值（ap）。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。表示振动的参数位移D(距离)：量值为峰峰值，单位是m或毫米[mm]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；振动位移具体地反映了震动幅度的大小。速度V(位移的变化率)：量值为有效值（均方根值）单位是毫米/秒[mm/s]振动速度是质量块在振荡过程中运动快慢的度量，是位移的变化速率；振动速度反映了能量的大小。加速度A(速度的变化率)：的量值是单峰值，单位是米/秒平方[m/s2]或重力加速度[g]，1[g]=9.81[m/s2]。振动加速度是振动速度的变化率，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；振动加速度反映了冲击力的大小。位移、速度和加速度的关系位移、速度和加速度都是对力的响应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90º;速度领先位移90º向量：表示振动幅值和相位vadvad=Asintv=Asin(t+/2)a=A²sin(t+)峰峰值、有效值、单峰值三者之间的量值关系单峰值=峰峰值/2，有效值=0.707峰峰值（峰峰值=1.414有效值）平均值=0.637峰峰值，平均值应用较少。△在低频范围内，振动强度与位移成正比；△在中频范围内，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。频率低意味着振动体在单位时间内振动的次数少、过程时间长，速度、加速度的数值相对较小，因此振动位移能够更清晰地反映出振动强度的大小；而频率高，意味着振动次数多、过程短，速度、尤其是加速度的数值及变化量大，因此振动强度与振动加速度成正比。什么时候使用位移、速度或加速度？对机器振动进行分析时，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程度成正比，并且它也是显示机器状态的首选参数之一。频率范围在10Hz以下时，位移测量是很有利的。当机器内部所产生的振源频率超过5000Hz以上，推荐应用加速度。当机器的振源频率范围是在5-5000Hz时，一般选择测量振动速度。在实际应用中1】大型旋转机械的振动用装在轴承座上的涡流式位移传感器来测量转子（轴）的振动，用振动位移的峰峰值[μm]表示；2】一般转动设备的振动用速度传感器、如今主要是加速度传感器在壳体上靠近轴承处来测量，用振动速度的有效值[mm/s]表示；3】齿轮的振动用加速度传感器在壳体上测量，用振动加速度的单峰值[m/s2]或[g]表示，或用振动速度的有效值[mm/s]表示。振动三要素在工程振动中的意义2、频率f～物体每秒钟振动循环的次数，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，即“有没有问题看振幅，什么问题看频率”○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]，例如一个单摆，它的周期就是重锤从左运动到右，再从右运动回左边起点所需要的时间。频率与周期互为倒数，f＝1/T对旋转机械来说，转子每旋转一周就是完成了一个振动过程，为一个周期，或者说振动循环变化了一次。因此转速n、角速度ω都可以看作频率，称为旋转频率、转速频率、圆频率，或n、ω、f不分，都直接简称为频率它们之间的换算关系为：f=n/60，ω＝2πf＝2πn/60≈0.1n，其中转速n的单位为转/分钟[r/min]，角速度ω的单位为弧度/秒[rad/s]○倍频、一倍频、二倍频、0.5倍频、工频、基频、转频许多振动往往与转速相关，因此振动频率也可以用转速频率的倍数来表示倍频就是用转速频率的倍数来表示的振动频率。如果振动频率为机器实际运行转速频率的一倍、二倍、三倍、0.5倍、0.43倍时，则称为一倍频（习惯上又称为1X,或1x）、二倍频（2X、2×）等。其中，一倍频，即实际运行转速频率又称为工频、转频、基频，0.5倍频又称为半频。列如：某机器的实际运行转速n为6000r/min,那么，转速频率＝n/60＝6000/60＝100Hz，其工频为100Hz，二倍频为200Hz，半频为50Hz。振动三要素在工程振动中的意义3、相位～给定时刻振动体被测点相对于固定参考点的角位置，单位是度。初始相位参考点：反光标记相位计量：0-360°测量时间间隔光电相位传感器高点，动平衡需确定高点理解振动相位在360°轴旋转过程中，传感器在轴的高点离开初始位置(相位计测量初始位置)为90°时达到最大正向力相位角=90°.物体/机器/部件/位置之间的振动运动关系；一般是同频率振动的比较相位差振动相位及其应用相位反映机器某一部分的振动与另一部位振动的相互关系。相位分析是一个强有力的工具，可用于协助查找故障源。许多设备问题都会引起1X较大振动（如，不平衡、不对中、偏心、轴弯曲、软地脚、齿轮断齿、共振、紧固螺栓松动等），也有些问题可以在2X或3XRPM处产生较大的振动。面对这些问题及可能产生的频率成分，很难确定振动的原因。在每个轴承座上测量振动相位，能使问题的确定容易些。二、振动传感器人的感官人耳可感知空气振动20Hz-20kHz,40Hz带宽。是大部分机器振动的频率范围机器振动频率范围可到10kHz，大部分5kHz以下人手可感知100Hz以下的振动，更高频率需听声音100Hz电气嗡嗡声轴承特征频率（3/4个）50-500Hz金属接触冲击产生1000-10000Hz，金属撞击声大部分结构共振发生在100-5000Hz流体气穴3000-5000Hz1800RPM泵的典型振动频率机器频谱位置如何检测到振动信号呢？测试系统采集的都是电压信号，如何将物理量转换为电量呢？这就需要各种类型的传感器。1、传感器作用：传感器就是将被测物量的变化转换成电信号的转换器。2、传感器分类：传感器根据被测物量的不同分为：温度传感器、压力传感器、力传感器、应变计、振动传感器（位移传感器、速度传感器、加速度传感器）、转速传感器以及噪声传感器等；3、传感器常用技术指标：最常用的指标：灵敏度：传感器将物理量转换成电量后，我们测到的是电压，如何知道真实物理量变化了多少呢？这就是传感器的灵敏度指标要告诉我们的。灵敏度就是单位物理量变化产生的电量大小。常用的电动式速度传感器，用于测量轴承座的振动速度振动传感器速度传感器加速度传感器加速度、速度、位移传感器的动态范围和频率响应振动传感器安装在轴承座上，传感器将拾取振动信号，并将此振动信号通过电缆线传入到振动分析仪，如上图所示，这个在机器轴承座上测量振动的过程可模型化为一个质量块悬挂在弹簧上。在没有力的作用之前，它一直保持静止处于平衡位置处。三、振动标准△振动评价评价设备运行状态是否正常、有无发生故障，除查看转速、流量、压力、温度、电流等运行参数外，主要是看设备的振动状况，看振幅值的大小。○振动烈度振动烈度是振动标准中的通用术语，是描述一台机器振动能量状态的特征量。在国内外振动标准中，几乎都规定振动烈度的度量值为振动速度的有效值。因此，可以认为振动烈度就是振动速度的有效值。由于只有振动烈度才有振动标准可以参照（大机组不完全如此），评价机器运转状态的优劣时才能做到有据可依。所以在对一般旋转机械进行振动检测时，应测量振动速度的有效值而不是振动位移），并要求在靠近轴承位置处的水平、垂直、轴向三个方向上都进行测量，最后取最大值作为振动烈度。振动烈度4、简易的故障诊断名称波形频谱名称波形频谱典型振动信号的频谱频谱图的识别1X2X3X4X频率幅值1X转频的谐频及与转频有关的低频故障段（如不对中、不平衡、松动等）高频故障段（如轴承、齿轮啮合）10X固有频率和共振固有频率取决于弹性（刚度）和质量简谐系统固有频率机械系统的振动响应取决于激励的频率在固有频率以下，输入的力主要克服系统弹性，系统刚性占主导在固有频率以上，系统质量惯性占主导，输入的力主要克服系统惯性系统刚性力与惯性力总是180相位差刚性力不随频率改变，惯性力与频率的平方成正比当刚性力与惯性力相等抵消，系统没有约束共振：系统激励频率等于固有频率共振幅值响应放大，对金属部件很容易放大10-100倍理论上幅值可放大的无限大，唯一制约是系统阻尼“扩音板”现象，可能是声学问题而不是振动问题。但板也可能共振属振动问题临界转速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二阶临界转速一般是一阶的2.5-4倍有时候是固定结构共振，需要区分机器运行离开20%，尽快通过临界振动诊断中利用相位分析轴承座是做前后振动，还是做扭转振动：测量轴向1、2、3、4点上的振动相位相位显示轴承座是在做平面运动如果，1、3两测点相位相差180度，说明轴承存在上、下翅起，如果在测点2、和测点4之间的相位相差180度，说明轴承座左右扭曲振动，可能是由于轴弯曲或轴承翅起引起。不平衡的相位表现在相邻且位置相差90度的测点上，测得的振动相位相差约90度如果此相位角较大地偏离90度，意味着存在着一个除不平衡以外的其它问题。径向振动相位测量，分析不平衡问题不平衡的相位表现比较转子两端轴承座上水平和垂直相位差，确认不平衡确定定1XRPM振动幅值是较高的，并且在两个轴承座上水平方向的振动相位差等于垂直方向的振动