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1、振动和振动测试振动和振动测试的基本知识讲义的基本知识讲义第1页，共27页，编辑于2022年，星期六本本 章章 内内 容容 简谐振动三要素简谐振动三要素 振动的时域参数振动的时域参数 频谱分析频谱分析 振动测量的框图振动测量的框图 传感器的选用传感器的选用 涡流位移传感器涡流位移传感器 磁电速度传感器磁电速度传感器 压电加速度传感器压电加速度传感器 旋转机械振动测量的旋转机械振动测量的 几个特殊问题几个特殊问题 相位的测量相位的测量 基频检测基频检测 波德图和极坐标图波德图和极坐标图 三维频谱图三维频谱图 轴心轨迹图轴心轨迹图 轴心位置图轴心位置图 振摆信号来源及其补偿振摆信号来源及其补偿第2页
2、，共27页，编辑于2022年，星期六n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。n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。n初相角初相角(Initial phase)描述振动在起始瞬间的状态，记作。简谐振动的三要素简谐振动的三要素 第3页，共27页，编辑于2022年，星期六振动位移、速度、加速度之间的关系振动位移、速度、加速度之间的关系 n振动位移振动位移(Displacement)n速度速度
3、(Velocity)n加速度加速度(Acceleration)l位移、速度、加速度都是同频率的简谐波。l三者的幅值依次为A、A、A 2。l相位关系：加速度领先速度90;速度领先位移90。xvaxva第4页，共27页，编辑于2022年，星期六各种振动波形及其频谱各种振动波形及其频谱名称 波 形 频 谱 名称 波 形 频 谱第5页，共27页，编辑于2022年，星期六振动的时域参数振动的时域参数 n瞬时值瞬时值(Instant value)振动的任一瞬时的数值。n峰值峰值(Peak value)振动离平衡位置的最大偏离。n平均绝对值平均绝对值(Aver.absolute value)n均值均值(Me
4、an value)又称平均值或直流分量。n有效值有效值(Root mean square value)xpx=x(t)第6页，共27页，编辑于2022年，星期六振动的时域参数振动的时域参数 正峰值负峰值平均绝对值有效值平均值峰峰值 简谐振动为例 x=Asin(t+/2)n峰值峰值 xp=A;峰峰值峰峰值 xp-p=2An平均绝对值平均绝对值 xav=0.637An有效值有效值 xrms=0.707An平均值平均值第7页，共27页，编辑于2022年，星期六xrms 有效值xp 峰值xav 平均绝对值 平均值时域无量纲诊断征兆参数时域无量纲诊断征兆参数 n波形指标波形指标(Shape factor
5、)波形与正弦波比较的偏移和歪斜。n峰值指标峰值指标(Peak factor)波形是否有冲击。n脉冲指标脉冲指标(Crest factor)波形高度的指标。n歪度指标歪度指标(Skewness)以平均值为中心，波形的对称性。n峭度指标峭度指标(Kurtosis)波形的尖峭程度、有无冲击。第8页，共27页，编辑于2022年，星期六振动信号的频率分析振动信号的频率分析n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。n频率分析的数学基础是傅里叶变换傅里叶变换和快速傅里叶算法（FFT）。n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。n频率分析的结果得到各种频谱图
6、频谱图，这是故障诊断的有力工具。第9页，共27页，编辑于2022年，星期六A/DA/D变换变换+计算机计算机+外设外设振动测试的框图振动测试的框图 n状态监测状态监测情况下，无需激励环节。n分析和检测可以用计算机及其外部设备来完成。第10页，共27页，编辑于2022年，星期六磁电速度传感器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：10Hz1000Hz典型线性范围：02mm典型灵敏度：20mV/mm/sn测量非转动部件的绝绝对振动对振动的速度。n不适于测量瞬态振动瞬态振动和很快的变速过程很快的变速过程。n低输出阻抗，抗干扰抗干扰力强。力强。n传感器质量较大质量较大，对小型对象
7、有影响。n在传感器固有频率附近有较大的相移较大的相移。第11页，共27页，编辑于2022年，星期六典型的磁电速度传感器及其特性典型的磁电速度传感器及其特性第12页，共27页，编辑于2022年，星期六压电加速度传感器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：0.2Hz10kHz线性范围和灵敏度随各种不同型号可在很大范围内变化。n测量非转动部件的绝对绝对振动振动的加速度。n适应高频振动高频振动和瞬态振瞬态振动动的测量。n传感器质量小，可测很高高振级振级。n现场测量要注意电磁场、声场和接地回路的干扰干扰。第13页，共27页，编辑于2022年，星期六典型的压电加速度传感器及其特性
8、典型的压电加速度传感器及其特性三角柱底座晶体片质量块出线口预紧环第14页，共27页，编辑于2022年，星期六涡流位移传感器涡流位移传感器n不接触测量不接触测量，特别适合测量转轴和其他小型对象的相对位移。n有零频率响应零频率响应，可测静态位移和轴承油膜厚度。n相移相移很小。n灵敏度灵敏度与被测对象的电导率和导磁率有关。接收形式：相对式变换形式：电涡流典型频率范围：020kHz典型线性范围：02mm典型灵敏度：8.0V/mm(对象为钢)第15页，共27页，编辑于2022年，星期六典型的涡流位移传感器及其特性典型的涡流位移传感器及其特性第16页，共27页，编辑于2022年，星期六磁带记录仪频谱分析仪
9、打印机存储设备数字绘图仪测量电路和适调电路基频监测仪函数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光电传感器旋转机械振动测量框图旋转机械振动测量框图第17页，共27页，编辑于2022年，星期六n相位测量相位测量 相位相位和转子转角转子转角有直接对应关系。n基频检测，跟踪转速的滤波基频检测，跟踪转速的滤波 基频基频(转速频率)的幅值和相位直接和不平衡不平衡有关。n轴心轨迹测量轴心轨迹测量 转机故障诊断的一个有力工具。n轴心位置测量轴心位置测量 判定轴承工作点轴承工作点和油膜厚度油膜厚度。n振摆信号及其补偿振摆信号及其补偿 涡流传感器测量的特殊问题，需注意补偿旋
10、转机械振动测量的特殊问题旋转机械振动测量的特殊问题第18页，共27页，编辑于2022年，星期六转机振动相位的测定转机振动相位的测定n在转动机械测量中，在转子上布置键相标记K，在轴承座上布置光电或涡流传感器K，其输出的参考脉冲为相位的基准。n以参考脉冲后到第一个正峰值的转角定义振动相位，即a。n振动相位直接和转子的转动角度有关。n相位在转子的平衡和故障诊断中有重要的作用。第19页，共27页，编辑于2022年，星期六基频滤波的作用基频滤波的作用第20页，共27页，编辑于2022年，星期六波德图和极坐标图的绘制波德图和极坐标图的绘制n基频检测是跟踪转速的滤波，得到基频的幅值和相位。n基频检测可用专用
11、仪器实现，也可以用通用计算机完成。第21页，共27页，编辑于2022年，星期六波德图和极坐标图波德图和极坐标图n波德图(Bode Plot)和极坐标图(Polar Plot)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。第22页，共27页，编辑于2022年，星期六n三维频谱图是频谱的集合频谱的集合。n第三个坐标可以是转速转速、时时间间(日期)、其其他工艺参数他工艺参数等。n本图第三坐标是转速，机器升速过程中发生了油膜涡动和油膜振荡。三维频谱图三维频谱图 Cascade第23页，共27页，编辑于2022年，星期六轴心轨迹轴心轨迹 Orbit 的测定的测定n轴心轨迹(Orbit
12、)是诊断旋转机械故障的有力工具。n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24页，共27页，编辑于2022年，星期六轴心位置的测定轴心位置的测定n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静态部分部分轴心轨迹轴心轴心位置位置间隙变化平均平均间隙间隙第25页，共27页，编辑于2022年，星期六轴心位置的变化轴心位置的变化汽轮发电机中压缸轴承汽轮发电机中压缸轴承n升速时轴心位置逐渐升高。n到工作转速时，偏心率为0.66；偏位角32。属正常。n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90。n发生了油膜振荡。n监测轴心位置有助于发现机器的故障。第26页，共27页，编辑于2022年，星期六振摆信号及其来源振摆信号及其来源n机械方面机械方面的原因：不同心度 基频型 永久性弯曲 基频型 椭圆度 2X基频型 不圆及其他缺陷 基频及非基频型n电磁方面电磁方面的原因：剩磁 基频及非基频型 轴材质不均匀 基频及非基频型n残余应力残余应力：基频及非基频型摆振信号是周期信号，以轴的转速频率为基频。在机器慢速转动时测得。第27页，共27页，编辑于2022年，星期六