振动的基本知识.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,振动的基本知识,振动的基本知识振动的基本知识简谐振动三要素,振动的时域描述,振动的频域描述,系统对激励的响应,单自由度系统,多自由度系统,自由振动，模态,强迫振动，共振,幅频响应和相频响应振动测量框图,传感器及其选用,旋转机械振动测量的,几个特殊问题,相位和基频的测量,波德图和极坐标图,三维频谱图,轴心轨迹和轴心位置图,摆振信号来源及其补偿本章内容,简谐振动三要素,振动的时域描述,振动的频域描述,系统对激励的响应,单自由度系统,多自由度系统,自由振动，模态,强迫振动，共振,幅频响应和相频响应,振动测量框图,传感器及其选用,旋转机械振动测量的,几个特殊问题,相位和基频的测量,波德图和极坐标图,三维频谱图,轴心轨迹和轴心位置图,摆振信号来源及其补偿,本章内容,什么是振动？,没有力的作用=没有运动,三种基本型式的力,Impact loose parts,hammering in a piping system,rolling element in a bearing hitting a,spall,Periodic repetitive force such as unbalance or misalignment,Random varies with time,for example,turbulence in piping,pump,cavitation,振动源于力的作用,简谐振动三要素,振幅,(,Amplitude),偏离平衡位置的最大值，记作,A,。,描述振动的规模。,圆频率,(,Angular frequency),描述振动的快慢，记作,单位为弧度/秒,。,频率,f,=,/2,为每秒钟的振动次数，单位为次/秒(,Hz)。,周期,T,=1/,f,=2,/,为每振动一次所需的时间，单位为秒。,初相角,(,Initial phase),描述振动在起始瞬间的状态，记作,。,d,v,a,d,v,a,振动位移,(,Displacement),d=A sin,t,速度,(,Velocity),v=A,sin(t+/2),加速度,(,Acceleration),a=A,sin(,t+),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90;速度领先位移90。,振动位移、速度、加速度之间的关系,简谐振动为例,x=A,sin,(,t+,/,2,),峰值,x,p,=A,;,峰峰值,x,p,-,p,=,2,A,平均绝对值,x,av,=,0.637,A,有效值,x,r,ms,=0.707,A,平均值,对非简谐振动，上述关系不成立。,正峰值,负峰值,平均绝对值,有效值,平均值,峰峰值,振动的时域参数,振动测量单位,Displacement(distance),mils or micrometers,m,Velocity(speed-rate of change of displacement),in/sec or mm/sec,Acceleration(rate of change of velocity),Gs or in/sec2 or mm/sec2,Frequency Hertz=Hz=Cycles per secondRPM=Revolutions per minuteCPM=Cycles per minuteCPM=RPM=Hz x 60,瞬时值,(,Instant value),振动的任一瞬时的数值。,峰值,(,Peak value),振动离平衡位置的最大偏离。,平均绝对值,(,Aver.absolute value),均值,(,Mean value),又称平均值或直流分量。,有效值,(,Root mean square value),x,p,x,=,x,(,t,),振动的时域参数计算,即使是很简单的机器也会因为各种振源而产生振动。,各振源的振动不一定都是机器的转速频率，通常有些振源的振动是在转速频率之上或之下。,有些振动甚至与转速无关。,各种振源,每个振源都要产生自己独特的振动频率成分或振动形态。,对已知的设备，找到了它所产生的各振动频率成分，也就知道了振源所在。,对一台机器所进行的振动分析1/3 是由其振动频率成分查找振源。,其余2/3 的振动分析是从已知机器的历史中找到问题所在。,多频率成分的产生,机械振动的类型,各振源间的组合,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,。,振动信号的频率分析,频率成分的提取,名称 波 形 频 谱 名称 波 形 频 谱,各种振动波形的频谱,一个简单振动试验风机转子,One second of time,风机转子每秒钟转5转,在转子上施加一个重量，使转子产生不平衡力，而引起振动,一个简单振动试验频率计算,Hertz=Hz=Cycles per secondRPM=Revolutions per minuteCPM=Cycles per minuteCPM=RPM=Hz x 60,风机转速=5,Hz or 300 RPM,周期=1/频率,风机转速,=5 Hz or 300 RPM,风机转速提高一倍,波形图中的波形靠得很近,风机转速=10,Hz or 600 RPM,一个简单振动试验提高频率,一个简单振动试验提高幅值,位移:,mils or micron,速度:,in/sec or mm/sec,加速度:,G,由于加在风机叶片上的不平衡重量，当风机转速提高后，其振动幅值增加,波形的高度是幅值.,一个简单振动试验增加另一个振源,新的振动成分=10,x 8=80 Hz,摩擦,不平衡,一个简单振动试验一个振源的频谱分析,FFT,5 Hz,5 Hz=300 RPM,10 Hz=600 RPM,FFT,10 Hz,一个简单振动试验两个振源的频谱分析,Rub,Imbalance,FFT,10 Hz,80 Hz,600 CPM,单自由度振动问题,注：确定系统运动所需的独立坐标数称为系统的自由度,简谐振动,有阻尼的强迫振动,非简谐振动,振动的频率等于,激励,的频率。,振幅大小与激励力的大小成正比。,激励频率接近固有频率时，振幅增大称为,共振,。共振峰大小决定于阻尼大小。,振幅和位相随激励频率而变化，变化规律用系统的,幅频特性,和,相频特性,来表示,。,单自由度系统的强迫振动,振动参数的计算,各振动参数间的关系,干扰力引起的振动波形,振动信号处理（1）,振动信号处理（2）,典型振动信号的,FFT,简谐波形及其频谱,脉冲波形及其频谱,方波形及其频谱,简谐拍波及其频谱,滤波问题,高通滤波,低通滤波,带通滤波,带阻滤波,FFT,中的泄漏问题及其窗函数,时 域 波 形 的 截 取 与 复 制,FFT,中的泄漏问题及其窗函数,时 域 波 形 的 复 制 误 差,FFT,中的泄漏问题及其窗函数,频 域 波 形 的 泄 漏 问 题,FFT,中的泄漏问题及其窗函数,加窗处理,矩形窗,汉宁窗(,Hanning,),海明窗(,Hamming),凯莎窗(,Kesha,),三角窗,窗函数：,混叠问题及采样频率,减少混叠问题的方法：,提高采样频率,对时域波形进行滤波,频域和时域的平均技术,平均10次后的频谱,未进行平均处理的频谱,未进行平均处理,的波形与频谱,已进行平均处理,的波形与频谱,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,Vibration frequency indicates the potential source of the problem also“how often”a problem repeats itself,Vibration amplitude indicates the severity of the problem.,Phase indicates,how,a machine is moving,与振动相关联的量相位,在转子上布置键相标记,K,，,在轴承座上布置键相传感器,K,（光电或涡流式）,，,其输出的参考脉冲为相位的基准。,以参考脉冲后到第一个正峰值的转角定义振动相位，即,a,。,振动相位直接和转子的转动角度有关，在平衡和故障诊断中有重要作用。,参考脉冲也用于测量转子的转速。,旋转机械振动,相位的测量,The relationship of the movement of part of a machine to a reference for example the position of the shaft as it rotates,The relationship of the movement between one or more points on a machine,同相位振动,反相位振动,振动相位,Once we know“how”a machine is moving,we know WHY,Amplitude and frequency provide 80%accuracy when performing a diagnosis or analysis adding phase increases accuracy to better than 95%,相位的作用,振动位移,振动加速度,振动速度,力的指示,疲劳的指示,应力的指示,对数幅值,对数频率,当量烈度等值线,实例1：600,RPM,风机,振动位移,振动速度,振动加速度,实例2：15,K,赫兹 齿轮啮合,测量单位及检测类型,各种振动传感器,结构与原理,特性曲线,标定及其标,定系数,非接触式位移传感器,磁电式振动速度传感器,压电式振动加速度计,传感器结构及原理,接收形式：惯性式,变换形式：磁电效应,典型频率范围：10,Hz1000Hz,典型线性范围：02,mm,典型灵敏度：20,mV/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,。,低输出阻抗，,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,。,磁电速度传感器,接收形式：惯性式,变换形式：压电效应,典型频率范围：0.2,Hz10kHz,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,。,压电加速度传感器,非接触式位移传感器,加速度传感器的频响特性,波德图和极坐标图,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。,三维频谱图,三维频谱图是,频谱的集合,。,第三个坐标可以是,转速,、,时间,(日期)、,其他工艺参数,等。,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。,轴心轨迹,Orbit,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。,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,轴心位置的测定,谢谢观赏,