振動的基本知識...ppt

BPdM北京普迪美科技有限公司Tel 86 10 62049486Fax 86 10 62044543 振動分析基礎(chǔ) 簡諧振動三要素振動的時域描述振動的頻域描述系統(tǒng)對激勵的響應(yīng)單自由度系統(tǒng)多自由度系統(tǒng)自由振動 模態(tài)強迫振動 共振幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng) 振動測量框圖傳感器及其選用旋轉(zhuǎn)機械振動測量的幾個特殊問題相位和基頻的測量波德圖和極坐標圖三維頻譜圖軸心軌跡和軸心位置圖擺振信號來源及其補償 本章內(nèi)容 什么是振動 沒有力的作用 沒有運動三種基本型式的力Impact looseparts hammeringinapipingsystem rollingelementinabearinghittingaspallPeriodic repetitiveforcesuchasunbalanceormisalignmentRandom varieswithtime forexample turbulenceinpiping pumpcavitation 振動源于力的作用 簡諧振動三要素 振幅 Amplitude 偏離平衡位置的最大值 記作A 描述振動的規(guī)模 圓頻率 Angularfrequency 描述振動的快慢 記作 單位為弧度 秒 頻率f 2 為每秒鐘的振動次數(shù) 單位為次 秒 Hz 周期T 1 f 2 為每振動一次所需的時間 單位為秒 初相角 Initialphase 描述振動在起始瞬間的狀態(tài) 記作 振動位移 Displacement d Asin t速度 Velocity v A sin t 2 加速度 Acceleration a A sin t 位移 速度 加速度都是同頻率的簡諧波 三者的幅值依次為A A A 2 相位關(guān)系 加速度領(lǐng)先速度90 速度領(lǐng)先位移90 振動位移 速度 加速度之間的關(guān)系 簡諧振動為例x Asin t 2 峰值xp A 峰峰值xp p 2A平均絕對值xav 0 637A有效值xrms 0 707A平均值對非簡諧振動 上述關(guān)系不成立 振動的時域參數(shù) 振動測量單位 Displacement distance milsormicrometers mVelocity speed rateofchangeofdisplacement in secormm secAcceleration rateofchangeofvelocity G sorin sec2ormm sec2FrequencyHertz Hz CyclespersecondRPM RevolutionsperminuteCPM CyclesperminuteCPM RPM Hzx60 瞬時值 Instantvalue 振動的任一瞬時的數(shù)值 峰值 Peakvalue 振動離平衡位置的最大偏離 平均絕對值 Aver absolutevalue 均值 Meanvalue 又稱平均值或直流分量 有效值 Rootmeansquarevalue 振動的時域參數(shù)計算 即使是很簡單的機器也會因為各種振源而產(chǎn)生振動 各振源的振動不一定都是機器的轉(zhuǎn)速頻率 通常有些振源的振動是在轉(zhuǎn)速頻率之上或之下 有些振動甚至與轉(zhuǎn)速無關(guān) 各種振源 每個振源都要產(chǎn)生自己獨特的振動頻率成分或振動形態(tài) 對已知的設(shè)備 找到了它所產(chǎn)生的各振動頻率成分 也就知道了振源所在 對一臺機器所進行的振動分析1 3是由其振動頻率成分查找振源 其余2 3的振動分析是從已知機器的歷史中找到問題所在 多頻率成分的產(chǎn)生 機械振動的類型 各振源間的組合 把振動信號中所包含的各種頻率成分分別分解出來的方法 頻率分析的數(shù)學基礎(chǔ)是傅里葉變換和快速傅里葉算法 FFT 頻率分析可用頻率分析儀來實現(xiàn) 也可在計算機上用軟件來完成 頻率分析的結(jié)果得到各種頻譜圖 這是故障診斷的有力工具 振動信號的頻率分析 頻率成分的提取 名稱波形頻譜名稱波形頻譜 各種振動波形的頻譜 一個簡單振動試驗 風機轉(zhuǎn)子 風機轉(zhuǎn)子每秒鐘轉(zhuǎn)5轉(zhuǎn)在轉(zhuǎn)子上施加一個重量 使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡力 而引起振動 一個簡單振動試驗 頻率計算 Hertz Hz CyclespersecondRPM RevolutionsperminuteCPM CyclesperminuteCPM RPM Hzx60風機轉(zhuǎn)速 5Hzor300RPM 周期 1 頻率 風機轉(zhuǎn)速 5Hzor300RPM 風機轉(zhuǎn)速提高一倍波形圖中的波形靠得很近風機轉(zhuǎn)速 10Hzor600RPM 一個簡單振動試驗 提高頻率 一個簡單振動試驗 提高幅值 由于加在風機葉片上的不平衡重量 當風機轉(zhuǎn)速提高后 其振動幅值增加波形的高度是幅值 一個簡單振動試驗 增加另一個振源 新的振動成分 10 x8 80Hz 摩擦 不平衡 一個簡單振動試驗 一個振源的頻譜分析 一個簡單振動試驗 兩個振源的頻譜分析 單自由度振動問題 注 確定系統(tǒng)運動所需的獨立坐標數(shù)稱為系統(tǒng)的自由度 簡諧振動 有阻尼的強迫振動 非簡諧振動 振動的頻率等于激勵的頻率 振幅大小與激勵力的大小成正比 激勵頻率接近固有頻率時 振幅增大稱為共振 共振峰大小決定于阻尼大小 振幅和位相隨激勵頻率而變化 變化規(guī)律用系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性來表示 單自由度系統(tǒng)的強迫振動 振動參數(shù)的計算 各振動參數(shù)間的關(guān)系 干擾力引起的振動波形 振動信號處理 1 振動信號處理 2 典型振動信號的FFT 濾波問題 FFT中的泄漏問題及其窗函數(shù) 時域波形的截取與復制 FFT中的泄漏問題及其窗函數(shù) 時域波形的復制誤差 FFT中的泄漏問題及其窗函數(shù) 頻域波形的泄漏問題 FFT中的泄漏問題及其窗函數(shù) 加窗處理 矩形窗漢寧窗 Hanning 海明窗 Hamming 凱莎窗 Kesha 三角窗 窗函數(shù) 混疊問題及采樣頻率 減少混疊問題的方法 提高采樣頻率對時域波形進行濾波 頻域和時域的平均技術(shù) 旋轉(zhuǎn)機械振動測量框圖 Vibrationfrequencyindicatesthepotentialsourceoftheproblem also howoften aproblemrepeatsitselfVibrationamplitudeindicatestheseverityoftheproblem Phaseindicateshowamachineismoving 與振動相關(guān)聯(lián)的量 相位 在轉(zhuǎn)子上布置鍵相標記K 在軸承座上布置鍵相傳感器K 光電或渦流式 其輸出的參考脈沖為相位的基準 以參考脈沖后到第一個正峰值的轉(zhuǎn)角定義振動相位 即 a 振動相位直接和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度有關(guān) 在平衡和故障診斷中有重要作用 參考脈沖也用于測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 旋轉(zhuǎn)機械振動相位的測量 Therelationshipofthemovementofpartofamachinetoareference forexamplethepositionoftheshaftasitrotatesTherelationshipofthemovementbetweenoneormorepointsonamachine 同相位振動 反相位振動 振動相位 Onceweknow how amachineismoving weknowWHYAmplitudeandfrequencyprovide80 accuracywhenperformingadiagnosisoranalysis addingphaseincreasesaccuracytobetterthan95 相位的作用 測量單位及檢測類型 各種振動傳感器 傳感器結(jié)構(gòu)及原理 接收形式 慣性式變換形式 磁電效應(yīng)典型頻率范圍 10Hz 1000Hz典型線性范圍 0 2mm典型靈敏度 20mV mm s 測量非轉(zhuǎn)動部件的絕對振動的速度 不適于測量瞬態(tài)振動和很快的變速過程 低輸出阻抗 抗干擾力強 傳感器質(zhì)量較大 對小型對象有影響 在傳感器固有頻率附近有較大的相移 磁電速度傳感器 接收形式 慣性式變換形式 壓電效應(yīng)典型頻率范圍 0 2Hz 10kHz線性范圍和靈敏度隨各種不同型號可在很大范圍內(nèi)變化 測量非轉(zhuǎn)動部件的絕對振動的加速度 適應(yīng)高頻振動和瞬態(tài)振動的測量 傳感器質(zhì)量小 可測很高振級 現(xiàn)場測量要注意電磁場 聲場和接地回路的干擾 壓電加速度傳感器 非接觸式位移傳感器 加速度傳感器的頻響特性 波德圖和極坐標圖 波德圖 BodePlot 和極坐標圖 PolarPlot 兩者所含信息相同 都表示基頻振動的幅值和相位隨機器轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律 三維頻譜圖 三維頻譜圖是頻譜的集合 第三個坐標可以是轉(zhuǎn)速 時間 日期 其他工藝參數(shù)等 本圖第三坐標是轉(zhuǎn)速 機器升速過程中發(fā)生了油膜渦動和油膜振蕩 軸心軌跡Orbit的測定 軸心軌跡 O