振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識培訓(xùn)課件

1、振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識幾個(gè)基本認(rèn)識： 設(shè)備在運(yùn)行中或多或少總會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)：廣泛性 設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，振動(dòng)將發(fā)生改變（通常振幅會(huì)增大）：可能性不同類型、性質(zhì)、原因和部位產(chǎn)生的故障所激發(fā)的振動(dòng)將具有不同的特征。這些特征可表示為頻率成分、幅值大小、波形形狀，能量分布狀況等：可識別性振動(dòng)信號性質(zhì)、特征不僅與故障有關(guān)還與設(shè)備的特性（如固有頻率）、檢測位置、傳遞路徑等有關(guān)：復(fù)雜性振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識2幾個(gè)基本認(rèn)識：振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識24.1 振動(dòng)信號的采集信號采集是對不易測量的物理量(力、位移、轉(zhuǎn)角、噪聲等)，通過傳感器轉(zhuǎn)換為易于測量的物理量(電壓、電流)。振動(dòng)信號的測量參量可以是位移、速

2、度和加速度。對旋轉(zhuǎn)機(jī)械還需要測量轉(zhuǎn)速。下面分別介紹其測量用的傳感器。振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識34.1 振動(dòng)信號的采集信號采集是對不易測量的物理量(力、位一、 測振傳感器1電渦流振動(dòng)位移傳感器電渦流振動(dòng)位移傳感器是在線圈中通以高頻電，由于電磁感應(yīng)在被測體中產(chǎn)生電渦流，電渦流將產(chǎn)生一個(gè)渦流磁場，反過來使線圈的阻抗、電感和品質(zhì)因素改變，且改變量與線圈到被測體的距離有關(guān)，因此把位移量轉(zhuǎn)化成了電量。電渦流位移傳感器的頻率響應(yīng)范圍約為010KHz。振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識4一、 測振傳感器振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識42磁電式速度傳感器傳感器因被測體的激振而作強(qiáng)迫振動(dòng)，傳感器內(nèi)的磁鋼與線圈發(fā)生相對運(yùn)動(dòng) ，切割磁力線，產(chǎn)生

3、感應(yīng)電動(dòng)勢，其大小與切割磁力線的速度正比。當(dāng)被測體的運(yùn)動(dòng)頻率遠(yuǎn)大于傳感器的固有頻率時(shí)，磁鋼與線圈間的相對運(yùn)動(dòng)與殼體（被測物）的運(yùn)動(dòng)同步，兩者的速度相等。因此感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與被測物的振動(dòng)速度成正比。振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識52磁電式速度傳感器振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識5磁電式速度傳感器有兩種形式：一種是將磁鋼固定在殼體上，彈簧與線圈連接（如下圖）；另一種是線圈固定在殼體上，彈簧與磁鋼連接。磁電式速度傳感器的頻率響應(yīng)范圍約102KHz。振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識6磁電式速度傳感器有兩種形式：振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識63壓電式加速度傳感器測量原理是：它首先將輸入的絕對振動(dòng)加速度轉(zhuǎn)換成質(zhì)量塊對殼體的相對位移（兩者成正比

4、）。再經(jīng)“硬彈簧”轉(zhuǎn)換成與其成正比的力，最后經(jīng)壓電片轉(zhuǎn)換成電荷輸出。當(dāng)被測體的運(yùn)動(dòng)頻率遠(yuǎn)小于傳感器的固有頻率時(shí)，壓電元件表面的電荷量與被測體的振動(dòng)加速度幅值成正比。1一基座，2一壓電元件，3一質(zhì)量塊，4一預(yù)緊彈簧振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識73壓電式加速度傳感器1一基座，2一壓電元件，3一質(zhì)量塊，4壓電式加速度傳感器的頻率響應(yīng)范圍約為050KHa。安裝方法主要有: 鋼螺栓固定 粘接 永久磁鐵 手持探針振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識8壓電式加速度傳感器的頻率響應(yīng)范圍約為050KHa。振動(dòng)診療4電阻應(yīng)變式加速度計(jì)基礎(chǔ)振動(dòng)帶動(dòng)質(zhì)量塊產(chǎn)生振動(dòng)，從而使懸臂梁產(chǎn)生彎曲變形，粘貼在梁上的應(yīng)變片隨之變形。由加速度頻率特性可知，

5、位移與輸入加速度成比例，而粘貼在梁上的應(yīng)變片將質(zhì)量塊的相對殼體位移轉(zhuǎn)換成電阻變化，再經(jīng)電橋轉(zhuǎn)換成電壓輸出。電阻應(yīng)變式加速度計(jì)工作頻率較低，為01KHz，可測量超低頻振動(dòng)，常與動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀配合使用。振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識94電阻應(yīng)變式加速度計(jì)振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識95. 磁阻式磁電轉(zhuǎn)速傳感器由線圈和磁鐵組成，線圈和磁鐵都是靜止的。被測物旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)改變傳感器磁路的磁阻，因而改變貫穿線圈的磁能量，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，感應(yīng)電動(dòng)勢的頻率反映出被測物轉(zhuǎn)速的大小。振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識105. 磁阻式磁電轉(zhuǎn)速傳感器振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識106. 光電式轉(zhuǎn)速傳感器核心部件是光電管，它能根據(jù)光電效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換為電能。它

6、分為直射式和反射式兩類。 直射式光電轉(zhuǎn)速傳感器的讀數(shù)盤和測量盤有間隔相同的縫隙。測量盤隨被測物體轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)過一條縫隙，從光源投射到光敏元件上的光線產(chǎn)生一次明暗變化，光敏元件即輸出電流脈沖信號。這樣，輸出的脈沖數(shù)就反映了被測物的轉(zhuǎn)速。振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識116. 光電式轉(zhuǎn)速傳感器振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識11采用反射式光電轉(zhuǎn)速傳感器測量時(shí)，先在被測旋轉(zhuǎn)物體表面貼一反光片，當(dāng)該反光片旋轉(zhuǎn)到傳感器所在位置時(shí)，傳感器收到的反射光的強(qiáng)度將增強(qiáng)，光電管處于“開”的狀態(tài)，傳感器將輸出一個(gè)電脈沖；旋轉(zhuǎn)物體的其他表面通過傳感器時(shí)，光電管處于“閉”的狀態(tài)，傳感器沒有電脈沖輸出。輸出的脈沖數(shù)就反映了被測物的轉(zhuǎn)速。振動(dòng)診療

7、主題醫(yī)學(xué)知識12采用反射式光電轉(zhuǎn)速傳感器測量時(shí)，先在被測旋轉(zhuǎn)物體表面貼一反二、選用傳感器應(yīng)考慮的問題:1測量范圍:又稱量程，必須保證不超過傳感器的測量量程。2. 頻響范圍: 振動(dòng)參量的最顯著特性就是其頻率構(gòu)成特性，即一個(gè)機(jī)械振動(dòng)信號往往是由許多頻率不同的信號疊加而成。 傳感器的頻響特性要好，也就是要求其幅頻特性的水平范圍盡可能寬, 頻率下限盡可能地低，頻率上限盡可能地高。 3. 靈敏度: 一般而言，總是希望傳感器的靈敏度盡量高，以便檢測微小信號。 要求傳感器的信噪比(S/N)要高，有效地抑制噪聲信號 4. 精度 5. 穩(wěn)定性: 包括時(shí)間穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性 此外，傳感器的工作方式、外形尺寸、重量

8、等也是需要考慮的因素。 振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識13二、選用傳感器應(yīng)考慮的問題:振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識13三、 信號調(diào)理信號調(diào)理的作用是提高信號測量的準(zhǔn)確性，并保護(hù)測量系統(tǒng)。具體功能有：1) 為AD轉(zhuǎn)換器提供適合其輸入量程的輸入信號；將輸入電壓化為A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號電壓范圍0 - 5v（或10V）。2) 運(yùn)用隔離技術(shù)抑制共模干擾電壓。3) 信號濾波及線性化處理。振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識14三、 信號調(diào)理振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識144.2 振動(dòng)診斷的內(nèi)容與方法一、 振動(dòng)診斷工作的內(nèi)容確定診斷對象：量力而行，重點(diǎn)突出2. 確定檢測方式便攜式測振儀作現(xiàn)場測量?，F(xiàn)場用記錄儀(如磁帶)記錄振動(dòng)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)室分析。使

9、用永久監(jiān)測設(shè)備，不間斷地監(jiān)測系統(tǒng)若干點(diǎn)的振動(dòng)，并對振動(dòng)數(shù)據(jù)作實(shí)時(shí)分析。設(shè)備停機(jī)或運(yùn)行時(shí)，外加激振力，同時(shí)測量激振力和振動(dòng)響應(yīng)，然后進(jìn)行分析。振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識154.2 振動(dòng)診斷的內(nèi)容與方法一、 振動(dòng)診斷工作的內(nèi)容振動(dòng)診療3. 選定測量參數(shù)可測量的振動(dòng)參量可以是位移、速度和加速度?？梢愿鶕?jù)所關(guān)心的振動(dòng)頻率構(gòu)成來進(jìn)行選擇。a=v=2s，大時(shí)，a，v的測量靈敏度較高。 當(dāng)振動(dòng)頻率在0100Hz時(shí)，常使用位移傳感器； 當(dāng)振動(dòng)頻率在101000Hz時(shí)，推薦使用速度傳感器，也可以使用加速度傳感器； 如果測量的振動(dòng)頻率高于1000Hz，一般采用加速度傳感器。振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識163. 選定測量參數(shù)振動(dòng)

10、診療主題醫(yī)學(xué)知識164選擇監(jiān)測點(diǎn)：包括監(jiān)測點(diǎn)的位置和數(shù)量。選擇的原則是：能全面描述設(shè)備的振動(dòng)狀態(tài)；是設(shè)備振動(dòng)的敏感點(diǎn)；是離設(shè)備核心部位近的關(guān)鍵點(diǎn)；是容易產(chǎn)生劣化的易損點(diǎn)。監(jiān)測點(diǎn)一經(jīng)確定，就應(yīng)該作標(biāo)記，以保證在同一點(diǎn)測量。振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識17振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識17測量旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)時(shí)：對非高速旋轉(zhuǎn)體，一般測軸承振動(dòng)；對高速旋轉(zhuǎn)體，測軸的振動(dòng)位移。因?yàn)楦咚贂r(shí)軸承振動(dòng)的測定靈敏度下降。測量軸的振動(dòng)時(shí)，一般測軸與軸承座的相對振動(dòng)。 測軸承振動(dòng)時(shí)，測量點(diǎn)應(yīng)盡量靠近軸承的承載區(qū)。 振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識18測量旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)時(shí)：振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識18對于低頻振動(dòng)，應(yīng)在水平和垂直兩個(gè)方向同時(shí)測量，必要時(shí)還

11、要在軸向測量。對于高頻振動(dòng)，一般只測一個(gè)方向，因?yàn)楦哳l振動(dòng)對方向不敏感。振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識19對于低頻振動(dòng)，應(yīng)在水平和垂直兩個(gè)方向同時(shí)測量，必要時(shí)還要在5確定測量周期：可以是定期檢測、隨機(jī)檢測或長期監(jiān)測。有故障史的：診斷周期10的同時(shí)有效值6g。振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識83例：SS8電力機(jī)車軸箱軸承振動(dòng)診斷振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識83當(dāng)簡易診斷參數(shù)超限時(shí)。為了確診軸承故障及故障部位，需要再通過頻譜分析做精密診斷。SS8機(jī)車軸箱軸承(552732、75732)在輪對轉(zhuǎn)速為500r/min時(shí)，其內(nèi)圈、外圈、滾子、保持架的故障頻率分別為：0.163n81.5 Hz、0.12n=60Hz、0.0539n26

12、.95Hz、0.00707n3.535Hz。振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識84當(dāng)簡易診斷參數(shù)超限時(shí)。為了確診軸承故障及故障部位，需要再通過2頻譜分析法：對于含滾動(dòng)軸承的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，由于轉(zhuǎn)子與滾動(dòng)軸承對應(yīng)的振動(dòng)頻率不同，因此一般從頻譜圖上可以區(qū)分出來。振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識852頻譜分析法：振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識85帶滾動(dòng)軸承的機(jī)械的頻譜特點(diǎn) 不平衡不對中松動(dòng)滾動(dòng)軸承故障頻率0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50RFrequency in order3.53.02.52.01.51.00.50Velocity in mm/s pk振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識86帶滾動(dòng)軸承的機(jī)械的頻譜特點(diǎn) 不平衡不

13、對中松動(dòng)滾動(dòng)軸承故障頻率例：鍋爐球磨機(jī)電機(jī)軸承診斷某廠鍋爐球磨機(jī)電機(jī)軸承振動(dòng)超標(biāo)且有異音，經(jīng)測試分析，可以看出軸承故障頻率及其引起的噪聲諧波的振動(dòng)速度已超過標(biāo)準(zhǔn)值，說明軸承損壞，換合格軸承后設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識87例：鍋爐球磨機(jī)電機(jī)軸承診斷振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識873倒頻譜分析當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí), 引起的沖擊振動(dòng)波形往往比較復(fù)雜, 由于自轉(zhuǎn)與公頻率相差甚多, 振動(dòng)信息表現(xiàn)為調(diào)制, 實(shí)測波形為一般調(diào)幅與調(diào)頻共存, 反映在功率譜上 則表現(xiàn)為大量的邊頻簇譜線。振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識883倒頻譜分析振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識88圖 (a) 為有一內(nèi)環(huán)故障的軸承實(shí)測功率譜圖, 在內(nèi)環(huán)故障頻率116.2 H

14、z 及其2次諧波232.4 Hz 處表現(xiàn)有突出的尖鋒, 并在其兩側(cè)分布有間距為26.3 Hz (內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率) 的一簇等距邊帶, 由于它們的不規(guī)則不對稱分布, 給邊頻的識別帶來困擾。圖 (b) 為其倒頻譜圖, 在= 38 ms 處表現(xiàn)一突出的尖鋒, 所對應(yīng)的頻率f = 1/= 26.3 Hz, 就是內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。這里借助倒頻譜將功率譜中邊頻所代表的周期分量化作單根倒頻譜線, 求得調(diào)制源頻率, 即內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。將其從功率譜中分離出來, 即可由116.2 Hz, 232.4 Hz 處的尖峰準(zhǔn)確地判斷該軸承為內(nèi)環(huán)故障缺陷。振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識89圖 (a) 為有一內(nèi)環(huán)故障的軸承實(shí)測功率譜圖, 在內(nèi)環(huán)

15、故障4共振解調(diào)技術(shù)提取淹沒在常規(guī)振動(dòng)中的故障引起的微沖擊信息，輸出一個(gè)與故障沖擊一一對應(yīng)的、放大、展寬了的、剔除了常規(guī)振動(dòng)信號干擾的共振解調(diào)信號。振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識904共振解調(diào)技術(shù)振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識90振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識91振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識91圖中的 A 是含有故障沖擊信息（圖中以短直豎線表示，每一個(gè)豎線代表一次故障沖擊）的常規(guī)振動(dòng)波，從圖A中，我們可以發(fā)現(xiàn)故障沖擊信息被常規(guī)的振動(dòng)所掩蓋，直接對它作FFT分析得到的低頻譜圖 D 中，幾乎看不到表明滾動(dòng)工作面故障的沖擊特征信息。圖中的B是故障沖擊所激發(fā)的高頻諧振波（稱之為廣義共振），圖中的C是B的包絡(luò)波（稱之為解調(diào)波）。由A到C的過程

16、，就是共振解調(diào)的過程。對照圖中的C和A，不難發(fā)現(xiàn)，故障沖擊的共振解調(diào)波，對故障沖擊信息進(jìn)行了放大、展寬，并剔除了常規(guī)的振動(dòng)，并且共振解調(diào)波與原始的故障沖擊信息一一對應(yīng)，因此共振解調(diào)的信號處理過程，具有很好的信噪比。然后對圖中的C作FFT分析，則得到的譜圖 E ，比較E和D，經(jīng)過共振解調(diào)的譜圖，就沒有了常規(guī)振動(dòng)譜線的干擾，故障沖擊的譜線也就清晰可見了。振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識92圖中的 A 是含有故障沖擊信息（圖中以短直豎線表示，每一個(gè)共振解調(diào)技術(shù)的優(yōu)勢：可以有效地將環(huán)境中的振動(dòng)干擾與故障沖擊區(qū)分開來。而且“共振”有放大作用。對應(yīng)性。共振解調(diào)波與軸承等故障沖擊一一對應(yīng)，不遺漏任何一次故障沖擊。選擇性

17、。只對故障沖擊響應(yīng)，沒有故障沖擊就沒有共振解調(diào)波。放大性。微小的故障沖擊能激起很大的共振解調(diào)波。比例性。共振解調(diào)波的幅度與原始的故障沖擊幅度成比例。低頻性。共振解調(diào)波的重復(fù)頻率是低頻，即：共振解調(diào)將沖擊的高頻能量調(diào)理為低頻信號的方式出現(xiàn)，方便于FFT分析。振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識93共振解調(diào)技術(shù)的優(yōu)勢：振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識93四、 軸承的其他診斷方法溫度診斷：軸承異常時(shí)，溫度一般會(huì)升高，因此可通過測量溫度來進(jìn)行簡易診斷?；瑒?dòng)軸承的極限運(yùn)轉(zhuǎn)溫度測定部位運(yùn)轉(zhuǎn)界限溫度注意停止軸承箱7090軸承本體90120軸承內(nèi)的潤滑劑80100排出后的潤滑劑80100振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識94四、 軸承的其他診斷方法滑

18、動(dòng)軸承的極限運(yùn)轉(zhuǎn)溫度測定部位運(yùn)轉(zhuǎn)界聲學(xué)診斷：如用聲發(fā)射技術(shù)檢測軸承的剝落、裂紋。磨屑分析：通過檢查潤滑油中的磨屑，檢查磨損情況和潤滑情況。滑動(dòng)軸承磨損成分表落入物成分可能來源鐵軸頸銅軸承襯套鉛軸瓦錫軸瓦振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識95聲學(xué)診斷：如用聲發(fā)射技術(shù)檢測軸承的剝落、裂紋?；瑒?dòng)軸承磨損成油膜電阻法：滾動(dòng)軸承在旋轉(zhuǎn)過程中，如果在滾道面和滾動(dòng)體之間能夠形成良好的油膜，則內(nèi)圈和外圈之間的電阻值很大，可達(dá)兆歐以上；當(dāng)潤滑膜破壞時(shí)，則內(nèi)圈和外圈之間的電阻值可降至零歐附近。利用這一特性，便可對滾動(dòng)軸承的潤滑狀態(tài)及與此有關(guān)的磨損、腐蝕之類的損傷進(jìn)行診斷，但不適用于點(diǎn)蝕類損傷的診斷。油膜電阻法的測量分析原理如圖所示。在內(nèi)、外圈之間加1V左右的直流電壓，通過測量軸承處的電壓降來確定其阻值。振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識96油膜電阻法：振動(dòng)診療主題醫(yī)學(xué)知識96光纖維監(jiān)測診斷法原理：即使是高精度軸承，在載荷作用下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸承外圈也會(huì)發(fā)生接近于簡諧變化的彈性變形。對精度降低或有故障的軸承（如滾動(dòng)體尺寸不均勻、滾道精度喪失、表面粗糙度增大等），外圈上的徑向變形幅度將會(huì)進(jìn)一步增大，如能測得外圈表面的變形，就能夠?qū)S承狀態(tài)加以判斷。渦流傳感器和光纖傳感器都能夠測量這種變形，但后者徑向尺