振動監(jiān)測基礎(chǔ)知識

一、名詞和術(shù)語振動的基本參量：幅值、周期(頻率)和相位機(jī)械振動是指物體圍繞其平衡位置附近來回?cái)[動并隨時(shí)間變化的一種運(yùn)動。振動通常以其幅值、周期(頻率)和相位來描述，它們是描述振動的三個(gè)基本參量。a?幅值：表示物體動態(tài)運(yùn)動或振動的幅度，它是機(jī)械振動強(qiáng)度的標(biāo)志，也是機(jī)器振動嚴(yán)重程度的一個(gè)重要指標(biāo)。機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的好壞絕大多數(shù)情況是根據(jù)振動幅值的大小來判別的。針對機(jī)械設(shè)備的振動信號，選擇有效的特征參數(shù)指標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測的尖鍵，常用的特征參數(shù)包括：有量綱參數(shù)：均方根(RMS),峰值(Peak)峰峰值(Peak-Peak)°均方根(RMS):表征信號的能量，其定義為：均方根是對機(jī)組進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測最重要的指標(biāo)，由于均方根振動信號的能量，當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，振動信號的能量處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)，當(dāng)機(jī)組某個(gè)零部件出現(xiàn)異常后，信號的能量增加，當(dāng)增知到超過設(shè)定閱值時(shí)，就可以判斷出機(jī)組出現(xiàn)異常、對于速度信號的評估，通常用均方根表示。均方根的穩(wěn)定性和趨勢性較好，許多標(biāo)準(zhǔn)都采用均方根來作為狀態(tài)監(jiān)測的參數(shù)?ISO10816是針對通用機(jī)械的狀態(tài)監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，采用速度信號的 RMS乍為特征參數(shù)。VDI3834作為唯——個(gè)針對風(fēng)電機(jī)組的振動標(biāo)準(zhǔn)，采用速度和加速度的RMS乍為監(jiān)測指標(biāo).峰值是指某段采集的信號中的最高值和最低值，其中，最高值表示為Peak(+)，最低值表示為Peak(-廠由于加速度信號主要表征受力的大小， 因此通常用峰值來表征加速度的大小?峰峰值(Peak-Peak)是指某段采集的信號中，最高值和最低值之間的差值，它是峰值(+)和峰值(?)之間的范圍，由于峰峰值描述的是信號值的變化范圍大小，因此對于位移信號，通常用峰峰值表示。峰一峰值等于正峰和負(fù)峰之間的最大偏差值，峰值等于峰一峰值的1/2。只有在純正弦波的情況下，均方根值才等于峰值的0.707倍，平均值等于峰值的0.637倍。而平均值在振動測量中一般則很少使用。b?周期：物體完成一個(gè)完整的振動所需要的時(shí)間，以T。表示。單位一般是用“秒"表示。例如一個(gè)單擺，它的周期就是重錘從左運(yùn)動到右，再從右運(yùn)動回左邊起點(diǎn)所需要的時(shí)間。頻率：是指振動物體在單位時(shí)間（1秒）內(nèi)所產(chǎn)生振動的次數(shù)，即Hz,以fo表示。很顯然，f。二1/Too對于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動來說，存在下述令人感興趣的頻率：a）轉(zhuǎn)動軸的旋轉(zhuǎn)頻率；b）各種振動分量的頻率；c）機(jī)器自身和基礎(chǔ)或其它附著物的固有頻率。相位：是指旋轉(zhuǎn)機(jī)械測量中某一瞬間機(jī)器的選頻振動信號（如基頻）與軸上某一固定標(biāo)志（如鍵相器）之間的相位差。相位可用來描述某一特定時(shí)刻機(jī)器轉(zhuǎn)子的位置，一個(gè)好的相位測量系統(tǒng)能夠確定每一個(gè)傳感器所在的機(jī)器轉(zhuǎn)子上“高點(diǎn)”相對機(jī)器軸系上某一固定的標(biāo)志點(diǎn)的位置。而平衡狀態(tài)的變化將會引起“高點(diǎn)”位置的變化，這種變化也會通過相位角的變化而表示出來。相位的度量單位為度（°），通常振動相位在0。?360°范圍之間變化。振動的相位在振動分折中十分重要，它不僅反映了不平衡分量的相對位置，在動平衡中必不可少，而且在故障診斷中也能發(fā)揮重要作用。2、信號類型：位移、速度、加速度位移:適用于低頻范圍，轉(zhuǎn)速在1500轉(zhuǎn)/分以下的機(jī)組；反映質(zhì)點(diǎn)的位能，可監(jiān)測位能對設(shè)備部件的破壞。速度:適用于中頻段，轉(zhuǎn)速在1500-10000轉(zhuǎn)/分范圍內(nèi)的機(jī)組；反映質(zhì)點(diǎn)的動能，可監(jiān)測動能對設(shè)備部件的破壞°加速度:適用于高頻段，轉(zhuǎn)速在10000轉(zhuǎn)/分以上的機(jī)組；反映質(zhì)點(diǎn)的受力情況受，可監(jiān)測振源的沖擊力對設(shè)備的破壞程度。三者的轉(zhuǎn)換尖系如下。把一個(gè)單擺橫向來看，當(dāng)重錘向上擺，通過起始點(diǎn)0時(shí)，其位移為零，而速度為正方向最大，加速度為零；當(dāng)重錘運(yùn)動到上死點(diǎn)時(shí)，位移為正方向最大，此時(shí)速度為零，加速度為負(fù)方向最大；重錘向下回零時(shí)，位移為零，速度為負(fù)方向最大，加速度為零；當(dāng)重錘運(yùn)動到下死點(diǎn)時(shí)，位移為負(fù)方向最大，而此時(shí)速度為零,加速度為正方向最大。結(jié)論：振動速度柑位超前振動位移90。;振動加速度相位超前振動速度90°;振動加速度相位超前振動位移180°相位如果沒有明確指明，其角度增加的方向總是與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向相反。3、 通頻振動、選頻振動、工頻振動通頻振動表示振動原始波形的振動幅值。選頻振動表示所選定的某一頻率正弦振動的幅值。工頻振動表示與所測機(jī)器轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率相同的正弦振動的幅值。對于工作轉(zhuǎn)速為6000r/min的機(jī)器，工頻振動頻率是100HZ工頻振動又叫基頻振動。4、 徑向振動、水平振動、垂直振動、軸向振動徑向振動是指垂直于機(jī)器轉(zhuǎn)軸中心線方向的振功。徑向振動有時(shí)也稱為橫向振動。水平振動是指與水平方向一致的徑向振動。垂直振動是指與垂直方向一致的徑向振動。軸向振動是指與轉(zhuǎn)軸中心線同一方向的振動。5、同步振動、異步振動同步振動是指與轉(zhuǎn)速頻率成正比變化的振動頻率成分。一般情況（但不是全部情況）下，同步成分是旋轉(zhuǎn)頻率的整數(shù)倍或者整分?jǐn)?shù)倍，不管轉(zhuǎn)速如何，它們總保持這一尖系，如一倍頻（IX），二倍頻（2X），三倍頻（3X）……，半頻（1/2X），三分之一倍頻（1/3X）……等。異步振動是指與轉(zhuǎn)速頻率無尖的振動頻率成份，也可稱為非同步運(yùn)動。6諧波、次諧波、亞異步、超異步一個(gè)復(fù)雜振動信號所含頻率等于旋轉(zhuǎn)頻率整數(shù)倍的信號分量, 也稱諧波、超諧波或同步。一個(gè)復(fù)雜振動信號中所含頻率等于旋轉(zhuǎn)頻率分?jǐn)?shù)倍的信號分量，也稱為次諧波或分?jǐn)?shù)諧波。亞異步振動是指頻率低于旋轉(zhuǎn)頻率的非同步振動分量。超異步振動是指頻率高于旋轉(zhuǎn)頻率的非同步振動分量。7、 相對軸振動、絕對軸振動、軸承座振動轉(zhuǎn)子的相對軸振動是指轉(zhuǎn)子軸頸相對于軸承座的振動，它一般是用非接觸式電渦流傳感器來測量。轉(zhuǎn)子的絕對軸振動是指轉(zhuǎn)子軸相對于大地的振動，它可用接觸式傳感器或用一個(gè)非接觸式電渦流傳感器和一個(gè)慣性傳感器組成的復(fù)合傳感器來測量。兩個(gè)傳感器所測量的值進(jìn)行矢量相加就可得到轉(zhuǎn)子軸相對于大地的振動。軸承座振動是指軸承座相對于大地的振動，它可用速度傳感器或加速度傳感器來測量。8、 自由振動、受迫振動、自激振動、隨機(jī)振動自由振動一般是指力學(xué)體系在經(jīng)歷某一初始擾動（位置或速度的變化）后，不再受外界力的激勵(lì)和干擾的情形下所發(fā)生的振動。根據(jù)擾動的類型，力學(xué)體系以自身的一種或多種固有頻率發(fā)生自由振動。受迫振動是指在外來力函數(shù)的激勵(lì)下而產(chǎn)生的振動。通常，受迫振動按照激勵(lì)力的頻率振動。自激振動是指由振動體自身所激勵(lì)的振動。維持振動的交變力是由運(yùn)動本身產(chǎn)生或控制的。自激振動通常有下述特點(diǎn)：振動頻率為亞異步或超異步，與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不同步。自激振動的頻率以轉(zhuǎn)子的固有頻率為主。多數(shù)為徑向振動。振幅可能發(fā)生急劇上升，直到受非線性作用以極限圓為界。振幅的變化與轉(zhuǎn)速或負(fù)荷尖系密切。失穩(wěn)狀態(tài)下的振動能量來源于系統(tǒng)本身。隨機(jī)振動是指當(dāng)描述系統(tǒng)振動的狀態(tài)變量不能用確切的時(shí)間函數(shù)來表述，無法確定狀態(tài)變量在某瞬時(shí)的確切數(shù)值，其物理過程具有不可重復(fù)性和不可預(yù)知性時(shí)，也就是在任何時(shí)刻，其振動的大小不能正確預(yù)知的振動。9、共振、臨界轉(zhuǎn)速、固有頻率共振是振幅和相位的變化響應(yīng)狀態(tài)，由對某一特殊頻率的作用力敏感的相應(yīng)系統(tǒng)所引起。一個(gè)共振通常通過振幅的顯著增加和相應(yīng)的相位移動來識別。 在共振發(fā)生時(shí)，當(dāng)激振頻率稍有變化（頻率上升或下降）時(shí)，其振動響應(yīng)就會明顯地減小。每一個(gè)轉(zhuǎn)子，連同支持它的軸承組成的系統(tǒng)，都有若干階橫向振動的固有頻率，每一階固有頻率又有它所對應(yīng)的振型。在一定的轉(zhuǎn)速下，某一階固有頻率可以被轉(zhuǎn)子上的不平衡力激起，這個(gè)與固有頻率一致的轉(zhuǎn)速就被稱為臨界轉(zhuǎn)速。當(dāng)系統(tǒng)作自由振動時(shí)，其振動的頻率只與系統(tǒng)本身的質(zhì)量（或轉(zhuǎn)動慣量）、剛度和阻尼有尖。這個(gè)由系統(tǒng)的固有性質(zhì)所決定的振動頻率，稱為系統(tǒng)的固有頻率。二、測量位置選擇由于軸承承載著機(jī)器的負(fù)荷，許多典型的機(jī)械問題如不平衡、不對中、松動等都會將振動信號傳遞給軸承。因此通過監(jiān)測軸承的振動，就會同時(shí)發(fā)現(xiàn)上述典型機(jī)械故障及軸承的缺陷。選擇機(jī)組的測點(diǎn)位置，根據(jù)以下原則并考慮現(xiàn)場后續(xù)維護(hù)便利性，充分溝通之后確定：選擇振動測點(diǎn)應(yīng)盡量靠近被測軸承的承載區(qū)；安裝點(diǎn)與被監(jiān)測的轉(zhuǎn)動部件最好只有一個(gè)界面，盡可能避免多層相隔，以減少振動信號在傳遞過程中因中間環(huán)節(jié)造成的能量衰減；測量點(diǎn)與振動傳遞介質(zhì)必須要有足夠的剛度;女裝位置的選擇不能影響對機(jī)組的Fl常維護(hù)、檢修和管理；傳感器需要安裝在易于維護(hù)、不會受到外在影響與破壞的位置。圖3典型設(shè)備測點(diǎn)布置三?選擇采集設(shè)置大部分?jǐn)?shù)據(jù)采集器采集頻譜作為其篩選功能的一部分，頻率范圍必須能正確的反映樣本，還要選擇合適的傳感器和合適的頻率范圍。頻譜的頻率范圍低于振動的最大頻率時(shí)也會造成信號丟失。如果頻率范圍很寬，可能會分辨率太低而得不到離散頻率的信息，如果默認(rèn)的頻率范圍達(dá)不到足夠的分辨率，必須采集和分析多個(gè)數(shù)據(jù)采樣。如何才能既要有足夠高的分辨率分析工作頻率和邊帶，又要包括高頻的軸承和齒輪嚙合頻率？把數(shù)據(jù)測點(diǎn)分解成兩個(gè)或三個(gè)帶寬，或者增加諧線以提高分辨率。這樣，一個(gè)測點(diǎn)可能就需要幾個(gè)采樣，或者數(shù)據(jù)采集器能對單個(gè)樣本做幾個(gè)帶寬處理。選擇合適的頻率范圍和譜線數(shù)，以便有足夠的分辨率得到所有的振動特征。數(shù)據(jù)采集多長時(shí)間（采樣數(shù)據(jù)長度）數(shù)據(jù)采樣時(shí)間越長，采集的周期數(shù)越多，旋轉(zhuǎn)信息獲得的越多。采樣長度原貝I」：所測量部位旋轉(zhuǎn)16個(gè)周期以上。多久采集一個(gè)數(shù)據(jù)（采樣頻率）采樣頻率越高信號信息越多；數(shù)據(jù)量大，無用信息多。采樣頻率原則：采樣頻率=分析上限頻率X2.56采樣頻帶范圍設(shè)置多少（分析頻帶）頻帶越寬無用信息越多，采樣時(shí)間越長；頻帶窄，丟失有用數(shù)據(jù)。 原則：滿足采樣定理；頻率分辨率適中；盡量滿足頻帶最