機(jī)械振動(dòng)分析與預(yù)知維修教學(xué)課件電子教案全套課件

1預(yù)知維修技術(shù)：第1部分

預(yù)知維修基礎(chǔ)

1.1維修體制（Maintenancephilosophies）故障即事后維修；預(yù)防即定期（基于時(shí)間的）維修；預(yù)知即視情（基于狀態(tài)的）維修；主動(dòng)即防護(hù)維修。1.1.1故障即事后（breakdownorruntofailure）維修允許機(jī)器出現(xiàn)故障，在設(shè)備正好完全停車或停車之后，僅僅修理或更換損壞的零件。當(dāng)設(shè)備的停車不影響生產(chǎn)并且不計(jì)人工和材料的成本時(shí)，這種方法是行之有效的。不斷地在無(wú)計(jì)劃的“危機(jī)處理”模式下工作。維修活動(dòng)要求庫(kù)存大量的備件。每天面對(duì)一長(zhǎng)串未完成的任務(wù)和一大堆新的夜間突然發(fā)生的緊急事情，所以員工常常過(guò)度疲勞。

1.1.2預(yù)防即定期（preventiveortime-based）維修

按照預(yù)先確定的以日歷天數(shù)和機(jī)器運(yùn)行時(shí)數(shù)表示的時(shí)間間隔，定期進(jìn)行維修。在嚴(yán)重問(wèn)題發(fā)生之前修理和更換損壞的設(shè)備。對(duì)于非連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備，是一種好方法。有足夠的技能、知識(shí)和時(shí)間來(lái)完成預(yù)防維修的任務(wù)。主要缺點(diǎn)是可能導(dǎo)致維修任務(wù)完成得太早或太遲，

不是維修不足，就是維修過(guò)剩。1.1.3預(yù)知即視情（predictiveorcondition-based）維修監(jiān)測(cè)機(jī)器運(yùn)行的狀態(tài)，如果檢測(cè)到不良趨勢(shì)，則識(shí)別機(jī)器中容易發(fā)生故障的零件并確定維修的時(shí)間。優(yōu)點(diǎn)之一是可以以系統(tǒng)安排的方式確定維修時(shí)間。因?yàn)榫S修工作僅在需要時(shí)才進(jìn)行，所以提高了生產(chǎn)能力?？赡艿娜秉c(diǎn)是，由于對(duì)機(jī)器劣化的不正確的評(píng)價(jià)，可能實(shí)際上增加維修工作量。為了跟蹤振動(dòng)、溫度或潤(rùn)滑的不良趨勢(shì)，要求監(jiān)測(cè)這些參數(shù)的專業(yè)設(shè)備，并且對(duì)員工進(jìn)行培訓(xùn)（或者雇用有技能的員工）。1.1.4主動(dòng)即防護(hù)（proactiveorprevention）維修強(qiáng)調(diào)對(duì)故障根原因的跟蹤。分析每一個(gè)故障并采取主動(dòng)測(cè)量，以保證這些故障不再發(fā)生。它利用以上介紹的和與根原因故障分析（RCFA）相結(jié)合的全部預(yù)防/預(yù)知維修技術(shù)。RCFA檢測(cè)和查明引起缺陷的問(wèn)題。它保證采用和執(zhí)行適當(dāng)?shù)陌惭b和修理技術(shù)，也可以突出設(shè)備再設(shè)計(jì)和修改的需要，以避免這些問(wèn)題再次出現(xiàn)。以系統(tǒng)安排的方式制定設(shè)備修理的時(shí)間表，，為了減少和消除重復(fù)發(fā)生的潛在問(wèn)題，需要提出改進(jìn)措施。1.2維修體制的進(jìn)步（evolutionofMaintenancephilosophies）事后維修在早期是實(shí)用的，是被動(dòng)的。直到發(fā)生功能性故障才停止運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著原始故障，經(jīng)常出現(xiàn)繼發(fā)損壞。定期維修，又稱為預(yù)防維修。在設(shè)備完成一定的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)數(shù)之后，即使沒(méi)有功能失效的證據(jù)，也要停止生產(chǎn)，進(jìn)行大修?？赡苡芯S修的不足和過(guò)剩。預(yù)知維修和主動(dòng)維修是普遍的。流程工業(yè)迫切要求預(yù)知維修在連續(xù)的流程工業(yè)中，例如石油和燃?xì)?、發(fā)電、鋼鐵、造紙、水泥、石化、紡織、鋁及其他，即使是很少的停機(jī)檢修時(shí)間也會(huì)造成巨大的損失。正是在這些情況下，采用預(yù)知維修要求是最強(qiáng)烈的。預(yù)知維修的效益（benefits）提高機(jī)器的生產(chǎn)率。消除由于設(shè)備意外故障引起的工廠停機(jī)。延長(zhǎng)大修的時(shí)間間隔。以“當(dāng)需要時(shí)”為基礎(chǔ)，制定維修活動(dòng)時(shí)間表。在大修程序中，減少“當(dāng)需要時(shí)打開(kāi)、檢查和修理的”的數(shù)量。預(yù)知維修指出特殊的缺陷并且由此可以使維修工作更集中，而不是調(diào)查全部可能檢測(cè)的問(wèn)題。減少修理時(shí)間。在機(jī)器發(fā)生故障之前停機(jī)，實(shí)際上沒(méi)有繼發(fā)損壞，所以修理時(shí)間減少了。增加機(jī)器壽命。維護(hù)良好的機(jī)器一般能持續(xù)運(yùn)行更長(zhǎng)的時(shí)間預(yù)知維修的效益（benefits）續(xù)合理計(jì)劃修理的資源。對(duì)設(shè)備缺陷的預(yù)知減少了檢測(cè)故障的時(shí)間，從而也減少了故障報(bào)告時(shí)間，涉及調(diào)配員工，獲取正確的文件，落實(shí)必要的備件，加工和其他修理所需要的項(xiàng)目。提高產(chǎn)品質(zhì)量。改進(jìn)維修的綜合作用是提高產(chǎn)品質(zhì)量。例如，造紙機(jī)的振動(dòng)直接影響紙的質(zhì)量。節(jié)省維修成本。執(zhí)行合理的維修計(jì)劃可以平均節(jié)省20-25%的直接維修成本，同時(shí)在增加產(chǎn)量上又得到其兩倍的值。1.3工廠機(jī)器的分類和介紹

1.3.1維修策略（maintenancestrategy）

上述維修體制具有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，并且根據(jù)對(duì)工廠設(shè)備的危險(xiǎn)程度分析來(lái)實(shí)施。通常根據(jù)危險(xiǎn)程度把設(shè)備分為以下類型：●關(guān)鍵；●基本；●一般。選定關(guān)鍵設(shè)備的依據(jù)如果出故障，則會(huì)影響工廠的安全；如果停機(jī)就會(huì)削減生產(chǎn)過(guò)程。無(wú)備份的機(jī)組和大功率機(jī)組。資本成本很高，它們的修理要花費(fèi)大量的資金（例如，高速渦輪機(jī)械）或者要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間。多年的“烈馬”，即一次非正常操作的最輕微刺激就能損壞的機(jī)器。若運(yùn)轉(zhuǎn)良好，就會(huì)節(jié)約能量或提高生產(chǎn)率的機(jī)組。選定基本設(shè)備的依據(jù)故障會(huì)影響工廠的安全；是工廠運(yùn)行的基本機(jī)器，如果停機(jī)就會(huì)削減一個(gè)基層單位的生產(chǎn)或部分流程；不一定具有可采購(gòu)安裝的備件；能夠啟動(dòng)，但是可能影響生產(chǎn)過(guò)程；某些要求定時(shí)維修的機(jī)器，例如往復(fù)壓氣機(jī)；

這些機(jī)器要求中等程度的支出、專業(yè)知識(shí)和維修時(shí)間；多年的“烈馬”，即達(dá)到以往規(guī)定的時(shí)間而損壞的機(jī)器，例如，在腐蝕性介質(zhì)中工作的離心鼓風(fēng)機(jī)。選定一般設(shè)備的依據(jù)故障不影響工廠的安全；對(duì)工廠的產(chǎn)品不是關(guān)鍵的；有已安裝的備用品，可以在要求時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)；繼發(fā)損壞不發(fā)生或者是極輕微的。一般可以對(duì)一般設(shè)備采用故障維修體制。這些機(jī)器用不著永久安裝的儀器即連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通常用便攜式儀器監(jiān)測(cè)。1.4預(yù)知維修的原理（Principleofpredictivemaintenance）

預(yù)知維修監(jiān)測(cè)機(jī)器的狀態(tài)、設(shè)備效率和其他參數(shù)，試圖推出功能失效的大致時(shí)間。利用最高性價(jià)比工具的組合獲取設(shè)備和工廠系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件，根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)，做出維修的時(shí)間安排。預(yù)知維修使用各種技術(shù)，例如振動(dòng)分析，油樣和磨損殘?jiān)治?，超聲，溫度記錄法，性能評(píng)估和其他技術(shù)評(píng)定設(shè)備的狀態(tài)。實(shí)際上與醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)非常相像。圖1.2預(yù)知維修

1.5預(yù)知維修技術(shù)（Predictivemaintenancetechniques）振動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)于檢測(cè)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的機(jī)械缺陷，無(wú)疑是最有效的技術(shù)。聲發(fā)射，檢測(cè)結(jié)構(gòu)和管路的裂紋。油樣分析，檢測(cè)軸承和齒輪的狀態(tài)。微粒分析，殘?jiān)峁┝慵踊男畔?。腐蝕監(jiān)測(cè)，超聲厚度測(cè)量，跟蹤腐蝕磨損。溫度記錄法，能檢測(cè)發(fā)電機(jī)、架空線路、鍋爐、不對(duì)中的聯(lián)軸器中的熱度和缺陷及許多其它的缺陷。性能監(jiān)測(cè)。1.6振動(dòng)分析（vibrationanalysis）—關(guān)鍵的預(yù)知維修技術(shù)

1.6.1振動(dòng)分析（檢測(cè)模式（detectionmode））通過(guò)常規(guī)的，無(wú)論是按連續(xù)的原則還是以事先安排的時(shí)間間隔，對(duì)機(jī)器振動(dòng)的監(jiān)測(cè)，在非常嚴(yán)重和引起計(jì)劃外停機(jī)的故障之前識(shí)別發(fā)展中的問(wèn)題。常規(guī)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)可以檢測(cè)劣化或有缺陷的軸承、機(jī)械松動(dòng)、磨損或斷裂的齒輪。振動(dòng)監(jiān)測(cè)也可以在導(dǎo)致軸承或軸劣化之前，檢測(cè)不對(duì)中和失衡的狀態(tài)。振動(dòng)分析系統(tǒng)的組成傳感器，也稱為信號(hào)拾取計(jì)；信號(hào)分析儀；分析軟件；數(shù)據(jù)分析和存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)。1.6.2振動(dòng)分析（診斷模式（diagnosismode））按常規(guī)檢測(cè)異常的噪聲和振動(dòng)，進(jìn)行振動(dòng)分析。為了準(zhǔn)確地判定問(wèn)題并且估計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，可以另外做頻譜分析。分析（診斷）模式的振動(dòng)測(cè)量取決于設(shè)備的關(guān)鍵程度。節(jié)省成本。振動(dòng)分析的另一個(gè)應(yīng)用是作為驗(yàn)收測(cè)試來(lái)證實(shí)正確地做了機(jī)器的修理工作。這種分析可以證實(shí)在軸承或齒輪的安裝上是否進(jìn)行了正確的維修，或者對(duì)中或平衡是否達(dá)到了所要求的公差。1.6.3振動(dòng)分析——效益（benefits）識(shí)別不正確的維修，包括軸承的不正確的安裝和復(fù)位，軸的不準(zhǔn)確的對(duì)中或轉(zhuǎn)子的不精密的平衡。因?yàn)閹缀?0%的常見(jiàn)旋轉(zhuǎn)設(shè)備的問(wèn)題與不對(duì)中和失衡有關(guān)，所以振動(dòng)分析是用于減少和消除重復(fù)出現(xiàn)的機(jī)器問(wèn)題的一個(gè)重要的工具。識(shí)別不正確的生產(chǎn)行為，例如超過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo)地使用設(shè)備（過(guò)高的溫度、速度或負(fù)荷）。明顯地提高設(shè)備的可靠性，包括精確的對(duì)中和平衡，質(zhì)量更好的安裝和修理，不斷降低的工廠設(shè)備的平均振動(dòng)級(jí)。2預(yù)知維修技術(shù)：第2部分

振動(dòng)基礎(chǔ)

2.1彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)（spring-masssystem）：質(zhì)量，剛度，阻尼圖2.1質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)機(jī)器或結(jié)構(gòu)的阻止即抵抗其振動(dòng)的固有性質(zhì)。質(zhì)量。表示物體保持其原始的靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的慣性。力促使靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，質(zhì)量阻止這種變化,Kg。剛度。使結(jié)構(gòu)彎曲即撓曲一定的距離需要一定的力。產(chǎn)生一定撓度所要求的力的量值被稱為剛度，N/m。阻尼。一旦力使一個(gè)零件或結(jié)構(gòu)進(jìn)入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，零件或結(jié)構(gòu)就會(huì)具有減慢運(yùn)動(dòng)（速度）的固有機(jī)制。這個(gè)降低運(yùn)動(dòng)速度的性質(zhì)稱為阻尼，N/(m/s)。缺陷與質(zhì)量、剛度和阻尼機(jī)器中的由缺陷引起的振動(dòng)。如果缺陷引起的振動(dòng)比三個(gè)抑制性質(zhì)的凈和大很多，產(chǎn)生的振動(dòng)值就會(huì)很高，就可能檢測(cè)到缺陷。2.2轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的響應(yīng)（rotorsystemresponse）

不平衡質(zhì)量Mu產(chǎn)生的振動(dòng)力三個(gè)系統(tǒng)性質(zhì)產(chǎn)生的抑制力平衡時(shí)2.3什么是振動(dòng)

（vibration）？振動(dòng)是機(jī)器的運(yùn)動(dòng)，或者說(shuō)它的零件從它的靜止位置來(lái)回地運(yùn)動(dòng)。對(duì)質(zhì)量塊施加一個(gè)力并且引起移動(dòng)，才有振動(dòng)。圖2.3振動(dòng)的性質(zhì)

2.4振動(dòng)的性質(zhì)（thenatureofvibration）

圖2.4簡(jiǎn)諧波——質(zhì)量-彈簧關(guān)于時(shí)間的運(yùn)動(dòng)軌跡

簡(jiǎn)諧振動(dòng)速度加速度圖2.5質(zhì)量塊簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的波形2.4.1波的

基礎(chǔ)知識(shí)

描述波形的術(shù)語(yǔ)：周期頻率波長(zhǎng)幅值相角2.5諧波（harmonics）圖2.8方波的構(gòu)成2.5.1傅里葉分析（Fourieranalysis）

圖2.9方波的傅里葉變換

2.5.2總幅值機(jī)器的總振動(dòng)級(jí)是在很寬頻率范圍的總振動(dòng)幅值的度量，可以用加速度、速度或位移表示。圖2.10速度的總幅值圖

2.5.3振動(dòng)的術(shù)語(yǔ)振動(dòng)位移（峰峰值）（vibrationdisplacement(peaktopeak)）有時(shí)位移僅僅指“峰值”而言（ISO2372）。振動(dòng)速度（峰值）（vibrationvelocity(peak)）質(zhì)量塊通過(guò)其中間位置時(shí)，速度取其最大值。振動(dòng)速度（vibrationvelocity）（rms）

均方根值——能的含量，峰值——振動(dòng)強(qiáng)度。峰值相同時(shí)，一般速度均方根值越高，損壞越多。波峰系數(shù)（crestfactor）波形的峰值與均方根值之比。有時(shí)也稱為“峰值-均方根值比”。振動(dòng)加速度（vibrationacceleration）（峰值）質(zhì)量塊在行程的極限位置有最大值，g。位移，速度，加速度（displacement,velocity,acceleration）—使用哪一個(gè)？一般，較大的振動(dòng)幅值對(duì)應(yīng)于較嚴(yán)重的機(jī)械缺陷。低于10Hz的振動(dòng)產(chǎn)生很小的，中等的關(guān)于速度的振動(dòng)和相對(duì)較大的關(guān)于位移的振動(dòng)。使用位移。在高頻段，加速度的值比速度或位移的值明顯。對(duì)于超過(guò)1000Hz或1500Hz的頻率，首選的振動(dòng)測(cè)量單位是加速度。一般認(rèn)為10Hz和1000Hz之間的速度提供好的振動(dòng)激烈性指標(biāo)。圖2.11在恒定速度下，位移，速度和加速度之間的關(guān)系。EU,工程單位

大多數(shù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械（及其缺陷）運(yùn)行在10-1000Hz頻段，所以振動(dòng)測(cè)量和分析常用速度。2.5.4使用振動(dòng)理論的機(jī)械故障檢測(cè)（usingvibrationtheorytoMachineryfaultdetection）圖2.12機(jī)械故障檢測(cè)

機(jī)器中引起很高振動(dòng)級(jí)的常見(jiàn)缺陷旋轉(zhuǎn)部件的失衡；

聯(lián)軸器和軸承的不對(duì)中；軸彎曲；磨損即損壞的齒輪和軸承；不良的傳動(dòng)帶和鏈條；扭振；電磁力；空氣動(dòng)力學(xué)的力；液壓力；松動(dòng)；摩擦；共振。振動(dòng)分析的目的把系統(tǒng)的振動(dòng)響應(yīng)與發(fā)生在機(jī)器、機(jī)器零件、傳動(dòng)鏈以至機(jī)械結(jié)構(gòu)中的缺陷聯(lián)系起來(lái)。2.6振動(dòng)的極限和標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于任何指定的機(jī)器，不可能有絕對(duì)的振動(dòng)耐力或極限。更確切地說(shuō)，要確定（fix）一個(gè)如果被超出就會(huì)立即產(chǎn)生機(jī)器故障的振動(dòng)極限是不可能的。由于機(jī)械故障的發(fā)展太復(fù)雜，以至于不能確定這個(gè)極限。如果有某種可應(yīng)用的準(zhǔn)則，就能夠有效地把振動(dòng)作為機(jī)器狀態(tài)的指標(biāo)，熟悉機(jī)器振動(dòng)的人已經(jīng)用經(jīng)驗(yàn)給我們提供了一些可靠的準(zhǔn)則。圖2.13ISO2372—機(jī)器振動(dòng)烈度的ISO準(zhǔn)則

Ⅰ類在正常條件下與整機(jī)連成一體的電動(dòng)機(jī)和機(jī)器的零件（這類機(jī)器的典型例子是15kW以下的生產(chǎn)用電機(jī)）。Ⅱ類沒(méi)有專用基礎(chǔ)的中等尺寸的機(jī)器（典型地，輸出功率15～75kW的電機(jī)）；剛性固定在專用基礎(chǔ)上的發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)器（300kW以下）。Ⅲ類安裝在剛性非常大的（在測(cè)振方向上）、重的基礎(chǔ)上的、帶有旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的大型原動(dòng)機(jī)和其他大型機(jī)器。Ⅳ類安裝在剛性非常小的（在測(cè)振方向上）基礎(chǔ)上、帶有旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的大型原動(dòng)機(jī)和其他大型機(jī)器（例如透平發(fā)動(dòng)機(jī)組，特別是輕型透平發(fā)動(dòng)機(jī)組）。美國(guó)石油組織（AmericanPetroleuminstitute）(API)（API技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）API發(fā)布了許多關(guān)于石油工業(yè)使用的透平機(jī)械的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。包括API-610，API-612，API-613，API-616和API-617。主要涉及機(jī)器的設(shè)計(jì)、安裝、性能和支持系統(tǒng)。也有轉(zhuǎn)子平衡質(zhì)量、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)和振動(dòng)允限的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。透平機(jī)器振動(dòng)極限的API技術(shù)規(guī)范得到公認(rèn)并明顯帶來(lái)好的結(jié)果。API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，軸的最大允許振動(dòng)位移峰-峰值不大于2.0密爾或(12000/N)1/2，其中N是機(jī)器的最高轉(zhuǎn)速。

圖2.14a振動(dòng)極限——在煉油廠服役的API-610離心泵

圖2.14b振動(dòng)極限——在煉油廠服役的API-610離心泵

2.6.2IRDmechanalysis振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)

通用機(jī)器烈度圖（generalmachineryseventychart）用于外殼的振動(dòng)，不表示軸的振動(dòng)。用于剛性安裝或用螺栓固定在較強(qiáng)剛性基礎(chǔ)上的機(jī)器。安裝在彈性防振器例如圓彈簧或橡膠墊上的機(jī)器的振動(dòng)幅值一般比剛性安裝的機(jī)器高很多。對(duì)于安裝在防振器上的機(jī)器，一般的規(guī)定是允許兩倍的振動(dòng)。高頻的振動(dòng)不服從上述準(zhǔn)則。圖2.15通用機(jī)器烈度圖

通用振動(dòng)加速度烈度圖（generalvibrationaccelerationseventychart）經(jīng)濾波的加速度讀數(shù)才能用于該圖機(jī)床振動(dòng)極限指南（guidetovibrationlimitsformachinetools）

主軸軸承套上的傳感器在切削方向的振動(dòng)位移的輸出

機(jī)床類型公差范圍（密爾）磨床螺絲磨床0.01-0.06成形磨床0.03-0.08汽缸磨床0.03-0.10平面磨床(垂直讀數(shù))0.03-0.2立式即Besly型0.05-0.2無(wú)心磨床0.04-0.1鏜床0.06-0.1車床0.2-13數(shù)據(jù)采集

3.1概述主要任務(wù)：機(jī)器振動(dòng)信號(hào)的采集；振動(dòng)信號(hào)向電信號(hào)的轉(zhuǎn)換；電信號(hào)向電元件的傳輸；提供關(guān)于振動(dòng)數(shù)據(jù)的信息和文件。硬件或程序。包括傳感器、存儲(chǔ)和分析數(shù)據(jù)的電子儀器、輔助振動(dòng)分析的軟件、記錄保持和文件。3.2振動(dòng)信號(hào)的采集（collectionofvibrationsignal）——振動(dòng)傳感器，性質(zhì)和安裝

3.2.1速度計(jì)

工作原理圖3.1采用動(dòng)鐵和動(dòng)圈原理的兩種速度計(jì)因?yàn)橹亓?，水平和垂直安裝，制造方法不同。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械上，必須考慮敏感軸。橫軸振動(dòng)可能損壞速度傳感器。假設(shè)速度傳感器向下的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生正輸出信號(hào)。如果沿敏感軸把持傳感器并且輕叩它的底面，那么初始叩擊時(shí)的信號(hào)是正的。傳感器的數(shù)量（numberofsensors）。傳感器沿著其主軸方向測(cè)量運(yùn)動(dòng)。由于機(jī)器外殼的結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，可能需要在垂直、水平和軸平面安裝速度傳感器，測(cè)量三個(gè)方向的振動(dòng)。安裝（mounting）安裝的位置必須平整、清潔，比速度計(jì)大一些?？捎锚?dú)立安裝的附件。安裝表面鉆孔并攻絲。在高溫、輻射、水或磁場(chǎng)等惡劣環(huán)境下，采取特殊的保護(hù)措施。大型交流電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)在速度計(jì)中感生與實(shí)際振動(dòng)相混淆的電壓，可以使用磁屏蔽?？焖俅_定是否需要磁屏蔽：把速度計(jì)懸掛在靠近很可能感受振動(dòng)的地方（拿在不顫抖的手里，不至于引起實(shí)際的振動(dòng)）。如果觀察到明顯的振動(dòng)，就可能需要磁屏蔽。

靈敏度（sensitivity）對(duì)于指定的振動(dòng)級(jí)，輸出越大，受電氣噪聲的影響越小。一般從10Hz到1kHz，靈敏度是常數(shù)。通常從10Hz開(kāi)始，輸出按指數(shù)規(guī)律下降。這時(shí)幅值讀數(shù)是不準(zhǔn)確的。對(duì)同一位置反復(fù)進(jìn)行的僅關(guān)于趨勢(shì)或平衡的振動(dòng)測(cè)量，不妨礙使用。頻率響應(yīng)（frequencyresponse）頻率響應(yīng)必須在機(jī)器要求的頻率范圍之內(nèi)。標(biāo)定（calibration）按年度基準(zhǔn)標(biāo)定。包括靈敏度與頻率關(guān)系的測(cè)試，確定內(nèi)部彈簧和阻尼系統(tǒng)是否由于熱和振動(dòng)而劣化。優(yōu)點(diǎn)

容易安裝；中頻范圍的信號(hào)強(qiáng)；

不需要外電源。缺點(diǎn)

體積和重量較大；對(duì)輸入頻率敏感；頻率響應(yīng)范圍窄；含有運(yùn)動(dòng)零件；對(duì)磁場(chǎng)敏感。3.2.2加速度傳感器/拾振器（accelerationtransducer/pickup）旋轉(zhuǎn)機(jī)器最常用。堅(jiān)固耐用，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，頻率響應(yīng)范圍寬。機(jī)器外殼上安裝的結(jié)構(gòu)?？梢赃B續(xù)地或定時(shí)地測(cè)量外殼的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)。圖3.2加速度計(jì)工作原理（theoryofoperation）慣性測(cè)量裝置。信號(hào)與振動(dòng)的加速度成正比。由封裝在金屬防護(hù)殼中的壓電晶體（由鐵電體材料制成，例如鋯鈦酸鉛和鈦酸鋇）和小質(zhì)量塊組成。受到振動(dòng)時(shí)，壓電晶體產(chǎn)生的電荷正比于變化的振動(dòng)力。電荷輸出的測(cè)量單位是皮庫(kù)每g（pC/g），其中g(shù)是重力加速度。具有內(nèi)部/外部電荷放大器。把壓電晶體的電荷輸出轉(zhuǎn)換為成正比的，以mV/g為單位的電壓輸出。電流或電壓型（currentorvoltagemode）具有內(nèi)部的低輸出阻抗的放大器并且需要外接恒電流/電壓源。由于內(nèi)部放大電路，額定溫度較低。電荷型（chargemode）沒(méi)有內(nèi)部放大器，因此額定溫度較高。外部電荷放大器用與加速度計(jì)匹配的特殊的適配電纜供電?，F(xiàn)場(chǎng)配線的終端為外部電荷放大器。

當(dāng)輸出電纜的長(zhǎng)度在500英尺以內(nèi)，可以忽略對(duì)信號(hào)質(zhì)量的影響。更長(zhǎng)的電纜會(huì)減小有效的頻率響應(yīng)范圍。安裝（mounting）雙頭螺栓（stud）安裝法、膠粘（adhesive）安裝法、磁鐵（magnet）（雙面的，即平的）安裝法或者不安裝，例如使用手持探頭（handheldprobe）或托架（stinger）。每種方法都影響加速度計(jì)的高頻響應(yīng)。雙頭螺栓（stud）法的頻率響應(yīng)最寬，是最穩(wěn)固、可靠的固定方法。靈敏度（sensitivity）振動(dòng)監(jiān)測(cè)的一般靈敏度為100mV/g。頻率范圍（frequencyrange）典型的從1或2Hz到8或10kHz。標(biāo)定（calibration）高溫和沖擊會(huì)損壞加速度計(jì)內(nèi)部的零件。如果懷疑加速度計(jì)的可靠性，可以做偏壓試驗(yàn)。偏壓是傳感器輸出信號(hào)的直流成分。同時(shí)也應(yīng)該檢查電源，以便消除不正確的電源電壓影響傳感器偏壓電平的可能性。3.2.3位移探頭，渦流傳感器（eddycurrenttransducers），接近探頭（proximityprobes）對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)器徑向軸承的監(jiān)測(cè)，渦流傳感器（接近傳感器）是首選的振動(dòng)傳感器。典型的應(yīng)用主要是針對(duì)高速透平機(jī)械。渦流傳感器的安裝一般包括

內(nèi)部，內(nèi)/外部，外部安裝。

工作原理（theoryofoperation）振蕩器/解調(diào)器產(chǎn)生2MHz高頻射頻（RF）信號(hào)，通過(guò)延長(zhǎng)電纜發(fā)送并且從探頭嘴輻射。在軸的表面產(chǎn)生渦流。振蕩器/解調(diào)器解調(diào)信號(hào)并提供已調(diào)制的電壓，其中直流部分與間隙（距離）成正比，交流部分與振動(dòng)成正比。圖3.3接近探頭的原理

傳感器的數(shù)量(numberoftransducers)對(duì)較小的、不太關(guān)鍵的機(jī)器，每個(gè)軸承一個(gè)渦流傳感器系統(tǒng)。應(yīng)安裝在預(yù)計(jì)有最大振動(dòng)的平面。對(duì)較大的、比較關(guān)鍵的機(jī)器，推薦每個(gè)軸承安裝兩個(gè)渦流傳感器系統(tǒng)。相互隔開(kāi)90°，測(cè)量軸在徑向軸承的總運(yùn)動(dòng)。當(dāng)兩個(gè)渦流傳感器均連接到一個(gè)示波器時(shí)，構(gòu)成兩個(gè)振動(dòng)信號(hào)的軌跡，即笛卡爾乘積。安裝方法（mountingmethods）傳感器的方向軸承座是水平對(duì)開(kāi)的，一般在垂直平面兩側(cè)45°安裝。應(yīng)沿著機(jī)組的最大振動(dòng)方向安裝并充分地提供安裝文件。與軸中心線的正交精心操作，保證渦流探頭與軸的中心線正交。偏差超過(guò)1—2°就會(huì)影響系統(tǒng)的輸出靈敏度。探頭的側(cè)隙從渦流傳感器探頭嘴發(fā)射的RF場(chǎng)的形狀大約為45°角的圓錐體。在探頭嘴的所有側(cè)面必須給出間隙，以防止對(duì)RF場(chǎng)的干擾。例如，如果在軸承上鉆一個(gè)安裝探頭的孔，則必須鉆沉孔，當(dāng)軸發(fā)生熱膨脹時(shí)，保證探頭嘴下面沒(méi)有軸環(huán)或軸肩的熱膨脹。內(nèi)部安裝圖3.4內(nèi)部安裝的探頭

內(nèi)部安裝時(shí)，用專用支架。在重安裝軸承蓋之前正確地安裝傳感器系統(tǒng)并且留出間隙。優(yōu)點(diǎn)安裝需要的機(jī)械加工較少?？蓪?shí)現(xiàn)真正的關(guān)于軸承測(cè)量。用渦流探頭可以不受限制地測(cè)量軸表面。缺點(diǎn)在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，沒(méi)有探頭的機(jī)械維修空間。電纜可能因“空氣阻力”而扯斷。必須提供傳感器電纜的出口。必須精心地避免漏油。外部/內(nèi)部安裝圖3.4內(nèi)部安裝的探頭

使用安裝適配器。在軸承座或軸承蓋上鉆孔和攻絲時(shí)，保證渦流探頭的安裝與軸的中心線正交。外部/內(nèi)部安裝的優(yōu)點(diǎn)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可以更換渦流探頭。在軸上可以自由地觀察渦流探頭。機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可以改變間隙。外部/內(nèi)部安裝的缺點(diǎn)可能不是真實(shí)的軸承相對(duì)運(yùn)動(dòng)。需要較多的機(jī)械加工。探頭/探針較高，可能引起共振。

外部安裝老式機(jī)器的結(jié)構(gòu)不能提供理想的探頭安裝位置。圖3.6外部安裝的探頭使用這種方法的唯一正當(dāng)理由是在軸承座內(nèi)部沒(méi)有足夠的空間。要特別地重視探頭的檢測(cè)區(qū)并且做好傳感器和電纜的機(jī)械防護(hù)。外部安裝的優(yōu)點(diǎn)最便宜的方法。外部安裝的缺點(diǎn)可能出現(xiàn)軸的電偏轉(zhuǎn)和/或機(jī)械脫出。要求機(jī)械防護(hù)。機(jī)械脫出（mechanicalrunout）渦流傳感器對(duì)粗糙度也敏感的。必須給出大約三倍探頭直徑的光潔區(qū)作為探頭的測(cè)量區(qū)。電偏轉(zhuǎn)（electricalrunout）對(duì)磁導(dǎo)率和電阻系數(shù)敏感，磁場(chǎng)延伸到軸表面0.4mm左右，在測(cè)量區(qū)避免非同質(zhì)的材料，例如鉻合金。另一種電偏轉(zhuǎn)可能由小磁場(chǎng)，例如剩磁引起。標(biāo)定（calibration）使探頭嘴面對(duì)目標(biāo)。測(cè)微計(jì)，以0.1mm的增量離開(kāi)探頭。在每一個(gè)增量記錄電壓讀數(shù)并且畫(huà)圖。在特定范圍，得到的圖應(yīng)當(dāng)是線性的。探頭與目標(biāo)的間隙（probetotargetgap）

把間隙調(diào)整到線性范圍的中心。例如，對(duì)于使用數(shù)字電壓表的—12V直流，把間隙設(shè)置為相應(yīng)的1.5mm（即60密爾）左右的機(jī)械間隙。

圖3.7典型的標(biāo)定曲線3.3從振動(dòng)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換（conversionofvibrationtoelectricalsignals）3.3.1手持振動(dòng)計(jì)和分析儀（handheldvibrationmetersandanalyzers）手持振動(dòng)計(jì)提供的數(shù)據(jù)：加速度(峰值,g)；速度(峰值—rms,mm/s)；位移(峰峰值,微米)；軸承狀態(tài)(gSE，dB及其他)。優(yōu)點(diǎn)方便靈活，不要求使用技能，廉價(jià)。缺點(diǎn)限于形式，一般缺少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。

振動(dòng)數(shù)據(jù)的采集和報(bào)告（collectingandreportingvibrationdata）——手持振動(dòng)計(jì)電動(dòng)機(jī)和水泵組成機(jī)組的標(biāo)記方式：

速度峰值mm/s(20/8/01)垂直水平軸向A2.41.71.0B2.11.91.2C4.35.62.7D3.74.12.1振動(dòng)級(jí)的報(bào)告

誤差的原因在機(jī)器上的位置；

探頭角度；

探頭的形式；傳感器的安裝（或手持時(shí)的壓力）。

在機(jī)器上的位置（positiononmachinery）為了直接比較數(shù)據(jù)，在同樣位置測(cè)量。用涂料標(biāo)記，或者打淺錐孔。探頭角度（probeangle）朝向機(jī)器表面的垂直方向。探頭的形式（probetype）用磁鐵固定比用手持探頭能采集較高的振動(dòng)頻率。采集高頻振動(dòng)數(shù)據(jù)，探頭形式的改變會(huì)顯示總振動(dòng)級(jí)的劇烈改變。壓力（pressure）要求手的壓力平均、穩(wěn)定。3.3.2便攜數(shù)據(jù)采集器/分析儀（portabledatacollectors/analyzers）兩種基本類型：?jiǎn)瓮ǖ?；雙通道。優(yōu)點(diǎn)能夠采集、記錄和顯示振動(dòng)數(shù)據(jù)，例如FFT譜、總趨勢(shì)圖和時(shí)域波形。提供有序的數(shù)據(jù)采集。自動(dòng)報(bào)告超出預(yù)定極限值的測(cè)量值。能做現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)分析。缺點(diǎn)價(jià)格較高。必須經(jīng)過(guò)培訓(xùn)。存儲(chǔ)能力有限。3.3.3振動(dòng)分析——數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件（databasemanagementsoftware）儲(chǔ)存振動(dòng)數(shù)據(jù)；比較當(dāng)前、過(guò)去值和報(bào)警極限；檢驗(yàn)偏離正常狀態(tài)的情況；輔助分析。趨勢(shì)圖給出早期警報(bào)并安排最佳修理時(shí)間。確定數(shù)據(jù)采集的路線（route）。設(shè)定采集位置，形成有效的順序。優(yōu)、缺點(diǎn)輔助機(jī)器數(shù)據(jù)的采集、管理和分析。保存長(zhǎng)期的機(jī)器數(shù)據(jù)。提供用戶界面友好的報(bào)告。軟件很貴。初始輸入時(shí)，需要大量信息。各品牌數(shù)據(jù)采集器/分析儀及其程序不兼容。3.3.4在線數(shù)據(jù)采集和分析（onlinedataacquisitionandanalysis）關(guān)鍵機(jī)器配備連續(xù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。故障的早期發(fā)現(xiàn)，防護(hù)措施?？梢詮闹鳈C(jī)向本地監(jiān)測(cè)設(shè)備傳送信息，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。局域網(wǎng)（LAN）或廣域網(wǎng)（WAN）為廣大用戶進(jìn)行機(jī)器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供條件。優(yōu)、缺點(diǎn)連續(xù)、在線監(jiān)測(cè)；自動(dòng)測(cè)量；即刻缺陷檢測(cè)。要求在線系統(tǒng)的可靠性；故障的驗(yàn)證昂貴；要求特殊技能；系統(tǒng)昂貴。3.3.5基于知識(shí)的信息系統(tǒng)（knowledge-basedinformationsystems）為了建立機(jī)器的數(shù)學(xué)模型，專家系統(tǒng)需要機(jī)器及其性質(zhì)的信息。然后，把這些模型儲(chǔ)存起來(lái)并用于分析當(dāng)前數(shù)據(jù)和預(yù)報(bào)。按照問(wèn)題嚴(yán)重性的置信系數(shù)的大小提出建議。專家系統(tǒng)分析當(dāng)前數(shù)據(jù)并且把它和歷史數(shù)據(jù)相比較，以便搜索發(fā)生的任何變化。然后，系統(tǒng)用絕對(duì)閾值、統(tǒng)計(jì)極限和計(jì)算的變化率評(píng)定顯著變化的烈度。然后，把一系列已證實(shí)的準(zhǔn)則運(yùn)用于這些數(shù)據(jù)。最后，把全部違反準(zhǔn)則的實(shí)例結(jié)合起來(lái)，得出診斷為正確的概率。3.3.6相位測(cè)量系統(tǒng)（phasemeasurementsystems）

頻閃觀測(cè)儀基準(zhǔn)標(biāo)志；角度刻度。由1×rpm信號(hào)觸發(fā)，基準(zhǔn)標(biāo)志看上去靜止。優(yōu)、缺點(diǎn)易用，便攜。軸的轉(zhuǎn)速等于觸發(fā)器的頻率。如果“凍結(jié)”組件，就可以觀測(cè)到螺栓松動(dòng)、聯(lián)軸器墊片損壞和其他缺陷。某些頻閃儀可以做外部觸發(fā)器用。只能對(duì)1×rpm的振動(dòng)提供相位差；讀數(shù)不精確；使用時(shí)要求極度的小心謹(jǐn)慎。雙通道分析儀同時(shí)接受來(lái)自不同位置的加速度計(jì)輸入。提供非常有意義的振動(dòng)數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)在軸上不需要基準(zhǔn)標(biāo)志。因此不需要停下機(jī)器來(lái)添加標(biāo)志；得到非常精確的相位差；能夠提供任何頻率的相位差。缺點(diǎn)雙通道型分析儀比單通道分析儀貴。光電管軸上纏繞黑色帶子（絕緣膠帶），然后在帶子的橫向粘貼細(xì)反射條。發(fā)射穩(wěn)定光源。每次發(fā)光都在反射條反射。容易確定軸的轉(zhuǎn)速。圖3.17光電管原理電磁和非接觸式傳感器（鍵控相位計(jì)）軸上必須有切口、陷坑、鍵或鍵槽。如果要求監(jiān)測(cè)2×rpm的相位，那么必須在軸上給出兩個(gè)基準(zhǔn)標(biāo)志。這樣，每轉(zhuǎn)將產(chǎn)生兩次觸發(fā)，于是，分析儀將在2×rpm觸發(fā)，因此將在2×rpm得出相位的讀數(shù)。如果必須比較關(guān)于振動(dòng)頻率的分諧波或非諧波，就可以使用具有可調(diào)濾波器的標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)傳感器和標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)分析儀提供任何理想振動(dòng)頻率的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。3.3.7扭轉(zhuǎn)振動(dòng)（torsionalvibration）每個(gè)旋轉(zhuǎn)傳送功率的機(jī)械系統(tǒng)都受某種扭轉(zhuǎn)特性的支配。主要與振動(dòng)分析有關(guān)的三種重要的扭轉(zhuǎn)特性為1.

一轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速變化；2.

扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；3.

傳輸誤差。一轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速變化在一個(gè)周期內(nèi)，角速度增加和下降引起一轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速變化。扭轉(zhuǎn)振動(dòng)轉(zhuǎn)軸上的兩點(diǎn)之間的相對(duì)角位移的變化。在靜止軸的圓周上選擇兩個(gè)共線點(diǎn)。開(kāi)始傳送功率時(shí)，就可能被扭曲。這種測(cè)量一般采用一對(duì)電磁轉(zhuǎn)數(shù)傳感器。測(cè)量扭矩的振動(dòng)計(jì)把扭矩轉(zhuǎn)變?yōu)檩S的驅(qū)動(dòng)側(cè)和負(fù)載側(cè)之間的相位差。用于確定扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的相位差是通過(guò)F-V（頻率對(duì)電壓）的高速轉(zhuǎn)換并且用頻率計(jì)算的處理方法得到的。圖3.20扭轉(zhuǎn)振動(dòng)

傳輸誤差（transmissionerror）傳輸誤差是功率傳輸設(shè)備在上游和下游位置的旋轉(zhuǎn)角度的導(dǎo)前或滯后。類似于扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的檢測(cè)，通過(guò)功率傳輸?shù)纳嫌魏拖掠挝恢弥g的相位差測(cè)量。在多軸系統(tǒng)中，一轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速變化、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和傳輸誤差一般以復(fù)雜的方式互相混合。系統(tǒng)中出現(xiàn)的多種反作用伴隨著這些變化，例如：l

振動(dòng)和/或噪聲的增強(qiáng)；l

定位精度的劣化；l

進(jìn)給精度的劣化；l

疲勞破壞。圖3.21傳輸誤差的確定

扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)（torsionalvibrometer）因?yàn)槭褂秒p傳感器系統(tǒng)，所以只要在被研究的轉(zhuǎn)軸上粘貼有條紋的膠帶，就可以用扭轉(zhuǎn)振動(dòng)計(jì)檢測(cè)旋轉(zhuǎn)脈沖，測(cè)量角位移的變化，從而分析扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。嵌入主設(shè)備的FFT分析儀能夠進(jìn)行頻率分析、軌跡分析和現(xiàn)場(chǎng)分析結(jié)果打印。在前面顯示的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)示意圖中，假設(shè)不能測(cè)量?jī)牲c(diǎn)之間的相對(duì)位移。然而，只要在目標(biāo)的特殊位置粘貼有條紋的膠帶，就可以從角位移的變化分析扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的成分。

4信號(hào)處理、應(yīng)用和描述

4.1快速傅里葉變換（FFT）分析（FastFourierTransform(FFT)analysis）信號(hào)處理采取以下步驟:模擬信號(hào)輸入；抗混濾波器；A/D轉(zhuǎn)換器；重疊；加窗；FFT；平均；顯示/存儲(chǔ)。4.1.1傅里葉

變換快速傅里葉變換（FFT）的目的:把模擬形式（時(shí)域）的測(cè)量轉(zhuǎn)換到頻域。采樣頻率采樣是在指定瞬間紀(jì)錄波的幅值，然后從紀(jì)錄點(diǎn)生成曲線的過(guò)程。以多快的速度采樣，才能使數(shù)字波精確地復(fù)制原始模擬波呢？奈奎斯特（Nyquist）采樣定理：“如果在采樣信號(hào)中不丟失任何信息，則必須以至少兩倍的感興趣的最高頻率成分的頻率采樣?！庇捎诓蓸宇l率低引起的出現(xiàn)較低頻波的現(xiàn)象稱為疊混（aliasing）。在理論上，不應(yīng)有超過(guò)采樣頻率一半的振動(dòng)頻率，實(shí)際上是不能保證的。

所有的分析儀都配備抗混濾波器(anti-aliasingfilter)。必須在啟動(dòng)模擬量數(shù)字化之前濾波。

4.1.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器（analogtodigitalconverters）A/D轉(zhuǎn)換器引進(jìn)2的冪（稱為2進(jìn)制數(shù)。12位A/D轉(zhuǎn)換器提供4096個(gè)間隔，…）。間隔數(shù)越大，信號(hào)的幅值分辨率越高。12位A/D轉(zhuǎn)換器可達(dá)到滿刻度的0.025%的分辨率，而16位A/D轉(zhuǎn)換器具有0.0015%的分辨率。采集幅值信號(hào)。4.1.3加窗（windowing）加窗等于信號(hào)樣本與同樣長(zhǎng)度的窗函數(shù)相乘。采樣的結(jié)果隨著關(guān)于波形期間的位置變化。通過(guò)強(qiáng)迫采樣數(shù)據(jù)在開(kāi)始和結(jié)束時(shí)為零，充填間斷點(diǎn)使采樣期間看上去是連續(xù)的。幅值精度影響頻率分辨力。窗函數(shù)有許多種:矩形窗；平頂窗；漢寧（hanning）窗；哈明（hamming）窗；凱撒貝塞爾（KaiserBessel）窗；布萊克曼（Blackman）窗；巴萊特（Barlett）窗。平頂窗峰值“較寬”。漢寧窗增寬，比平頂窗小。識(shí)別特殊頻率成分，最好使用矩形窗。，平頂窗峰的幅值是最好的。最好的解實(shí)際上意味著以多種不同的方法處理數(shù)據(jù)。漢寧窗一般是缺省的選擇，因?yàn)樗陬l率條之間提供好的峰值分辨率，同時(shí)峰的增寬較小。4.1.4線分辨率（linesofresolution），F(xiàn)-max，帶寬（bandwidth）屏幕顯示。分辨率取200，400，800，…線。F-max是分析儀的最大頻率。帶寬—F-max除以分辨率。F-max太高，帶寬增大，分辨率受影響。F-max太低，失去有價(jià)值的高頻數(shù)據(jù)。擇F-max值的建議：泵、風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)等通用旋轉(zhuǎn)機(jī)器，為20×或40×轉(zhuǎn)速。

齒輪箱，高于嚙合頻率的3倍。首次操作，采取兩個(gè)頻譜，10×，100×,然后有根據(jù)地選擇F-max的設(shè)置。4.1.5平均（Averaging）線性（linear）平均趨向于隨機(jī)誤差的平均數(shù)。頻譜的平均典型地為2，4，8，16或32次。峰值保持（peakhold）對(duì)于任何平均，顯示為最高譜線幅值的包絡(luò)。用于觀察瞬時(shí)現(xiàn)象，例如在應(yīng)力分析研究期間可能需要的突然下降或隨機(jī)的激勵(lì)。指數(shù)（Exponential）平均新取得的頻譜有較大加權(quán)。觀察關(guān)于采樣時(shí)間變化非常緩慢的狀態(tài)。同步時(shí)間（synchronoustime）平均利用來(lái)自被研究機(jī)器的同步信號(hào)，并且用于時(shí)域平均。同步信號(hào)的形式通常是由處于軸的圓周基準(zhǔn)位置的光電管或電磁傳感器發(fā)出的脈沖。在做平均的期間，以這種方法在關(guān)于軸旋轉(zhuǎn)的同一時(shí)間采取振動(dòng)樣本。有效地消除了系統(tǒng)中的非同步振動(dòng)。如果機(jī)器中有很多以不同速度旋轉(zhuǎn)的零件，則使用這種方法。因此，在其他振動(dòng)平均出去的同時(shí)，伴隨同步信號(hào)的同步振動(dòng)得到加強(qiáng)。4.1.6重疊（overlap）采集和分析1kHz，1024個(gè)樣本為40ms。FFT在10ms內(nèi)計(jì)算和顯示頻譜，空閑30ms。使用新塊和舊塊的部分?jǐn)?shù)據(jù)，繼續(xù)工作和計(jì)算新的頻譜。鑒于上例，F(xiàn)FT計(jì)算時(shí)，使用前一塊的75%和新塊的25%的數(shù)據(jù)。75%的過(guò)程重疊，顯示的過(guò)程時(shí)間（第一塊之后）是10ms每頻譜，而不是40ms。例如，在100Hz采集數(shù)據(jù)，16次平均。數(shù)據(jù)采集時(shí)間是4s，如果沒(méi)有重疊，則需要64s。如果采取75%的重疊，那么第一塊需要4秒，每一個(gè)后續(xù)塊需要1秒，即需要4×1＋1×15=19秒。由于利用重疊，在數(shù)據(jù)采集期間大量地節(jié)省了時(shí)間。這種方法使得數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用更有效果。4.1.7顯示/存儲(chǔ)（display/storage）

頻段/報(bào)警（frequencybands/alarms）FFT譜被分成稱為頻段的6個(gè)區(qū)域，每一段都有自己的報(bào)警線。例如，把頻段設(shè)置為監(jiān)測(cè)軸承缺陷的頻率。一些振動(dòng)允限趨向于基于頻率和諧波的濾過(guò)的振動(dòng)極限。振動(dòng)級(jí)隨著旋轉(zhuǎn)機(jī)器頻率的增加而降低。兩種頻段報(bào)警的形式。一種以頻段內(nèi)的峰值為基礎(chǔ)，另一種以頻段內(nèi)包含的總破壞能量為基礎(chǔ)。分析儀包含這些數(shù)據(jù)和機(jī)器信息。瀑布圖（waterfalls）是在機(jī)器的同一位置采集的FFT的特殊顯示。觀察整個(gè)范圍內(nèi)任何頻率振動(dòng)幅值的變化。頻譜數(shù)據(jù)使用過(guò)多寄存器，使用計(jì)算機(jī)軟件顯示瀑布圖。4.2時(shí)間波形分析（timewaveformanalysis）

提供頻譜分析不能顯示的狀態(tài)的線索。早期用示波器觀測(cè)，手工計(jì)算頻率成分在絕大多數(shù)情況下，F(xiàn)FT更適用于頻率計(jì)算。圖4.10從水泵采集的主要特征是1×rpm并且疊加了高頻波的波形

拍（beats）的現(xiàn)象頻率稍有不同（大約少于30Hz）并且幅值近似相等的兩個(gè)波形將產(chǎn)生拍波。幅值交替地強(qiáng)化和相消而產(chǎn)生嚴(yán)格的脈沖。幅值的變化稱為調(diào)制，它的頻率等于兩個(gè)波形的頻率之差。拍（beats）的應(yīng)用拍波在具有速度差很小的滾軸或卷筒的離心機(jī)中是常見(jiàn)的，如果各自有些失衡，產(chǎn)生拍頻就是很正常的。有時(shí)，可以通過(guò)對(duì)拍的計(jì)時(shí)確定滾軸和卷筒之間的速度差。有電氣缺陷的電動(dòng)機(jī)中。缺陷產(chǎn)生兩倍電力線頻率的振動(dòng)頻率。如果電力線頻率是50Hz，那么缺陷頻率將是100Hz。那么，如果電動(dòng)機(jī)的實(shí)際速度是2980rpm，它的二次諧波則為99.3Hz。于是，100和99.3Hz的兩個(gè)波將產(chǎn)生拍和幅值調(diào)制。在時(shí)間波形領(lǐng)域，對(duì)FFT提供的附加信息有：低速應(yīng)用（小于100rpm）；在沖擊的情況下，指出真實(shí)的幅值，例如對(duì)滾動(dòng)軸承和齒輪中缺陷的嚴(yán)重性的評(píng)定；松動(dòng)；摩擦；拍。失衡和不對(duì)中等缺陷的時(shí)間波形不太復(fù)雜。在分析儀上進(jìn)行時(shí)間波形分析設(shè)置的參數(shù)：測(cè)量單位，采樣時(shí)限，分辨率，平均，窗口。4.2.1測(cè)量單位這里指的是感興趣的振動(dòng)性質(zhì)，位移,微米（可以對(duì)高頻和低頻定義為μH和μL）；速度，mm/s-峰值；加速度，g。一般推薦使用傳感器本身的單位顯示時(shí)間波形。如果滑動(dòng)軸承的數(shù)據(jù)是用非接觸探頭采集的，一般使用位移。

4.2.2采樣的時(shí)限（timeperiodofsample）為了得到分析工作有用的時(shí)間波形，應(yīng)設(shè)置為測(cè)量5～10個(gè)振動(dòng)波的周期即被測(cè)量機(jī)器的轉(zhuǎn)數(shù)。

4.2.3分辨率（resolution）對(duì)于時(shí)間波形，建議使用1600線（4096個(gè)樣本）。保證采集的數(shù)據(jù)有足夠的精度并且捕獲關(guān)鍵的故障。一般的采樣頻率是256，512，1024，…。4.2.4平均（averaging）大多數(shù)數(shù)據(jù)采集器的平均在FFT中進(jìn)行。如果沒(méi)有激活同步時(shí)間平均功能，即使選擇了多次平均，屏幕顯示的時(shí)間波形也是最后一次測(cè)量的波形。因此，分析時(shí)間波形時(shí)，一般采取單次平均，重疊平均是不可能的。同步時(shí)間平均用于特殊旋轉(zhuǎn)零件的同步（synchronize）數(shù)據(jù)采集。例如,在齒輪箱的監(jiān)測(cè)中，確定有缺陷的齒相對(duì)于基準(zhǔn)標(biāo)志的位置。在往復(fù)設(shè)備上，通過(guò)參考特殊的曲柄角度對(duì)故障“定時(shí)”。4.2.5窗口在進(jìn)行FFT時(shí)，可以使用不同的窗函數(shù)減小泄漏誤差。某些儀器也可以把這些窗用于時(shí)間波形數(shù)據(jù)。這將迫使時(shí)間樣本的開(kāi)始和結(jié)尾的數(shù)據(jù)為零，這樣在波形中會(huì)失掉某些信息。為了消除這種影響，應(yīng)使用均勻窗即矩形窗。4.3相位信號(hào)分析（phasesignalanalysis）提供對(duì)故障的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。例如，失衡和軸彎曲的FFT頻譜似乎一樣。為此，采用相位分析。是對(duì)軌跡分析、轉(zhuǎn)子平衡、速度測(cè)量的進(jìn)一步分析，也能幫助變速機(jī)器的分析。采用相位分析的分析儀用以下方法輔助診斷：階次分析/跟蹤模式；軌跡；共振識(shí)別；模態(tài)分析（MA）；運(yùn)轉(zhuǎn)撓曲形狀（ODS）分析。階次分析獲取相位和幅值。要求外部觸發(fā)器。相位分析著眼于不同零件在指定頻率的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。目的是鎖定機(jī)器轉(zhuǎn)速的顯示，所以，速度變化時(shí)，確定階次的成分的顯示位置保持不變。當(dāng)rpm發(fā)生變化時(shí)，1×rpm成分不會(huì)移動(dòng)。相位與階次顯示的關(guān)系是指定的。階次跟蹤（ordertracking）主要用于變速機(jī)器的振動(dòng)分析。提供階次域?？傉駝?dòng)圖中的X軸不是幅值對(duì)應(yīng)的時(shí)間，而是幅值對(duì)應(yīng)的rpm的階次（例如10階次=10×rpm）。只有在光電管和鍵控相位計(jì)等外部觸發(fā)器的幫助下才能進(jìn)行。在跟蹤模式下觸發(fā)器同步零時(shí)域信號(hào)，把采樣時(shí)鐘脈沖調(diào)到最高頻率的2.56倍。跟蹤到20×rpm，補(bǔ)償跟蹤濾波器的相位誤差。跟蹤模式的應(yīng)用：計(jì)算影響系數(shù)，在平衡面上施加試驗(yàn)配重，用平衡程序計(jì)算機(jī)器的影響系數(shù)。一旦計(jì)算出影響系數(shù)，就可以不用進(jìn)一步的試運(yùn)轉(zhuǎn)，估計(jì)補(bǔ)償配重或消減配重。檢查機(jī)器不對(duì)中。把兩個(gè)加速度計(jì)放在聯(lián)軸器的兩邊。跟蹤模式可以確定是否存在由于不對(duì)中產(chǎn)生的180°的相移。4.4信號(hào)的特殊處理

4.4.1同步時(shí)間平均（synchronoustimeaveraging查找振動(dòng)根源。采集與1ד標(biāo)志”脈沖同步的時(shí)間波形。在時(shí)間域平均。顯示頻譜。用于測(cè)量與特殊零件或軸的轉(zhuǎn)速直接或諧波相關(guān)的振動(dòng)。要求一個(gè)轉(zhuǎn)速計(jì)或提供1×脈沖的裝置。用于啟動(dòng)與基準(zhǔn)軸旋轉(zhuǎn)同步的數(shù)據(jù)采集。安裝轉(zhuǎn)速計(jì)的軸是基準(zhǔn)（reference）軸。在每一個(gè)數(shù)據(jù)采集窗口（window）的時(shí)間內(nèi)，記錄所有的機(jī)器振動(dòng)。通過(guò)平均，消除基準(zhǔn)軸轉(zhuǎn)速的非同步頻率。同步時(shí)間平均的應(yīng)用轉(zhuǎn)子振動(dòng)問(wèn)題，例如失衡、不對(duì)中、轉(zhuǎn)子松動(dòng)和摩擦，保持在由同步時(shí)間平均提供的頻譜顯示中。與轉(zhuǎn)軸不同步的缺陷，例如軸承故障、氣蝕、電氣噪聲和共振產(chǎn)生的非同步頻率被平均出頻譜。所以消除非同步峰線可能需要多次平均。要了解采取多少次平均。有時(shí)，需要100～1000次。通過(guò)用分析儀顯示關(guān)于基準(zhǔn)轉(zhuǎn)子的同步峰線，可以實(shí)現(xiàn)同步時(shí)間平均。例子圖4.14用電動(dòng)機(jī)軸上的觸發(fā)器的同步時(shí)間平均譜——注意與電動(dòng)機(jī)不同步的其他頻率幅值的下降例子圖4.15用風(fēng)扇軸上的觸發(fā)器的同步時(shí)間平均譜

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964cpm峰線可能與4×電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速混淆。因?yàn)楸黄骄鋈?，所以可以斷定其原因是非同步的，可能是定子繞組中的電氣問(wèn)題。

4.4.2軌跡（orbits）是時(shí)域的李薩如（Lissajous）圖形，在X-Y坐標(biāo)平面同時(shí)畫(huà)出。確定旋轉(zhuǎn)方向，采用相位觸發(fā)器。把軌跡上的圓點(diǎn)看作1×rpm的起點(diǎn)，把空白看作終點(diǎn)。測(cè)量的單位是直接用接近探頭測(cè)量的位移。測(cè)量的是相對(duì)振動(dòng)讀數(shù)。是軸關(guān)于軸承座的振動(dòng)測(cè)量。軌跡圖給出了軸中心線在軸承座中實(shí)際運(yùn)動(dòng)的視圖。加速度計(jì)和速度計(jì)安裝在軸承座的外面。測(cè)量結(jié)果稱為外殼軌跡。測(cè)量軸的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)（相對(duì)于空間）。當(dāng)從左向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，點(diǎn)1～5沿時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)。如果軸的旋轉(zhuǎn)也是沿時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，這種軌跡被認(rèn)為是向前進(jìn)動(dòng)（forwardprecession），否則，是向后進(jìn)動(dòng)（reverseprecession）。波德圖（Bodeplot）波德圖包含兩個(gè)曲線圖：幅值與機(jī)器轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線；相位與機(jī)器轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線。為了顯示波德圖，使用相位觸發(fā)器獲取軸的相位測(cè)量和機(jī)器轉(zhuǎn)速測(cè)量的基準(zhǔn)。分析儀以特定的時(shí)間間隔（可以由用戶定義）同時(shí)觸發(fā)和記錄幅值和相位，然后互相緊接著顯示這兩個(gè)圖。在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)中，波德圖主要用于確定轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。圖4.18波德圖顯示轉(zhuǎn)子“臨界轉(zhuǎn)速”近似于4400rpm。注意該轉(zhuǎn)速下，最大幅值是35微米。2900rpm時(shí)，相位是45°，4400rpm是135°，指示90°的相位差。察看相位圖是否與開(kāi)始值相差90°

極坐標(biāo)圖/奈奎斯特圖（polar/Nyquistplot）在一個(gè)圖上表示波德圖考察的三個(gè)的變量。。圖的中心表示零速度和零幅值，隨后的幅值和相角的測(cè)量值與它們相應(yīng)的機(jī)器轉(zhuǎn)速一起畫(huà)在圖上。好像隨著機(jī)器轉(zhuǎn)速增加到全速，跟蹤振動(dòng)向量的端點(diǎn)（矢端軌跡）。相角的測(cè)量值圍繞著圖的圓周畫(huà)出，與機(jī)器的旋轉(zhuǎn)方向相反。極坐標(biāo)圖上的轉(zhuǎn)速總是經(jīng)過(guò)濾波的機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，或者是機(jī)器轉(zhuǎn)速的若干倍數(shù)，這取決于被調(diào)查的故障。機(jī)器的臨界轉(zhuǎn)速顯示為圓圈，同時(shí)臨界轉(zhuǎn)速處于離圓圈起點(diǎn)90°的地方。圖4.19指示轉(zhuǎn)子臨界（共振）轉(zhuǎn)速大約為5000rpm的奈奎斯特圖小瀑布圖（cascadeplot）表示3個(gè)參數(shù)：幅值、頻率和機(jī)器轉(zhuǎn)速。以特定的機(jī)器轉(zhuǎn)速的間隔記錄幅值為頻率的函數(shù)的FFT圖。應(yīng)特別地注意瀑布圖和小瀑布圖的不同瀑布圖是在同一位置以不同時(shí)間間隔采集的FFT。屬于同一轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器。小瀑布圖是在不同的機(jī)器轉(zhuǎn)速下采集的FFT，并且是在機(jī)器轉(zhuǎn)速過(guò)渡期間采集的，例如，在啟動(dòng)或停車期間。在小瀑布圖中，階次（1/2×，1×或更高）以直線的形式顯示。顯然，小瀑布圖是瞬變分析的工具，它成為關(guān)鍵機(jī)器的基本診斷工具。波德圖和奈奎斯特圖也屬于這種類型的瞬變分析工具。全譜（fullspectrum）也稱為軌跡譜。與軌跡顯示相同的信息，但是采用的格式不同。確定與不同的機(jī)器狀態(tài)有關(guān)的橢圓度（扁率），以及所有頻率成分當(dāng)前的進(jìn)動(dòng)方向。正交的X和Y傳感器信號(hào)，F(xiàn)FT，獲取每個(gè)頻率的振動(dòng)成分。正的為向前進(jìn)動(dòng)，負(fù)的則為向后進(jìn)動(dòng)。對(duì)于一個(gè)特殊頻率（1×，2×或…）的指定軌跡，下列橢圓度和進(jìn)動(dòng)信息：

向前和向后兩個(gè)成分的和是軌跡長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度。兩個(gè)成分之差是軌跡短軸的長(zhǎng)度。向前和向后兩個(gè)成分決定進(jìn)動(dòng)方向。全譜（正像常規(guī)FFT）可以從穩(wěn)態(tài)分析中得到（單個(gè)FFT或瀑布），從瞬變分析獲取全譜稱為全譜小瀑布。圖4.21穩(wěn)態(tài)單個(gè)全譜

4.4.3運(yùn)轉(zhuǎn)撓曲形狀分析（Operationaldeflectionshapes(ODS)analysis）運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的振動(dòng)視覺(jué)化技術(shù)。測(cè)量不同位置的相對(duì)幅值和相位信息，供給具有響應(yīng)數(shù)據(jù)模擬軟件的主機(jī)。結(jié)果符合實(shí)際，但是機(jī)器不同位置的運(yùn)動(dòng)圖片是非?？鋸埖?。ODS分析依靠機(jī)器的實(shí)際振動(dòng)。是應(yīng)用相當(dāng)簡(jiǎn)單的技術(shù)，不依靠負(fù)載和結(jié)構(gòu)的近似模型。數(shù)據(jù)是在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)（operatingasitis）采集的。

圖4.22ODS分析

ODS與模態(tài)分析的對(duì)比（ODSversusmodalanalysis）模態(tài)分析一般用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)和在改變結(jié)構(gòu)之前調(diào)研設(shè)計(jì)的修改。ODS模擬機(jī)器運(yùn)動(dòng)，分析和解決復(fù)雜的機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中的問(wèn)題。模態(tài)分析在不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)機(jī)器的結(jié)構(gòu)施加特殊控制和測(cè)量的負(fù)載，使用測(cè)量值計(jì)算結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性。確定質(zhì)量、剛度和阻尼性質(zhì)的數(shù)學(xué)模型和振型。這些特性與結(jié)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)無(wú)關(guān)。ODS是相當(dāng)簡(jiǎn)單的，完全依賴于機(jī)器的實(shí)際工作負(fù)載激勵(lì)振動(dòng)。不同的負(fù)載和運(yùn)轉(zhuǎn)條件產(chǎn)生不同的撓曲形狀。對(duì)于ODS，使用振動(dòng)頻譜分析儀采集特殊頻率（1×，2×或其他頻率）的測(cè)量值，確定在構(gòu)造ODS的頻率下的幅值。一個(gè)測(cè)量位置為基準(zhǔn)位置，在其他位置，使用巡回（roving）傳感器測(cè)量被選擇頻率下的相對(duì)振動(dòng)級(jí)和相位。相對(duì)幅值和相位是有效的，而絕對(duì)值是不重要的。如果需要，絕對(duì)值總得用一個(gè)固定的位置作索引。因?yàn)榘ǘ囝l、同步或異步，或者可能是低于某個(gè)截止頻率的全部頻率的總效應(yīng)，所以盡管不太常見(jiàn)，后者可能提供更復(fù)雜的振型。如果必要，可以對(duì)2到3個(gè)方向做ODS分析。使用單通道分析儀的ODS（ODSwithsinglechannelanalyzers）提供同步基準(zhǔn)脈沖，測(cè)量同步振動(dòng)的幅值和相位。相對(duì)幅值是測(cè)量幅值除以基準(zhǔn)位置的幅值。

相對(duì)相位是指定位置的觸發(fā)器相位與基準(zhǔn)位置的觸發(fā)器相位之間的差。使用多通道分析儀的ODS（ODSwithmulti-channelanalyzers）不需要觸發(fā)。在基準(zhǔn)位置和其他每個(gè)位置的振動(dòng)之間依次進(jìn)行跨通道測(cè)量。相對(duì)幅值和相位從基準(zhǔn)位置到當(dāng)前位置的傳遞函數(shù)圖得出。術(shù)