關(guān)于振動基礎(chǔ)知識第1頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)容提要簡諧振動三要素振動波形頻率分析和頻譜圖振動系統(tǒng)單自由度與多自由度系統(tǒng)振動系統(tǒng)的模態(tài)固有頻率、振型、阻尼比自由振動與強(qiáng)迫振動共振旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動的測量傳感器及其選用基頻分量的幅值和相位旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動圖示定轉(zhuǎn)速：波形圖、頻譜圖、

軸心軌跡變轉(zhuǎn)速：波德圖和極坐標(biāo)圖三維頻譜圖軸心位置圖

第2頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月振幅A

(Amplitude)

偏離平衡位置的最大值。描述振動的規(guī)模。頻率

f

(Frequency)

描述振動的快慢。單位為次/秒(Hz)或次/分(c/min)

。周期

T=1/f

為每振動一次所需的時(shí)間，單位為秒。

圓頻率

=2

f

為每秒鐘轉(zhuǎn)過的角度，單位為弧度/秒初相角

(Initialphase)

描述振動在起始瞬間的狀態(tài)。簡諧振動的三要素第3頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月振動位移、速度、加速度之間的關(guān)系

振動位移

(Displacement)速度

(Velocity)加速度

(Acceleration)

位移、速度、加速度都是同頻率的簡諧波。三者的幅值相應(yīng)為A、A、A2。相位關(guān)系：加速度領(lǐng)先速度90o;速度領(lǐng)先位移90o。xvaxva第4頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月振動的時(shí)域波形名稱波形名稱波形

第5頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月正峰值負(fù)峰值平均絕對值有效值平均值峰峰值各幅值參數(shù)是常數(shù)，彼此間有確定關(guān)系峰值

xp=A;峰峰值

xp-p=2A平均絕對值

xav=0.637A有效值

xrms=0.707A平均值簡諧振動的幅值參數(shù)第6頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)雜振動的幅值參數(shù)各幅值參數(shù)隨時(shí)間變化，彼此間無明確定關(guān)系正峰值負(fù)峰值峰峰值xrms第7頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月常用的幅值參數(shù)及其單位

位移

峰峰值，單位為微米（m）

速度

有效值，又稱烈度，單位為毫米/秒（mm/s）

加速度

峰值，單位為米/秒2（m/s2）第8頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月振動信號的頻率分析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(xué)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(shí)現(xiàn)，也可在計(jì)算機(jī)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。第9頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月各種振動的頻譜圖名稱波形頻譜名稱波形頻譜第10頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月時(shí)間域頻率域FFTIFFT第11頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月振動系統(tǒng)及其自由度能作振動的機(jī)械系統(tǒng)，在力學(xué)中稱為振動系統(tǒng)。振動系統(tǒng)按復(fù)雜程度分為：

單自由度系統(tǒng)

多自由度系統(tǒng)確定系統(tǒng)運(yùn)動所需的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)稱為系統(tǒng)的自由度。第12頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月單自由度振動系統(tǒng)

確定系統(tǒng)運(yùn)動所需的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)稱為系統(tǒng)的自由度第13頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月多自由度振動系統(tǒng)圖中數(shù)字為系統(tǒng)的自由度數(shù)53226第14頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月振動系統(tǒng)的模態(tài)單自由度系統(tǒng)有一個(gè)模態(tài)模態(tài)參數(shù)為：

固有頻率

（模態(tài)頻率）

阻尼比（模態(tài)阻尼）多自由度系統(tǒng)有多個(gè)模態(tài)模態(tài)參數(shù)為：

固有頻率n

fn阻尼比n

振型－各個(gè)坐標(biāo)在振動中的比例第15頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月模態(tài)參數(shù)包括：固有頻率、振型和阻尼比。按固有頻率從小到大排列，稱為第1階、第2階模態(tài)。兩自由度系統(tǒng)共有兩階模態(tài)。兩自由度系統(tǒng)的模態(tài)舉例第二階模態(tài)第一階模態(tài)節(jié)點(diǎn)第16頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月三自由度系統(tǒng)的模態(tài)舉例第二階模態(tài)第三階模態(tài)第一階模態(tài)振型是各自由度坐標(biāo)的比例值。振型具有正交性。節(jié)點(diǎn)第17頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月振動系統(tǒng)對激勵的響應(yīng)振動系統(tǒng)

單自由度多自由度

強(qiáng)迫振動自由振動持續(xù)激勵初始激勵激勵響應(yīng)由初始激勵引起的響應(yīng)，稱為自由振動。由持續(xù)激勵引起的響應(yīng)，稱為強(qiáng)迫振動。從響應(yīng)中能看出系統(tǒng)的模態(tài)特性。第18頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月單自由度系統(tǒng)的自由振動它是模態(tài)振動。振動的頻率等于系統(tǒng)的固有頻率。振幅大小決定于初始激勵（初始位移和初始速度）。系統(tǒng)的阻尼比大，振幅衰減快；阻尼比小，振幅衰減慢。第19頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月不同阻尼比的自由振動初始位移初始速度a—無阻尼b—小阻尼c—臨界阻尼d—大阻尼第20頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月由自由振動確定模態(tài)參數(shù)第21頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)的自由振動為各階模態(tài)振動的疊加。它一般不再是簡諧的。各階模態(tài)振動所占成分的大小，決定于初始條件。各階模態(tài)振動衰減的快慢，決定于該階的阻尼比。阻尼比大，衰減快；阻尼比小，衰減慢。在衰減過程中，各階的振型保持不變，即節(jié)點(diǎn)位置不變。多自由度系統(tǒng)的自由振動第22頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月單自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動振動的頻率等于激勵的頻率。振幅與激勵的強(qiáng)弱成正比。激勵頻率接近固有頻率時(shí)，發(fā)生共振現(xiàn)象，呈現(xiàn)為模態(tài)振動。阻尼小，共振峰高；阻尼大，共振峰低。位相上說，振動落后于激勵。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。第23頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月單自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動幅頻特性相頻特性

激勵頻率激勵頻率響應(yīng)幅值響應(yīng)位相第24頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月由強(qiáng)迫振動確定模態(tài)參數(shù)第25頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月振動的頻率等于外激勵的頻率。振型為各階振型的疊加。各階振型所占的比例，決定于外激勵的頻率和作用點(diǎn)位置。激勵頻率接近某階固有頻率時(shí)，該階振型增大而占主導(dǎo)地位，呈現(xiàn)為該階模態(tài)振動。共振峰大小決定于該階阻尼比和激勵的位置。作用在某階節(jié)點(diǎn)上的激勵力，不能激起該階振動。多自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動第26頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月與多個(gè)固有頻率對應(yīng)，有多個(gè)共振峰。某一階共振時(shí)，該階振型占主導(dǎo)地位，呈現(xiàn)為該階模態(tài)振動。多自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動激勵頻率f振幅第1階共振第3階共振第2階共振第27頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月磁帶記錄儀頻譜分析儀打印機(jī)存儲設(shè)備繪圖儀測量電路基頻檢測儀記錄儀數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)汽輪機(jī)齒輪增速箱壓縮機(jī)渦流傳感器速度傳感器加速度傳感器鍵相傳感器旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動測量框圖第28頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月磁電速度傳感器接收形式：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。輸出阻抗低，抗干擾力強(qiáng)。傳感器質(zhì)量較大，對小型對象有影響。第29頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月典型的磁電速度傳感器及其特性第30頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月壓電加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?，F(xiàn)場測量要注意電磁場、聲場和接地回路的干擾。第31頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月壓電加速度傳感器的典型結(jié)構(gòu)晶體片晶體片質(zhì)量塊預(yù)緊環(huán)出線口底座出線口三角剪切型中心壓縮型預(yù)壓簧片三角柱第32頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月壓電加速度傳感器的安裝頻率預(yù)緊環(huán)底座質(zhì)量塊出線口晶體片第33頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月渦流位移傳感器不接觸測量，特別適合測量轉(zhuǎn)軸和其他小型對象的相對位移。有零頻率響應(yīng)，可測靜態(tài)位移和軸承油膜厚度。靈敏度與被測對象的電導(dǎo)率和導(dǎo)磁率有關(guān)。接收形式：相對式變換形式：電渦流典型頻率范圍：0~20kHz典型線性范圍：0~2mm典型靈敏度：8.0V/mm(對象為鋼)第34頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月渦流位移傳感器

及其前置器第35頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月渦流傳感器的工作原理輸出電壓u

正比于間隙d且于測量對象的材質(zhì)有關(guān)第36頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月渦流位移傳感器的典型特性傳感器與轉(zhuǎn)軸之間的間隙前置器輸出電壓（直流伏）第37頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月軸承振動的測點(diǎn)布置第38頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月軸振動的測點(diǎn)布置第39頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月軸承振動與軸振動的比較第40頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月基頻是轉(zhuǎn)速頻率，記作1R?；l分量的幅值與轉(zhuǎn)子的不平衡大小有關(guān)?；l分量的相位與不平衡在轉(zhuǎn)子上的方位有直接對應(yīng)關(guān)系?；l大小和相位由基頻分析儀或頻率分析方法求得。

基頻分量的幅值和相位

第41頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月鍵相與相位參考脈沖在轉(zhuǎn)子上刻印鍵相標(biāo)記K，在軸承座上布置鍵相傳感器K（光電式或渦流式），其輸出為相位參考脈沖。參考脈沖是測量相位的基準(zhǔn)。參考脈沖也可用于測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。K’K1轉(zhuǎn)t參考脈沖第42頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月振動相位與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的關(guān)系從參考脈沖到第一個(gè)正峰值的轉(zhuǎn)角定義振動相位。振動相位與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度一一對應(yīng)。這在平衡和故障診斷中有重要作用。振動信號參考脈沖第43頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月波形圖(Wave)時(shí)間域內(nèi)的振動波形頻譜圖(Spectrum)組成振動的各諧波成分軸心軌跡(Orbit)轉(zhuǎn)軸中心的振動軌跡，由水平和鉛垂兩方向波形合成旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動圖示(定轉(zhuǎn)速)第44頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月波形圖、頻譜圖及軸心軌跡第45頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月軸心軌跡陣各轉(zhuǎn)速下的軸心軌跡的組合波德圖與極坐標(biāo)圖(Bode&PolarPlot)

升（降）速時(shí)，基頻幅值和相位的變化三維頻譜圖(Cascade)各轉(zhuǎn)速下的頻譜圖的集合軸心位置（ShaftCenterPosition）

判定軸頸靜態(tài)工作點(diǎn)和油膜厚度旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動圖示(變轉(zhuǎn)速)第46頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月軸心軌跡陣圖汽輪發(fā)電機(jī)組一個(gè)軸承在不同轉(zhuǎn)速下的軸心軌跡陣第47頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月波德圖和極坐標(biāo)圖波德圖(BodePlot)和極坐標(biāo)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(jī)器轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。第48頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月三維頻譜圖是頻譜的集合。它的第三個(gè)坐標(biāo)是轉(zhuǎn)速。它表明在升、降速過程中振動頻譜的變化。三維頻譜圖（譜陣圖）第49頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月第三個(gè)坐標(biāo)也可以是時(shí)間(日期)、工藝參數(shù)等。三維頻譜圖（譜陣圖）第50頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月軸心位置的測定軸心位置圖可以用x-y記錄儀或計(jì)算機(jī)來繪制。渦流傳感器的輸出信號動態(tài)部分靜態(tài)部分軸心軌跡軸心位置間隙變化平均間隙第51頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月從軸心位置的變化發(fā)現(xiàn)故障汽輪發(fā)電機(jī)中壓缸軸承升速時(shí)軸心位置逐漸升高。到工作轉(zhuǎn)速時(shí)，偏心率為0.66；偏位角32o。屬正常。以后數(shù)月，軸承基礎(chǔ)下沉，導(dǎo)致軸心上浮，偏心率減少，偏位角接近90o。發(fā)生了油膜振蕩。監(jiān)測軸心位置有助于發(fā)現(xiàn)機(jī)器的故障。第52頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月擺振信號及其來源機(jī)械方面的原因：不同心度基頻型