机械故障与振动波形特征PPT文件格式下载.pptx

1、这是一个经常用到的振动测量参数。因为它最能反映振动的烈度，所以又称振动烈度指标振动烈度指标。振幅反映振动的强度，振幅的平方常与物质振动的能量成正比。因此，振动诊断标准都是用振幅来表示的。速度有效值Vrms、速度最大值Vp（峰值）、速度平均值Vav之间的关系如下式。速度有效值介于速度最大值和速度平均值之间。2 2）频率频率f f频频率率f：振动物体（或质点）每秒钟振动的次数称为频率，用f表示，单位为Hz。振动频率在数值上等于周期T的倒数，即：f=1/T式中T周期，即质点再现相同振动的最小时间间隔（s或ms）。频率还可以用角频率角频率来表示，即：2f 频率是振动诊断中一个最重要的参数，振动频率与诊

2、断方案的确定、状态识外、诊断标准的选用有关。3）相位相位相位由转角t与初相角两部分组成:t振动信号的相位，表示振动质点的相对位置。振动信号的相位，表示振动质点的相对位置。不同振动源产生的振动信号都有各自的相位。*相位相同的振动会引起合拍共振，产生严重的后果。*相位相反的振动会产生互相抵消的作用，起到减振的效果。由几个谐波分量叠加而成的复杂波形，即使各谐波分量的振幅不变，仅改变相位角，也会使波形发生很大变化，甚至变得面目全非。相位测量分析在故障诊断中亦有相当重要的地位，一般用于谐波分析，动平衡测量，识别振动类型和共振点等许多方面。n两物体振动相位差为0度n两物体振动相位差为180度t0度2ABt

3、2AB90度t2ABn两物体振动相位差90度转机振动相位的测定转机振动相位的测定在转子上布置键相标记K，在轴承座上布置键相传感器K（光电或涡流式），其输出的参考脉冲为相位的基准。以参考脉冲后到第一个正峰值的转角定义振动相位，即a。振动相位直接和转子的转动角度有关，在平衡和故障诊断中有重要作用。参考脉冲也用于测量转子的转速。2022/11/1072022/11/108旋转机械振动测量中的相位旋转机械振动测量中的相位是指某一制定的谐振信号相对于转轴上某个物理标记产生的每转一次的脉冲信号之间的角度差。测振仪显示的相位是振动传感器逆转向到高点的角度，也就是高点顺转向振动传感器的角度，或波形图上键向标记

4、到高点的角度。2.22.2振动振动位移、速度、加速度之间的位移、速度、加速度之间的关系关系 振动位移振动位移（Displacement）速度速度（Velocity）加速度加速度（Acceleration）l位移、速度、加速度都是同频率的简谐波。l三者幅值依次为A、A、A 2。l相位关系：加速度领先速度90;速度领先位移90。2022/11/10 8:14101）2）3）系 统 用以完成一定功能的各有关部分的组合用以完成一定功能的各有关部分的组合2.3有关名词解释（GB/T 2298GB/T 22989191）n机械系统 由质量、刚度、和阻尼各元素组成的系统由质量、刚度、和阻尼各元素组成的系统刚

5、度（K）作用在弹性元件上的力作用在弹性元件上的力（或力矩或力矩）的增量与相应的增量与相应 的位移的增量之比的位移的增量之比（表征系统支承强弱的物理量表征系统支承强弱的物理量）阻尼（C）能量随时间或距离的耗散能量随时间或距离的耗散（消耗能量的物质消耗能量的物质）阻尼器 用能量耗散的方法减少冲击和振动的装置用能量耗散的方法减少冲击和振动的装置隔振器 用来在某一频率范围内减弱振动传输的隔振器用来在某一频率范围内减弱振动传输的隔振器n激 励 作用于系统的外力或其它输入作用于系统的外力或其它输入 大多数机械设备的振动是左图所示几种振动中的一种，或是某几种振动的组合。设备在实际运行中，其表现的周期信号往往

6、淹没在随机振动信号中，而当设备故障程度加剧时，随机振动中的周期成分加强。因此，从某种意义上讲，设备振动诊断过程，是从随机信号中提取周期成分的过程。2.4振动的分类振动的分类2.4.1 2.4.1 按振动的动力学特征按振动的动力学特征分类及其概念分类及其概念1）自由振动与固有频率）自由振动与固有频率 这种振动靠初始激励（通常是一个脉冲力）一次性获得振动能量，历程有限，一般不会对设备造成破坏，不是现场设备诊断所需考虑的目标。描写单自由度线性系统的运动方程式为：式中x-振动位移量 通过对自由振动方程的求解，我们导出了一个很有用的关系式：无阻尼自由振动的振动频率为:式中：m物体的质量、k物体的刚度 这

7、个振动频率与物体的初始情况无关，完全由物体的力学性质决定是物体自身固有的称为固有频率固有频率，这个结论对复杂振动体系同样成立。它揭示了振动体的一个非常重要的特性。许多设备强振问题，如强迫共振、失稳自激、非线性谐波共振等均与此有关。阻尼阻尼 振动体在运动过程中总是会受到某种阻尼作用，如空气阻尼、材料内摩擦损耗等，只有当阻尼小于临界值时才可激发起振动。临界阻尼临界阻尼C Ce e：振动体的一种固有属性。阻尼比阻尼比：实际阻尼系数C与临界阻尼Ce之比。当阻尼比1时，为一种振幅按指数规律衰减的振动，其振动频率与初始振动无关，振动频率略小于固有频率n；当1时，物体不会振动，而是作非周期运动。2）强迫振动

8、和共振强迫振动和共振物体在持续的周期变化的外力作用下产生的振动叫强迫振动，如由不平衡、不对中所引起的振动。图1-4为强迫振动的力学模型。（惯性力）（阻尼力）（弹性力）（激振力）图图14强迫振动强迫振动力学模型力学模型图图15 强迫振动响应过程强迫振动响应过程a）强迫振动强迫振动 b）衰减振动衰减振动 c）合成振动合成振动 由图1-5所见，衰减自由振动随时间推移迅速消失，而强迫振动则不受阻尼影响，是一种振动频率和激振力同频的振动。从而可见，强迫振动过程不仅与激振力的性质（激励频率和幅值）有关，而且，与物体自身固有的特性（质量、弹性刚度、阻尼）有关，这就是强迫振动的特点。强迫振动的特点：（1）物体

9、在简谐力作用下产生的强迫振动也是简谐振动，其稳态响应频率与激励频率相等。由强迫振动的运动方程式知，其解由通解和特解组成，即 通解部分为衰减自由振动，特解部分为稳态强迫振动。式中 A-自由振动的振幅，B-强迫振动的振幅。-阻尼比，,-初相角。（2）振幅B的大小除与激励力大小写成正比、与刚度成反比外，还与频率比、阻尼比有关。（a）当激励力的频率很低时，即/n很小时：强迫振动的振幅接近于静态位移（力的频率低，相当于静力），即振幅B与静力作用下的位移比值=1。（b）当激励力的频率很高时：0，即物体由于惯性原因跟不上力的变化而几乎停止不动。（c）当激励力的频率与固有频率相近时：若阻尼很小，则振幅很大，为

10、共振现象。共振频率为此时共振振幅为：共振区角频率：一般为（0.71.4）n（3）物体位移达到最大值的时间与激振力达到最大值的时间是不同的，两者之间存在有一个相位差，这个相位差同和频率比与阻尼比有关。当=r时，即共振时，相位差等于90。当r时，相位差180。3）自激振动自激振动自激振动是在没有外力作用下，只是由于系统自身的原因所产生的激励而引起的振动，如油膜振荡、喘振等。自激振动是一种比较危险的振动。设备一旦发生自激振动，常常使设备运行失去稳定性。比较规范的定义定义是：在非线性机械系统内，由非振荡能量转变为振荡激励所产生的振动称为自激振动。自激振动的特点：1）随机性随机性。因为能引发自激振动的激

11、励（大于阻尼力的失稳力）一般都是偶然因素引起的，没有一定规律可循。2）振动系统非线性非线性特征较强，即系统存在非线性阻尼存在非线性阻尼、元件（如油膜的粘温特性，材料内摩擦）、非线性刚度元件非线性刚度元件（柔性转子、结构松动等）才足以引发自激振动，使振动系统所具有的非周期能量非周期能量转为系统振动能量。3）自激振动频率频率与转速不成比例，一般低于转子工作频率，与转子第一临界转速相符合。只是需要注意，由于系统的非线性，系统固有频率会有一些变化。4）转轴存在异步涡动异步涡动。5）振动波形在暂态阶段暂态阶段有较大的随机振动成分，而稳态稳态时，波形是规则的周期振动，这是由于共振频率的振值远大于非线性影响

12、因素所致；与一般强迫振动强迫振动近似的正弦波（与强迫振动激励源的频率相同）有区别。自由振动、强迫振动、自激振动自由振动、强迫振动、自激振动这三种振动在设备故障诊断中有各自的主要使用领域。对于结构件，因局部裂纹、紧固松动等原因导致结构件的特性参数发生改变的故障，多利用脉冲力所激励的自由振动自由振动来检测，测定构件的固有频率、阻尼系数等参数的变化。对于减速箱、电动机、低速旋转设备等机械故障，主要以强迫振强迫振动动为特征，通过对强迫振动的频率成分、振幅变化等特征参数分析，来鉴别故障。对于高速旋转设备以及能被工艺流体所激励的设备，除了需要监测强迫振动的特征参数外，还需监测自激振动自激振动的特征参数。2

13、.4.2 2.4.2 按振动频率分类按振动频率分类在低频范围，主要测量的振幅是位移量位移量。这是因为在低频范围造成破坏的主要因素是应力的强度应力的强度。位移量是与应变、应力直接相关的参数。在中频范围，主要测量的振幅是速度量速度量。这是因为振动部件的疲劳进程与振动速度成正比，振动能量与振动速度的平方成正比。在这个范围内，零件的疲劳破坏疲劳破坏为主要表现，如点蚀、剥落等。在高频范围，主要测量的振幅是加速度加速度。它表征振动部件所受冲击力的强度。冲击力的大小与冲击的频率与加速度值正相关。低频振动：f1000Hz机械振动（按频率分类）2.52.5单自由度系统的强迫振动单自由度系统的强迫振动振动的频率等

14、于激励激励的频率。振幅大小与激励力的大小成正比。激励频率接近固有频率时，振幅增大称为共振共振。共振峰大小决定于阻尼大小。振幅和位相随激励频率而变化，变化规律用系统的幅频特性幅频特性和相频特性相频特性来表示。2022/11/1022幅频特性相频特性2.62.6系统固有频率和阻尼的确定系统固有频率和阻尼的确定2022/11/10232.7设备振动设备振动问题简化系统模型问题简化系统模型MF FF F激励力K KX X-X-XC C机器的力学模型机器的力学模型基础基础在线性系统中，部件呈现的振幅与作用在部件在线性系统中，部件呈现的振幅与作用在部件 上的激振力成正比，与它的动刚度成反比上的激振力成正比

15、，与它的动刚度成反比。系统刚度直接影响到轴系的不平衡振动响应，当系统刚度直接影响到轴系的不平衡振动响应，当 支承动刚度或设备的结构刚度较低时，在不大的支承动刚度或设备的结构刚度较低时，在不大的 激振力作用下，也会产生显著的振动。激振力作用下，也会产生显著的振动。作用在系统上的激振力 系统动刚度，产生单位振幅（位移）所需的交变力 系统静刚度，产生单位位移（变形）所需的静力 系统放大系数提示提示：在机械设备振动故障维修中，必须特别注在机械设备振动故障维修中，必须特别注 意设备的支承刚度问题意设备的支承刚度问题！如部件连接刚度、轴系如部件连接刚度、轴系 装配间隙等，都会严重影响到设备的运行质量装配间隙等，都会严重影响到设备的运行质量 第第三三章章常用振动测试传感器常用振动测试传感器3 振动传感器的特征与选择振动传感器的特征与选择3.1振动传感器的分类振动传感器的分类 1）按所测机械量输出信号分按所测机械量输出信号分 （1）加速度传感器）加速度传感器 （2）速度传感器）速度传感器 （3）位移