振动和振动测试的基础知识ppt课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,振动和振动测试的基础知识,振动和振动测试的基础知识,1,振幅,A,(Amplitude),偏离平衡位置的最大值,。,描述振动的规模。,频率,f,(Frequency),描述振动的快慢。,单位为,次,/秒,(,Hz),或次,/,分(,c,/,min),。,周期,T,=1/,f,为每振动一次所需的时间，单位为秒。,圆频率,=2,f,为每秒钟转过的角度，单位为,弧度,/秒,初相角,(,Initial phase),描述振动在起始瞬间的状态,。,简谐振动的三要素,振幅 A(Amplitude)简谐振动的三要素,2,振动位移、速度、加速度之间的关系,振动位移,速度,),加速度,位移、速度、加速度都是同频率的简谐波。,三者的幅值相应为,A,、,A,、,A,2,。,相位关系：加速度领先速度90;速度领先位移90。,x,v,a,x,v,a,振动位移、速度、加速度之间的关系 振动位移位移、速度、加速度,3,振 动 的 时 域 波 形,名 称 波 形,振 动 的 时 域 波 形 名 称,4,若干幅值参数的定义,瞬时值,振动的任一瞬时的数值。,峰值,振动离平衡位置的最大偏离。,平均绝对值,均值,(,Mean value),又称平均值或直流分量,。,有效值,x,p,x,=,x,(,t,),若干幅值参数的定义 瞬时值xpx=x(t),5,正峰值,负峰值,平均绝对值,有效值,平均值,峰峰值,各幅值参数是常数，彼此间有确定关系,峰值,x,p,=A,;,峰峰值,x,p,-,p,=,2,A,平均绝对值,x,av,=,0.637,A,有效值,x,r,ms,=0.707,A,平均值,简谐振动的幅值参数,正峰值负峰值平均绝对值有效值平均值峰峰值各幅值参数是常数，彼,6,复杂振动的幅值参数,各幅值参数随时间变化，,彼此间无明确定关系,正峰值,负峰值,峰峰值,x,r,ms,复杂振动的幅值参数各幅值参数随时间变化，正峰值负峰值峰峰值x,7,常用的幅值参数及其单位,位移,峰峰值。,单位为,微米,（,m,）,速度,有效值。,单位为,毫米/秒,（,mm/s）,加速度,峰值。,单位为,米/秒平方,（,m/s,2,）,常用的幅值参数及其单位 位移,8,振动信号的频率分析,把振动信号中所包含的,各种频率成分,分别分解出来的方法。,频率分析的数学基础是,傅里叶变换,和快速傅里叶算法（,FFT）。,频率分析可用,频率分析仪,来实现，也可在计算机上用软件来完成。,频率分析的结果得到各种,频谱图,，这是故障诊断的有力工具,。,振动信号的频率分析把振动信号中所包含的各种频率成分分别分解出,9,各种振动的频谱图,名称 波 形 频 谱,各种振动的频谱图 名称 波,10,时间域 频率域,FFT,IFFT,时间域 频率域FFTIFFT,11,系统对激励的响应,自激振动,(机械)系统,单自由度 多自由度,强迫振动,自由振动,反馈机制,持续激励,初始激励,恒定能源,激 励,响 应,系统对激励的响应自激振动强迫振动自由振动反馈机制持续激励初始,12,单自由度振动系统,确定系统运动所需的独立坐标数称为系统的自由度,单自由度振动系统 确定系统运动所需的独立坐标数称为系统,13,多自由度振动系统,图中数字为系统的自由度数,5,3,2,2,6,多自由度振动系统图中数字为系统的自由度数53226,14,单自由度系统的自由振动,系统在没有激励下，由初始条件引起的振动，称为,自由振动,。,初始位移初始速度,a,无阻尼,b,小阻尼,c,临界阻尼,d,大阻尼,单自由度系统的自由振动系统在没有激励下，由初始条件引起的振动,15,单自由度系统的自由振动,自由振动的频率等于系统的固有频率。,振幅大小决定于初始条件（初始位移和初始速度）,。,系统的阻尼大，振幅衰减快；阻尼小，振幅衰减慢。,阻尼系数,=1,称为临界阻尼。,单自由度系统的自由振动自由振动的频率等于系统的固有频率。,16,由自由振动确定固有频率和阻尼,由自由振动确定固有频率和阻尼,17,系统有多个固有频率。从小到大，称为第1阶、第2阶等等。,每个频率有一对应的振型和阻尼值。,同一阶的固有频率、振型 和阻尼值一起，称为,模态,。,两自由度系统的模态举例,第二阶模态,第一阶模态,系统有多个固有频率。从小到大，称为第1阶、第2阶等等。两自由,18,系统的自由振动为各阶自由振动的叠加。振动一般不再是简谐的。,各阶自由振动所占成分的大小，决定于初始条件。,各阶自由振动衰减的快慢，决定于该阶的阻尼。阻尼大，衰减快；阻尼小，衰减慢。,在衰减过程中，各阶的振型保持不变，即节点位置不变。,多自由度系统的自由振动,系统的自由振动为各阶自由振动的叠加。振动一般不再是简谐的。多,19,单自由度系统的强迫振动,振动的频率等于,激励,的频率。,振幅大小与激励的大小成正比。,激励频率接近固有频率时，发生,共振现象,。,阻尼小，共振峰高；阻尼大，共振峰低。,位相上说，振动落后于激励。,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,和,相频特性,来表示。,单自由度系统的强迫振动振动的频率等于激励的频率。,20,单自由度系统的强迫振动,幅频特性,相频特性,激励频率,激励频率,响应幅值,响应位相,单自由度系统的强迫振动幅频特性相频特性 激励频率激励频率响,21,由强迫振动确定固有频率和阻尼,由强迫振动确定固有频率和阻尼,22,振动的频率等于外激励的频率。,振型为各阶振型的叠加。,各阶振型所占的比例，决定于外激励的频率和作用点位置。,激励频率接近某阶固有频率时，该阶振型增大而占主导地位，是为该阶共振状态。,共振峰大小决定于该阶阻尼值和激励的位置。,作用在某阶节点上的激励力，不能激起该阶振动,。,多自由度系统的强迫振动,振动的频率等于外激励的频率。多自由度系统的强迫振动,23,磁带记录仪,频谱分析仪,打印机,存储设备,绘图仪,测量电路,基频检测仪,记录仪,数据采集和,分析系统,汽轮机,齿轮增速箱,压缩机,涡流传感器,速度传感器,加速度传感器,键相传感器,旋转机械振动测量框图,磁带记录仪频谱分析仪打印机存储设备绘图仪测量电路基频检测仪记,24,磁电速度传感器,接收形式：惯性式,变换形式：磁电效应,典型频率范围：,10,Hz1000Hz,典型线性范围：,02,mm,典型灵敏度：,20,mV/mm/s,测量非转动部件的,绝对振动,的速度。,不适于测量,瞬态振动,和很快的,变速过程,。,输出阻抗低，抗干扰力强。,传感器质量较大，对小型对象有影响。,在传感器固有频率附近有较大的相移。,磁电速度传感器接收形式：惯性式测量非转动部件的绝对振动的速度,25,压电加速度传感器,接收形式：惯性式,变换形式：压电效应,典型频率范围：,0.2,Hz10kHz,线性范围和灵敏度随各种不同型号可在很大范围内变化。,测量非转动部件的,绝对振动,的加速度。,适应,高频振动,和,瞬态振动,的测量。,传感器质量小，可测很高振级。,现场测量要注意电磁场、声场和接地回路的干扰。,压电加速度传感器接收形式：惯性式测量非转动部件的绝对振动的加,26,压电加速度传感器的典型结构,晶体片,晶体片,质量块,预紧环,出线口,底座,出线口,三角剪切型 中心压缩型,预压簧片,三角柱,压电加速度传感器的典型结构晶体片晶体片质量块预紧环出线口底座,27,涡流位移传感器,不接触测量,，特别适合测量转轴和其他小型对象的相对位移。,有,零频率响应,，,可测静态位移和轴承油膜厚度。,灵敏度与被测对象的电导率和导磁率有关,。,相移很小。,接收形式：相对式,变换形式：电涡流,典型频率范围：,020,kHz,典型线性范围：,02,mm,典型灵敏度：,8.0,V/mm,(,对象为钢),涡流位移传感器不接触测量，特别适合测量转轴和其他小型对象的相,28,涡流位移传感器,及前置器,涡流位移传感器,29,涡流传感器的工作原理,输出电压,u,正比于间隙,d,且于测量对象的材质有关,涡流传感器的工作原理输出电压 u 正比于间隙 d,30,轴承振动的测点布置,轴承振动的测点布置,31,轴振动的测点布置,轴振动的测点布置,32,轴承振动与轴振动的比较,轴承振动与轴振动的比较,33,基频是转速频率。,基频分量的幅值和转子的,不平衡大小,有关。,基频分量的相位和,不平衡在转子上的方位,有直接对应关系。,旋转机械振动的基频分量的幅值和相位的测量,基频是转速频率。旋转机械振动的基频分量的幅值和相位的测量,34,键相与相位参考脉冲,在转子上布置键相标记,K,，,在轴承座上布置键相传感器,K,（光电式或涡流式）,，,其输出为相位参考脉冲。,参考脉冲是测量相位的基准。,参考脉冲也可用于测量转子的转速。,K,K,1转,t,参考脉冲,键相与相位参考脉冲在转子上布置键相标记K，在轴承座上布置,35,振动相位与转子转角的关系,从参考脉冲到第一个正峰值的转角,定义振动相位。,振动相位与转子的转动角度一一对应。在平衡和故障诊断中有重要作用。,振动信号,参考脉冲,振动相位与转子转角的关系从参考脉冲到第一个正峰值的转角 定,36,波形图,(,Wave),时间域内的振动波形,频谱图,(,Spectrum),组成振动的各谐波成分,轴心轨迹,(,Orbit),转轴中心的振动轨迹，由水平和铅垂两方向波形合成,旋转机械的振动图示,(定转速),波形图(Wave)旋转机械的振动图示(定转速),37,波形图、频谱图及轴心轨迹,波形图、频谱图及轴心轨迹,38,轴心轨迹的测定,轴心轨迹,(,Orbit),是诊断旋转机械故障的有力工具。,轴心轨迹可用基频检测仪和示波器得到，也可以用计算机完成。,轴心轨迹的测定轴心轨迹(Orbit)是诊断旋转机械故障的有力,39,轴心轨迹阵,波德图与极坐标图,(,Bode&Polar Plot),升（降）速时，基频幅值和相位的变化,三维频谱图,(,Cascade),坎贝尔图,(,Campber),各转速下的频谱图的另一种表示,轴心位置,判定,轴颈静态工作点,和,油膜厚度,旋转机械的振动图示,(变转速),轴心轨迹阵旋转机械的振动图示(变转速),40,轴心轨迹阵图,汽轮发电机组一个轴承在不同转速下的轴心轨迹阵,轴心轨迹阵图汽轮发电机组一个轴承在不同转速下的轴心轨迹阵,41,波德图和极坐标图,波德图,(,Bode Plot),和极坐标图,(,Polar Plot),两者所含信息相同，都表示基频振动的幅值和相位随机器转速的变化规律。,波德图和极坐标图波德图(Bode Plot)和极坐标图(Po,42,三维频谱图是,频谱的集合,。,本图的第三个坐标是,转速,。,本图表明在升、降速过程中振动频谱的变化。,第三坐标也可是时间、工艺参数等。,三维频谱图（谱阵图）,三维频谱图是频谱的集合。三维频谱图（谱阵图）,43,本图的第三个坐标是,时间,(日期)，反映频谱的趋势。,三维频谱图（谱阵图）,本图的第三个坐标是时间(日期)，反映频谱的趋势。三维频谱图,44,机器转速,振动频率,坎贝尔,(,Campber),图,注：圆圈直径代表振动的大小；斜线代表谐波次数。,机器转速振动频率坎贝尔(Campber)图 注：圆圈直径代表,45,轴心位置的测定,轴心位置可以用计算机及其外设来绘制。,涡流传感器,的输出信号,动态,部分,静态,部分,轴心,轨迹,轴心,位置,间隙,变化,平均,间隙,轴心位置的测定轴心位置可以用计算机及其外设来绘制。涡流传感器,46,