振动和振动测试的基本知识讲义

振动离平衡位置的最大偏离。
平均绝对值 (Aver. absolute value)
xp
xav

1 T
T
x dt
0
均值 (Mean value)
又称平均值或直流分量。
有效值 (Root mean square value)
1T
x T 0 x dt
xrms
1 T x2 dt T0
基频滤波的作用
波德图和极坐标图的绘制
基频检测是跟踪转速的滤波，得到基频的幅值和相位。 基频检测可用专用仪器实现，也可以用通用计算机完成。
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。
相位关系：加速度领先速
a x A 2 sin(t ) 度90º; 速度领先位移90º。
各种振动波形及其频谱
名称 波 形 频 谱 名称 波 形 频 谱
振动的时域参数
瞬时值 (Instant value)
x = x(t)
振动的任一瞬时的数值。
峰值 (Peak value)
1


N i 1
( xi x )3 N 1

1 xr3m s


峭度指标 (Kurtosis)
波形的尖峭程度、有无冲击。

2


N i 1
( xi x )4 N 1

1 xr4m s


振动信号的频率分析
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。
典型的磁电速度传感器及其特性
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：0.2Hz~10kHz 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。
振摆信号及其补偿
涡流传感器测量的特殊问题，需注意补偿
转机振动相位的测定
在转动机械测量中，在转子上布置键相标记K’，在轴承座上 布置光电或涡流传感器K，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。 相位在转子的平衡和故障诊断中有重要的作用。
发生了油膜振荡。
监测轴心位置有助于发 现机器的故障。
振摆信号及其来源
摆振信号是周期信 号，以轴的转速频 率为基频。在机器 慢速转动时测得。
机械方面的原因：
不同心度
基频型
永久性弯曲 基频型
椭圆度
2X基频型
不圆及其他缺陷
基频及非基频型
电磁方面的原因： 剩磁 基频及非基频型 轴材质不均匀
轴心位置的测定
涡流传感器 的输出信号
动态 部分
间隙 变化
轴心 轨迹 轴心位置可以用计算机及其外设来绘制。
静态 部分
平均 间隙
轴心 位置
轴心位置的变化
汽轮发电机中压缸轴承
升速时轴心位置逐渐升 高。
到工作转速时，偏心率 为0.66；偏位角32º。属 正常。
以后数月，轴承基础下 沉，导致轴心上浮，偏 心率减少，偏位角接近 90 º。
振动的时域参数
平均绝对值
正峰值
有效值
峰峰值
平均值
负峰值
简谐振动为例 x=Asin( t+/2)
峰值 xp=A; 峰峰值 xp-p=2A
平均绝对值 xav=0.637A
有效值
xrms=0.707A
平均值
x 0
时域无量纲诊断征兆参数
波形指标 (Shape factor)
波形与正弦波比较的偏移和歪斜。
振动位移、速度、加速度之间的关系
x
v
vx

a
a
振动位移 (Displacement)
x Asint
位移、速度、加速度都是 同频率的简谐波。
速度 (Velocity)
v x A sin(t )
加速度 (Acceleration) 2
三者的幅值依次为A、A、 A 2。
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。
典型的压电加速度传感器及其特性
晶体片 预 紧 环
三角柱 质量块
出线口 底座
涡流位移传感器
接收形式：相对式 变换形式：电涡流 典型频率范围：0~20kHz 典型线性范围：0~2mm 典型灵敏度 ：8.0V/mm(对象为钢)
基频及非基频型
残余应力：
基频及非基频型
涡流位移传感器 磁电速度传感器 压电加速度传感器
旋转机械振动测量的 几个特殊问题
相位的测量 基频检测 波德图和极坐标图 三维频谱图 轴心轨迹图 轴心位置图 振摆信号来源及其补偿
简谐振动的三要素
振幅 (Amplitude)
x
偏离平衡位置的最大值，记作A。描述振动的规模。
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 光电传感器
旋转机械振动测量的特殊问题
相位测量
相位和转子转角有直接对应关系。
基频检测，跟踪转速的滤波
基频(转速频率)的幅值和相位直接和不平衡有关。
轴心轨迹测量
转机故障诊断的一个有力工具。
轴心位置测量
判定轴承工作点和油膜厚度。
圆频率 (Angular frequency)
描述振动的快慢，记作 ,单位为弧度/秒。
频率 f = /2 为每秒钟的振动次数，单位为次/秒(Hz)。
周期 T = 1/f = 2/ 为每振动一次所需的时间，单位为秒。
初相角 (Initial phase)
描述振动在起始瞬间的状态，记作。
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。
相移很小。
灵敏度与被测对象的 电导率和导磁率有关。
典型的涡流位移传感器及其特性
旋转机械振动测量框图
测量电路和 适调电路
磁带记录仪
基频监测仪
频谱分析仪
数据采集和 分析系统
函数记录仪 数字绘图仪 打印机 存储设备
三维频谱图 Cascade
三维频谱图是 频谱的集合。
第三个坐标可 以是转速、时 间(日期)、其 他工艺参数等。
本图第三坐标 是转速，机器 升速过程中发 生了油膜涡动 和油膜振荡。
轴心轨迹 Orbit 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。
峰值指标 (Peak factor)
波形是否有冲击。
脉冲指标 (Crest factor)
波形高度的指标。
歪度指标 (Skewness)
以平均值为中心，波形的对称性。
Sf

xrm s xav
xrms— 有效值
I xp xrm s
xp— 峰值 xav —平均绝对值
Cf

xp x
x— 平均值
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。
振动测试的框图
状态监测情况下，无需激励环节。
A/D变换+计算机+外设
分析和检测可以用计算机及其外部设备来完成。
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：10Hz~1000Hz 典型线性范围：0~2mm 典型灵敏度 ：20mV/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。
低输出阻抗，抗干扰 力强。
80vmm对象为钢磁带记录仪频谱分析仪打印机存储设备数字绘图仪测量电路和适调电路基频监测仪函数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光电传感器相位测量相位和转子转角有直接对应关系
振动和振动测试 的基本知识讲义
本章内容
简谐振动三要素 振动的时域参数 频谱分析 振动测量的框图 传感器的选用