机械振动与故障诊断基本知识解析
振动基本知识及其故障诊断综述
振动基本知识及其故障诊断综述引言振动是物体在运动过程中产生的周期性往复运动，广泛应用于工程、地震学、医学等领域。
振动不仅可以用于传递能量和信息，还可以帮助我们了解物体的性能和状态。
因此，对振动的研究和故障诊断具有重要意义。
本文将介绍振动的基本知识以及在故障诊断中的应用。
振动的基本概念振动可以通过物体的周期性往复运动来描述。
它是由物体的固有频率和外部作用力共同决定的。
振动可以是机械的，例如机械系统中的旋转或线性振动；也可以是电磁的，例如电路或天线中的振动。
振动的基本概念包括振动的周期、频率、振幅和相位。
•周期：振动一次完成所需的时间。
周期的倒数称为频率，即振动的次数每秒。
•频率：振动的次数每秒。
•振幅：振动物体在其平衡位置附近的最大偏移量。
•相位：振动物体相对于某参考点的位置关系。
振动的类型振动可以分为自由振动和受迫振动两种类型。
•自由振动：在没有外界干扰的情况下，振动物体按照固有的频率和振幅自由振荡。
自由振动可以用振动系统的质量、刚度和阻尼特性来描述。
•受迫振动：振动物体受到外界作用力的驱动而振动。
外界作用力可以是周期性的或非周期性的。
受迫振动通常会引起共振现象，即振幅随着外界作用力频率的变化而发生显著变化。
振动的故障诊断振动的故障诊断是通过分析振动信号来判断机械设备的工作状态和可能存在的故障。
振动信号可以通过加速度传感器或振动传感器来测量和记录。
常用的故障诊断方法包括频域分析、时域分析和轨迹分析。
•频域分析：通过将振动信号转换为频域信号，可以观察到振动信号在不同频率上的成分。
故障通常会在振动信号的频谱中产生特征频率成分，可以通过寻找这些特征频率来判断故障类型。
•时域分析：通过观察振动信号的时间波形，可以了解振动信号的特征和变化趋势。
时域分析可以帮助识别故障的不稳定和瞬态特征。
•轨迹分析：通过将振动信号的相位信息绘制成轨迹图，可以观察到振动信号在相位空间中的分布。
轨迹图可以帮助发现存在振动现象的故障，例如不平衡、脱离和摩擦等。
机械振动信号分析与故障诊断
机械振动信号分析与故障诊断一、引言机械设备在日常运行中常常会出现各种各样的故障问题，其中振动问题是比较常见的一种。
通过对机械振动信号的分析与诊断，可以提前预知机械设备的潜在故障，从而采取相应的维修措施，保证设备运行的可靠性和安全性。
本文将主要介绍一些常见的机械振动信号分析方法和故障诊断技术。
二、机械振动信号的特点机械设备在运行过程中会产生各种各样的振动信号，这些信号包含了丰富的信息，能够反映出机械设备的工作状态和故障状况。
机械振动信号的特点主要包括以下几个方面：1. 频谱特性：机械振动信号的频谱分布通常是不均匀的，其中包含了各种不同频率的分量。
通过对振动信号的频谱进行分析，可以确定频谱分量的大小和分布情况。
2. 时域特性：振动信号的时域特性主要包括振动波形的幅值、时间和频率等参数。
通过对振动信号的时域分析，可以了解振动信号的动态变化。
3. 能量特性：机械振动信号的能量分布通常是不均匀的，其中一部分能量是由于机械设备本身的运动引起的，另一部分能量则是由于机械故障引起的。
通过对振动信号的能量特性进行分析，可以判断机械设备是否存在故障问题。
三、机械振动信号分析方法为了对机械设备进行故障诊断，需要采用一些有效的机械振动信号分析方法。
下面介绍几种常用的方法：1. 频谱分析法：频谱分析法是一种将振动信号转换为频谱图的方法。
通过对振动信号进行傅里叶变换，可以得到振动信号的频谱分布情况。
通过分析频谱图，可以确定机械设备的主要频率分量和故障频率分量。
2. 小波分析法：小波分析法是一种将振动信号分解成不同频率的分量的方法。
通过小波分析，可以得到振动信号的时间-频率分布情况。
与频谱分析相比，小波分析具有更好的时间-频率分辨率。
3. 瞬时参数分析法：瞬时参数分析法是一种分析振动信号的瞬时变化的方法。
通过对振动信号的瞬时参数进行分析，可以了解到机械设备的动态变化和故障情况。
四、机械故障诊断技术机械故障诊断技术主要是通过对机械振动信号的分析，判断机械设备是否存在故障问题，并确定故障的类型和位置。
机械振动故障诊断基本知识第一章振动基本概念
4、简谐振动系统的自振频率
4、简谐振动系统的自振频率
5、振动的合成与分解
5、振动的合成与分解
5、振动的合成与分解
振动基本概念
（1）周期 一个质点或物体相对于某一个基准作往复运动，经过一个时间间隔后，运动 又精准地重复，这种振动称为周期运动。这时间间隔为T （2）频率 单位时间1s内振动的周期数称为频率f，它为周期的倒数，单位为1/s或Hz
f=1/T
（3）圆频率或角频率 单位时间振动的角度表示的振动频率称为圆频率或角频率，符号为ω。相 当于1s内转过的弧度值（rad），ω=2πf，圆频率的单位为rad/s。 在某一瞬间，物体相对于基准位置之间的角度称为相角∮，当时间t=0，的 相位角度称为初始相角。
2、振动位移，速，速度和加速度之间所表达的振动关系
振动位移，速度和加速度之间所表达的振动关系 同理，位移滞后速度90度；速度滞后加速度90度；
3、振动波形的峰值，峰峰值，有效值和平均值
3、振动波形的峰值，峰峰值，有效值和平均值
3、振动波形的峰值，峰峰值，有效值和平均值
第一章机械振动故障诊断基本知识
目录
一、振动基本概念 1、周期振动与简谐振动 2、振动位移，速度和加速度 3、振动波形的峰值，峰峰值， 有效值和平均值 4、简谐振动系统的自振频率 5、振动的合成与分解
振动基本概念
1、周期振动与简谐振动 一个质点或物体相对于某一个基准作往复运动，经过一个时间间隔后，运动 又精准地重复，这种振动称为周期运动。
机械故障的振动分析及诊断
松 动 ， 1/2X, 1/3X 等 成 分，随负荷变化较大 乌 金 脱 落 ， 1/2X 及 谐 频 ，幅值小于松动谱 瓦 块 损 坏 ， 1/3X 涡 动 ， 调油温有效
油膜振荡
滑 动 轴 承 损 坏 及 松 动 频 谱
齿 轮 故 障 (1)
正常的频谱出现所有转轴 的1X和啮合频率(GMF)。 齿轮啮合频率的两侧有转 速边带，其峰值较小。
不 对 中 A
角 不 对 中
典型的频谱 相位关系
角不对中产生较大的轴向振动，频谱成分为 1X 和2X；还常见1X、2X或3X都占优势的情况。
如果 2X 或 3X 超过 1X 的 30 ％到 50 ％，则可认为是 存在角不对中。
联轴节两侧轴向振动相位相差180度。
不 对 中 B
平 行 不 对 中
正常齿轮的频谱
齿磨损：齿轮固有频率出 现，且有磨损齿轮所在轴 的转速边带 磨损明显时，啮合频率附 近也会出现较高峰值的边 带。
齿轮磨损时的频谱
齿 轮 故 障 (2)
齿轮偏心：啮合频率附 近有较高幅值的边带往 往说明齿轮偏心、游隙 或轴不平行。 啮合频率峰值随负载的 增大而增大。 齿轮不对中：几乎总是 激起啮合频率二次或更 高 谐 次 的 振 动 ， 且 2X 或 3X 啮合 频 率 处 峰 值较大 ；它们都有转速的边带 频率。
振动分析的过程：问诊→
诊断：引起振动的原因和部位
• •
监测别 频谱分析、峰值能量谱分析 频响特性与相干分析 瞬时频率变化与相位分析
措施：给出结论
• •
继续运行；还能运行多久? 维修、检查；部位?
不同设备故障的振动特点
不 平 衡
常 见 的 设 备 故 障
机械振动信号的特征分析与故障诊断
机械振动信号的特征分析与故障诊断引言近年来，随着科技的不断发展，机械设备的应用越来越广泛。
然而，由于长时间工作和不良工作环境等因素，机械设备的故障率也逐渐增加。
因此，进行机械设备的故障诊断和预测对于提高设备的可靠性和工作效率至关重要。
本文将探讨机械振动信号的特征分析与故障诊断。
一、机械振动信号的特征分析1. 振动信号的采集机械设备中的振动信号通常通过加速度传感器进行采集。
采集的数据可以是时域信号，也可以进行傅里叶变换得到频域信号。
2. 时域分析时域分析是对振动信号在时间上的变化规律进行分析。
通过观察振动信号的波形、幅值和频率等特征，可以初步判断出机械设备的工作状态。
例如，当振动信号呈现规律性的周期性波形时，说明机械设备正常运行；而当出现突然的幅值变化或频率变化时，可能存在故障。
3. 频域分析频域分析是将振动信号从时间域转换到频率域进行分析。
通过傅里叶变换等方法，可以得到振动信号的频谱图。
频谱图可以清晰地显示振动信号在不同频率上的分布情况。
根据不同频率上的峰值和频率分布情况，可以分析出机械设备的工况和故障情况。
例如，当频谱图中出现特定频率的峰值时，可能说明存在共振或传动系统故障。
二、机械振动信号的故障诊断1. 故障特征提取在进行机械设备的故障诊断时，首先需要从振动信号中提取故障特征。
根据机械设备的不同类型和工作方式，故障特征可能具有多种形式。
例如，对于滚动轴承故障，常用的特征包括脉冲特征、包络谱特征和细节系数特征等。
2. 故障诊断方法针对不同类型的故障，可以采用不同的诊断方法。
常见的故障诊断方法包括模式识别、神经网络和支持向量机等。
这些方法可以通过对机械振动信号进行特征提取和分析，建立故障诊断模型进行故障判断。
3. 故障诊断系统为了实现机械设备的在线故障诊断和预测，可以搭建故障诊断系统。
故障诊断系统将振动传感器、数据采集模块、信号处理模块和故障诊断模型等部件进行集成，实时监测和分析机械设备的振动信号，并输出故障诊断结果。
振动分析和故障诊断分析解析
数
100密 尔
幅
振 动 速 度 (英 寸 /秒 )
值
振 动 加 速 度 (g)
高频区域
高 频 段 力 指 示 器
疲劳指示器
当量烈度轮廓
应力指示器
对数频率
2020/3/16
其中：
振 动 加 速 度 (g) 峰 值 振 动 速 度 (英 寸 /秒 ) 峰 值 振 动 位 移 (密 尔 ) 峰 峰 值 频 率 (转 /分 )
机器振动测量和评价的有关标准
ISO10816-2：50MW以上大型汽轮发电机组振动速度 评定区域边界
2020/3/16
机器振动测量和评价的有关标准
ISO10816-3：300KW以上50MW以下大型机组振动烈度区域分类
2020/3/16
机器振动测量和评价的有关标准
ISO10816-3：15KW-300KW中型机器振动烈度区域分类
• 振动加速度传感器固定对频响的影响
2020/3/16
振动监测中的一些技术细节要点
• 仪器频率响应特性
2020/3/16
0. 5赫兹
4赫兹
绝对振动(瓦振) 相对振动(轴振)
电涡流式传感器 在 滑动轴承内对准轴
绝对振动
轴
轴承
非接触式传 感器
相对振动
2020/3/16
双芯或四芯电缆提供(24伏)直流电源操作信
制频率等间隔的分布的
2020/3/16
滤波问题
高通滤波 低通滤波 带通滤波
未滤波的原始信号
滤波器
滤波器
滤波器
滤波后的信号
带阻滤波
滤波器
滤波器
2020/3/16
振动参数
1.振动位移 2.振动速度 (国际标准和国家标
机械振动学中的振动故障诊断与技术
机械振动学中的振动故障诊断与技术在机械系统中，振动是一种常见的现象。
振动的产生是由于机械系统在运行过程中受到不同力的作用而发生的运动。
正常情况下，机械系统的振动可以帮助我们判断系统是否正常工作。
然而，当机械系统中出现了振动故障时，就需要进行振动故障诊断与技术处理，以确保机械系统正常运行。
下面将介绍机械振动学中的振动故障诊断与技术。
1. 振动故障的种类在机械系统中，振动故障可以分为结构振动故障和非结构振动故障两种。
结构振动故障是由于机械系统结构的设计缺陷或损坏所导致的振动问题，而非结构振动故障则是由于机械系统中其他部件的损坏或松动引起的振动问题。
在进行振动故障诊断时，需要根据振动的特点和机械系统的结构来确定振动故障的种类。
2. 振动故障的诊断方法为了准确诊断机械系统中的振动故障，可以采用多种方法进行振动测量和分析。
常见的振动诊断方法包括频谱分析、时域分析、轨迹分析、阶次分析等。
通过这些方法可以获取机械系统中不同频率和振幅的振动信号，从而判断振动故障的具体原因。
3. 振动故障的处理技术一旦确定了机械系统中的振动故障，就需要采取相应的处理技术来解决问题。
根据振动故障的具体类型，可以采用不同的处理方法，如调整机械系统的平衡性、更换受损部件、加强固定支撑等。
通过有效的处理技术，可以及时消除振动故障，确保机械系统的正常运行。
在机械振动学中，振动故障诊断与技术是非常重要的内容。
只有及时准确地诊断和处理振动故障，才能保证机械系统的稳定运行，延长机械设备的使用寿命，提高生产效率。
因此，掌握振动故障诊断与技术是每位机械工程师必备的技能之一。
希望本文的介绍对您有所帮助，谢谢阅读。
机械振动分析方法和故障诊断技巧
机械振动分析方法和故障诊断技巧机械振动是指机械系统中发生的谐波运动，它可能是正常工作的结果，也可能是机械故障的表现。
因此，机械振动分析和故障诊断技巧是确保机械系统安全和可靠运行的重要手段。
本文将介绍一些常用的机械振动分析方法和故障诊断技巧，以帮助读者更好地理解和解决机械振动问题。
首先，机械振动的分析方法可以分为实验方法和数值方法两类。
实验方法主要包括传感器测量和信号处理两个步骤。
传感器测量是通过安装振动传感器或加速度计等传感器，采集机械系统振动信号的幅值、频率、相位等参数。
信号处理则是将传感器采集到的原始振动信号进行滤波、采样、转换等操作，得到频谱图、时域图等振动特征图，从而分析机械振动的特性和问题。
数值方法则是通过建立机械系统的数学模型，利用有限元仿真、边界元法等数值计算方法，得到机械系统的振动响应和特征频率。
这些方法能够辅助工程师更全面地了解机械系统的振动状况，并找出可能的故障原因。
其次，故障诊断技巧是通过分析机械振动信号中的特征频率、谐波共振、幅度变化等信息，判断机械故障的类型和位置。
其中，特征频率是指机械系统在运行过程中产生的振动信号中最明显的频率成分，可以通过振动分析仪器进行测量，并与机械系统的结构、转速等参数进行比对。
通过对比分析，工程师可以确定机械系统是否存在异常振动，进一步判断是否出现故障。
另外，谐波共振是指机械系统中某个部件在特定频率作用下振动幅度显著增大的现象。
通过振动分析，工程师可以判断谐波共振是否超过了设计范围，是否会引起机械系统的损坏。
此外，工程师还可以通过分析振动信号中的幅度变化，判断故障是否逐渐恶化或发展成为严重的问题。
除了上述的分析方法和技巧，机械振动分析和故障诊断还需要结合实际情况和经验。
例如，工程师需要对机械系统的结构、材料、转速等参数进行全面考虑，并根据机械振动的特点和规律，判断可能的故障原因。
此外，工程师还需要掌握振动分析仪器的使用方法和数据处理技巧，以确保结果的准确性和可靠性。
振动故障诊断要点
振动故障诊断要点振动故障是机械设备常见的故障类型之一，通过振动故障诊断可以帮助工程师找出故障的原因并采取相应的维修措施。
下面是振动故障诊断的要点：1.基本振动概念：了解振动的基本概念和参数，如振动的幅值、频率、相位和加速度等。
这些参数可以帮助工程师判断振动的严重程度和类型。
2.振动特征分析：振动特征分析包括频谱分析、时域分析和轨迹分析等。
频谱分析可以将振动信号转化为频谱图，从而找出频率和幅值异常的情况。
时域分析可以观察振动信号的波形，判断是否存在常见的故障类型。
轨迹分析可以观察旋转机械中旋转部件的运动轨迹，如转子不平衡和轴承故障。
3.振动测量与工具：了解振动测量的原理和方法，掌握常见的振动测量仪器，如加速度计、速度计和位移计等。
这些测量工具可以帮助工程师获取准确的振动数据，并用于故障诊断。
4.振动故障类型：了解振动故障的常见类型，如轴承故障、齿轮故障、不平衡和磨损等。
每种故障类型都有其特定的振动特征，通过分析这些特征可以判断故障的类型和位置。
5.振动诊断方法：根据振动特征和振动测量数据，结合机械设备的工作原理和结构特点，采用不同的振动诊断方法。
常见的方法包括单点测量、多点测量、滤波和波形诊断等。
通过综合应用这些方法，可以准确判断振动故障的原因。
6.振动故障分析：进行振动故障诊断后，需要对振动数据进行进一步的分析。
这包括对振动频谱进行解释和比较，对不同的振动特征进行关联分析，以及对振动故障的可能原因进行推断和验证。
7.故障预防和维护：通过振动故障诊断可以及时找出故障的原因，从而采取相应的维修措施。
然而，更好的方法是在设备正常运行期间进行故障预防和维护工作，包括定期检查和维护设备、定期校准和保养振动测量仪器等。
8.振动故障诊断的案例分析：通过分析实际案例，学习振动故障诊断的方法和技巧。
实际案例可以帮助工程师理解振动故障的原因和机理，并提高振动故障诊断的能力。
振动故障诊断是机械设备维修中重要的一环，能够帮助工程师快速准确地找出故障的原因，避免设备损坏和停机时间的增加。
机械振动分析技术的使用方法与故障诊断
机械振动分析技术的使用方法与故障诊断引言：机械振动是工程中常见的现象，它可以帮助我们了解机器设备的运行状况并提前发现潜在的故障。
机械振动分析技术的使用方法与故障诊断可以帮助工程师有效地监测和优化机械设备的运行，提高生产效率和设备可靠性。
本文将介绍机械振动分析技术的基本原理、常用方法以及故障诊断的应用。
一、机械振动分析技术的基本原理机械振动是由于机器设备内部的不平衡、磨损、松动等问题而引起的。
机械振动分析技术基于分析和测量机械设备的振动特征，从中提取出与机械故障相关的信息。
机械振动分析技术的基本原理主要包括以下几个方面：1. 振动传感器的选择与安装：振动传感器是用来测量机器设备振动的重要工具。
传感器的选择要考虑到振动的频率范围和灵敏度等因素，安装位置要选择在受振部位附近，以便准确地捕捉振动信号。
2. 振动信号的采集与处理：振动信号经过传感器采集后，需要进行信号处理和分析。
常用的方法包括滤波、功率谱分析、包络分析等。
通过对振动信号的处理，可以得到振动频谱、振动波形等有助于故障诊断的信息。
3. 振动参数的评估与分析：通过对振动信号进行分析，可以得到一系列的振动参数，如振动速度、加速度、位移等。
这些参数可以帮助工程师判断设备运行的稳定性和故障的严重程度。
二、机械振动分析技术的常用方法1. 频域分析：频域分析是一种常用的机械振动分析方法，它可以将振动信号从时域转换到频域。
通过计算振动信号在不同频率上的能量分布情况，可以得到振动频谱，并从中分析出故障的特征频率。
常用的频域分析方法有傅里叶变换、功率谱分析等。
2. 时域分析：时域分析是振动信号分析的另一种重要方法，它主要关注振动信号在时间上的变化特征。
通过观察振动波形、周期、脉冲等特征，可以判断机械设备是否存在故障。
常用的时域分析方法有包络分析、峰值分析等。
3. 相位分析：相位分析是一种用于研究振动信号中各个频率分量之间的相对位置关系的方法。
通过分析振动信号的相位，可以判断机械部件之间的松动、偏心等问题。
机械振动信号的时频分析与故障诊断
机械振动信号的时频分析与故障诊断引言机械设备在运行过程中会产生各种振动信号，这些信号可以提供有关设备运行状态和故障信息的重要线索。
因此，机械振动信号的时频分析和故障诊断成为了非常重要的研究领域。
本文将介绍机械振动信号的时频分析原理及其在故障诊断中的应用。
一、机械振动信号的时频分析原理时频分析是一种将信号的时域和频域信息相结合的方法，可以提供更全面的信号特征。
机械振动信号经过传感器采集后，通常以时域形式呈现，即振动信号随时间的变化情况。
时频分析的目的是通过对振动信号进行变换，得到其在时域和频域的分布情况。
现代时频分析方法主要有短时傅里叶变换（Short-Time Fourier Transform, STFT）、小波变换（Wavelet Transform, WT）和经验模态分解（Empirical Mode Decomposition, EMD）等。
其中，STFT是最常用的时频分析方法之一。
它通过对振动信号进行窗函数处理，得到不同时间窗口下的信号频谱。
二、机械振动信号的故障特征机械故障通常会导致设备振动信号的异常变化。
通过对振动信号进行分析，可以提取出不同类型故障特征的频率成分，从而判断设备是否存在故障。
1. 圆频率分析不同故障类型和部位产生的振动信号频率成分不同。
通过分析振动信号中的圆频率分布情况，可以确定可能的故障类型。
以齿轮故障为例，如果有一个或多个齿轮损坏，会引发一定频率的振动信号。
通过时频分析，可以提取出这些圆频率，并与故障模式进行对比。
如果存在匹配的频率成分，那么可以判断设备存在齿轮损坏问题。
2. 能量分布分析振动信号的能量分布也是判断故障的重要特征之一。
故障产生的能量通常会集中在某个频率范围内。
例如，当轴承出现故障时，轴承滚珠与内外圈的接触将产生冲击和撞击，导致能量分布偏向高频区域。
通过对振动信号进行能量分布分析，我们可以发现这种异常，从而判断轴承是否故障。
三、机械振动信号的故障诊断方法机械振动信号的故障诊断方法主要包括模式识别、基于规则的故障诊断和统计分析等。
机械振动的故障诊断与
机械振动的故障诊断与修复方法机械振动的故障诊断与修复方法摘要：机械振动是机械设备运行中常见的故障原因之一，它会导致设备的性能下降、寿命缩短甚至设备的完全损坏。
因此，准确诊断振动故障并及时采取修复措施是非常重要的。
本文将介绍机械振动的故障诊断方法和常用的修复技术。
1. 故障诊断方法1.1 观察法观察法是最简单也是最直观的故障诊断方法之一。
通过观察振动设备的外观，检查是否有松动、磨损或裂纹等现象，可以初步判断是否存在故障。
然而，观察法无法准确判断故障的具体原因和位置，因此需要结合其他诊断方法进行进一步分析。
1.2 频谱分析法频谱分析法是一种常用的故障诊断方法，它通过将振动信号转换成频谱图，可以直观地观察到各个频率分量的幅值和相位，从而确定故障的类型和位置。
常见的频谱分析方法有快速傅里叶变换（FFT）和小波变换等。
1.3 振动测量法振动测量法是一种非常准确的故障诊断方法。
它通过使用振动传感器测量设备振动的参数，如振动速度、振动位移和振动加速度等，从而得到故障诊断的数据。
根据振动测量的结果，可以确定故障的类型和严重程度。
2. 故障修复方法2.1 动平衡技术动平衡技术是一种常用的故障修复方法，它通过调整机械设备的质量分布，使得设备在运行时不再产生不平衡的振动。
常见的动平衡方法有单平面平衡和双平面平衡等，可以有效消除设备的振动故障。
2.2 润滑技术润滑技术是一种预防和修复机械振动故障的有效方法。
合适的润滑油可以降低机械设备的摩擦阻力和磨损，从而减少振动的产生。
此外，还可以使用润滑油添加剂来改善润滑效果，进一步降低设备的振动。
2.3 调整工艺参数调整工艺参数是一种常用的故障修复方法，它通过合理调整机械设备的运行参数，如转速、送料量和冷却剂流量等，来减少振动故障的发生。
根据故障的原因和位置，通过调整工艺参数可以使设备恢复正常运行，并降低振动的产生。
结论：机械振动的故障诊断和修复是保障设备正常运行和延长设备寿命的重要环节。
机械故障的振动分析及诊断
机械故障的振动分析及诊断引言机械故障的振动分析及诊断是现代工程领域一个重要的研究方向。
振动分析能够预测机械故障发生的可能性，诊断能够确定故障的原因和位置，对于提高机械设备的可靠性和可用性具有重要意义。
本文将介绍机械故障振动分析的基本原理、方法和应用。
一、机械故障振动分析的基本原理机械设备在运行时会产生振动，振动是由于设备的不平衡、磨损、故障等因素导致的。
振动分析的基本原理是通过检测和分析振动信号来判断设备是否存在故障，并对故障进行诊断。
振动信号可以通过加速度、速度和位移等形式来表示，其中加速度信号对于高频故障的诊断更为敏感。
二、机械故障振动分析的方法1.振动信号采集振动信号的采集是机械故障振动分析的第一个步骤。
采集振动信号可以通过加速度传感器、速度传感器或位移传感器来实现。
根据故障的类型和位置，选择合适的传感器进行振动信号采集。
多个传感器可以同时采集不同位置的振动信号，以获得更为准确的结果。
2.信号预处理振动信号采集后往往包含大量的噪声，需要进行信号预处理。
常用的信号预处理方法包括滤波、降噪和特征提取等。
滤波方法可以去除高频和低频的噪声，使得振动信号更加清晰。
降噪方法可以通过信号平均、小波分析等技术去除噪声，提高信号的信噪比。
特征提取方法可以从振动信号中提取出故障特征，如频率、幅值、相位等，用于故障诊断。
3.故障诊断故障诊断是根据振动信号的特征来确定故障的类型和位置。
常见的故障诊断方法包括频谱分析、阶次分析和时间域分析等。
频谱分析可以将振动信号转化为频域特性，通过比较频谱图来判断故障类型。
阶次分析可以将振动信号转化为阶次域特性，通过比较阶次图来判断故障位置。
时间域分析可以观察振动信号的波形和周期性，通过波形和周期性的变化来诊断故障。
三、机械故障振动分析的应用机械故障振动分析的应用十分广泛，涵盖了各个领域的机械设备。
例如，航空领域可以通过对飞机发动机的振动信号进行分析，来预测发动机故障并进行维修。
机械系统振动监测与故障诊断方法
机械系统振动监测与故障诊断方法引言机械系统的振动是指机械元件或部件在运动过程中产生的周期性或非周期性的震动现象。
振动会导致机械系统的运行不稳定，降低系统的工作效率，甚至引发故障。
因此，对机械系统的振动进行监测和故障诊断是非常重要的。
本文将介绍机械系统振动监测与故障诊断的一些常见方法。
一、振动传感器的应用振动传感器是一种用于测量机械系统振动的装置，常见的振动传感器包括加速度传感器、速度传感器和位移传感器。
加速度传感器常用于测量机械系统的振动加速度，速度传感器则用于测量振动速度，位移传感器用于测量机械系统的振动位移。
二、频谱分析方法频谱分析是一种常见的振动信号处理方法，可用于对机械系统的振动信号进行分析。
通过将振动信号转换为频谱图，可以清晰地观察到振动信号在不同频率上的能量分布情况。
频谱分析可以帮助工程师判断机械系统振动的原因，例如确定是否存在某个特定频率的共振点。
三、时域分析方法时域分析是通过分析振动信号在时间域上的波形特征来判断机械系统的振动情况。
时域分析可以通过计算信号的均值、方差、峰值等参数来评估振动信号的特性。
通过时域分析，工程师可以了解振动信号的幅值、周期、频率等信息，从而判断机械系统是否存在振动问题。
四、振动特征提取方法振动特征提取是通过对振动信号进行数学运算和处理，提取出能够反映机械系统振动特征的特征参数。
常见的振动特征参数包括峰值、脉冲指数、裕度、峭度等。
通过提取振动特征参数，可以更准确地诊断机械系统的故障原因。
五、人工智能在振动监测与故障诊断中的应用近年来，人工智能技术在振动监测与故障诊断中得到了广泛的应用。
通过使用机器学习算法和深度学习模型，可以从大量的振动数据中学习并建立模型，实现对机械系统的状态识别和故障预测。
人工智能的引入可以大大提高振动监测与故障诊断的准确性和效率。
六、实时监测与远程诊断技术实时监测与远程诊断技术是指利用物联网和远程通信技术，对机械系统的振动进行实时监测和故障诊断。
机械振动信号的时频分析与故障诊断
机械振动信号的时频分析与故障诊断导言机械设备的振动信号是反映设备正常运行状态及潜在故障的重要指标之一。
振动信号中蕴含着丰富的信息，可以通过时频分析来提取出这些信息并实现故障的诊断与预测。
本文将介绍机械振动信号的基本概念和特征，以及时频分析的原理与方法，并探讨其在故障诊断中的应用。
一、机械振动信号的基本概念与特征机械设备的振动信号是由设备运动所引起的机械波动，通常可以通过传感器采集到。
振动信号是一个非常复杂的时间序列，其包含了多种振动模态的叠加和相互作用。
为了对振动信号进行分析和诊断，我们首先需要了解振动信号的基本概念和特征。
1. 振动信号的频率振动信号的频率是指振动信号中重复发生的周期性变化的次数。
频率可以反映出振动信号的周期性特征，对于机械设备的故障分析非常重要。
2. 振动信号的振幅振动信号的振幅是指振动信号的大小或强度。
振幅可以反映出振动信号的强弱程度，对于故障的诊断与判定非常有帮助。
3. 振动信号的相位振动信号的相位是指振动信号与某一参考位置之间的时间差或空间差。
相位可以反映出振动信号的位置和偏移程度，帮助我们了解振动信号的波动规律。
4. 振动信号的谱图振动信号的谱图是将振动信号在频率域中的幅度进行展示的图形，通过谱图我们可以清晰地观察到振动信号的频率分布情况，从而对振动信号进行进一步的分析和处理。
二、时频分析的原理与方法为了进一步分析和处理机械振动信号，时频分析成为一种常用的手段。
时频分析是将信号在时间域和频率域上进行联合分析的方法，其原理与方法如下：1. 傅里叶变换傅里叶变换是时频分析的基础。
通过傅里叶变换，我们可以将信号从时域转换到频域，获得信号的频谱信息。
2. 小波变换小波变换是一种具有时频局部性的信号分析方法。
通过小波变换，我们可以在时域和频域上同时获得信号的时频信息，进一步提取信号的特征和规律。
3. 瞬时频率分析瞬时频率分析是时频分析的一种重要方法。
通过瞬时频率分析，我们可以获得信号的瞬时频率变化情况，进一步了解信号的振动模态和变化规律。
机械工程中的振动信号分析与故障诊断
机械工程中的振动信号分析与故障诊断引言振动是机械系统常见的现象之一，在机械工程领域中具有重要的意义。
振动信号的分析与故障诊断是机械工程师在日常工作中必须面对的挑战。
本文将探讨机械振动信号的分析方法和故障诊断技术，为机械工程师提供一些参考和指导。
一、振动信号的特点在机械工程中，机械系统的运动通常会产生振动信号。
振动信号具有以下几个主要特点：1. 频率特性：振动信号的频率可以提供有关振动的信息，可以判断是否存在某种故障。
2. 幅值特性：振动信号的振幅可以反映机械系统的振动强度，从而判断是否超出了设计范围。
3. 相位特性：振动信号的相位可以提供机械系统的动态特性。
二、振动信号的分析方法1. 傅里叶变换：傅里叶变换是一种常用的频域分析方法，可以将时域信号转换为频域信号，以便更好地理解振动信号的频率特性。
2. 小波分析：小波分析是一种比傅里叶变换更适合分析非平稳信号的方法。
它可以提供更详细的时间-频率信息，有助于故障的定位和诊断。
3. 时间域分析：时间域分析是一种直观的方法，可以观察振动信号的波形和振动特征。
通过对振动信号的包络线、峰值、峰-峰值等进行分析，可以获得有关机械系统的信息。
4. 频域分析：频域分析是通过对振动信号进行傅里叶变换或者功率谱分析，得到信号在频率上的分布情况。
通过分析频域中的谐波和频谱特性，可以判断机械系统是否存在故障。
三、振动信号的故障诊断振动信号的分析可以为机械系统的故障诊断提供有力的依据。
以下是几种常见的故障诊断方法：1. 基于特征提取的诊断方法：通过对振动信号提取特征参数，如频率、能量、幅值等，建立故障特征库，与已知故障特征进行对比，从而进行故障诊断。
2. 基于模式识别的诊断方法：利用机器学习、模式识别等方法，将振动信号与已知故障情况进行比较，通过建立分类模型进行故障识别和分类。
3. 基于故障共振的诊断方法：当机械系统存在故障时，常会引起共振现象。
通过分析振动信号的共振频率和共振特征，可以确定机械系统是否存在故障。
机械振动信号的故障诊断与故障预测
机械振动信号的故障诊断与故障预测引言：机械振动信号是指机械系统在运行过程中产生的振动现象所发出的信号。
振动在工程领域具有广泛的应用，例如机械设备、汽车和航天器等。
然而，机械系统的振动也可能会出现故障，导致设备的失效或性能下降。
因此，准确地诊断和预测机械振动信号中的故障对于设备维护和安全运行至关重要。
第一部分：机械振动信号的特征分析机械振动信号是由多个频率和幅度组成的复杂信号。
了解机械振动信号的特征对故障诊断和预测非常重要。
常用的特征分析方法包括时域分析、频域分析和时频域分析。
时域分析是一种通过观察振动信号在时间上的变化来分析其特征的方法。
常见的时域特征包括振动信号的幅值、峰值、峰峰值和波形。
通过分析这些特征，我们可以获得振动信号的基本信息，例如振动的频率和振幅。
频域分析是一种通过将振动信号转换为频域表示来分析其特征的方法。
常见的频域特征包括频谱图、功率谱密度和频域幅值谱。
通过分析这些特征，我们可以了解振动信号在不同频率范围内的分布情况，从而找出异常频率成分，进一步判断是否存在故障。
时频域分析是一种综合了时域和频域分析的方法。
通过时频谱图可以同时观察振动信号在时域和频域上的特征变化。
时频域分析可以提供更加全面的信息，帮助更准确地诊断机械振动信号的故障。
第二部分：机械振动信号的故障诊断机械振动信号的故障诊断是通过分析振动信号中的异常特征来判断机械系统是否存在故障。
常见的故障形式包括轴承故障、齿轮故障和不平衡故障等。
轴承故障通常表现为振动信号中的高频成分和增加的背景噪音。
在频域上，轴承故障会导致频谱图中出现明显的峰值，峰值的位置和幅度代表了故障的程度。
在时频域上，轴承故障会导致时频谱图中的能量集中在一段时间内的特定频率范围内。
齿轮故障通常表现为振动信号中的周期性脉冲和谐波成分。
在频域上，齿轮故障会导致频谱图中出现谐波频率的峰值，并且谐波频率的幅度逐渐递增。
在时频域上，齿轮故障会导致时频谱图中的能量集中在每个齿轮啮合周期内。
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旋转机械状态监测与故障诊断讲义陈国远深圳市创为实技术发展有限公司2005年8月目录第一章状态监测的基本知识 (4)一、有关的名词和术语 (4)1. 振动的基本参量：幅值、周期（频率）和相位 (4)2. 通频振动、选频振动、工频振动 (6)3. 径向振动、水平振动、垂直振动、轴向振动 (6)4. 同步振动、异步振动 (7)5. 谐波、次谐波、亚异步、超异步 (7)6. 相对轴振动、绝对轴振动、轴承座振动 (7)7. 自由振动、受迫振动、自激振动、随机振动 (7)8. 高点和重点 (8)9. 刚度、阻尼和临界阻尼 (8)10. 共振、临界转速、固有频率 (9)11. 分数谐波共振、高次谐波共振和参数激振 (9)12. 涡动、正进动和反进动 (9)13. 同相振动和反相振动 (10)14. 轴振型和节点 (10)15. 转子挠曲 (11)16. 电气偏差、机械偏差、晃度 (11)17. 偏心和轴心位置 (11)18. 间隙电压、油膜压力 (11)二、传感器的基本知识 (12)1.振动传感器 (12)2.电涡流振动位移传感器的工作原理 (13)3. 电动力式振动速度传感器的工作原理 (13)⒋压电式加速度传感器的工作原理 (14)第二章状态监测常用图谱 (15)1．波德图 (15)2．极坐标图 (16)3．频谱瀑布图 (16)4．极联图 (17)5．轴心位置图 (18)6．轴心轨迹图 (18)7．振动趋势图 (19)8．波形频谱图 (20)第三章旋转机械的故障诊断 (22)1. 不平衡 (22)2. 不对中 (23)3. 轴弯曲和热弯曲 (26)4. 油膜涡动和油膜振荡 (27)5. 蒸汽激振 (30)6. 机械松动 (33)7. 转子断叶片与脱落 (33)8. 摩擦 (38)9. 轴裂纹 (40)10. 旋转失速与喘振 (40)11. 机械偏差和电气偏差 (43)第一章状态监测的基本知识一、有关的名词和术语机械振动是指物体围绕其平衡位置附近来回摆动并随时间变化的一种运动。
机械振动通常以其幅值、周期（频率）和相位来描述，它们是描述振动的三个基本参量。
以下介绍在振动测量和分析中经常用到的有关名词和术语。
1. 振动的基本参量：幅值、周期（频率）和相位a．幅值：表示物体动态运动或振动的幅度，它是机械振动强度的标志，也是机器振动严重程度的一个重要指标。
机器运转状态的好坏绝大多数情况是根据振动幅值的大小来判别的。
振幅的大小可以表示为峰－峰值（P－P）、单峰值（0－P）、有效值（RMS）或平均值（Average）。
峰－峰值等于正峰和负峰之间的最大偏差值，峰值等于峰－峰值的1/2。
只有在纯正弦波的情况下，均方根值才等于峰值的0.707倍，平均值等于峰值的0.637倍。
而平均值在振动测量中一般则很少使用。
图1－1 振动的峰－峰值、单峰值、有效值和平均值它们之间的换算关系是：峰峰值＝2×单峰值＝2×21/2×有效值表述振动幅值的大小通常采用振动的位移、速度或加速度值为度量单位。
一般在振动测量中，除特别注明外，振动位移（D）以峰－峰值表示，单位一般是微米（μm）或密耳（mil）；振动速度（V）常用有效值表示，单位用毫米／秒（mm/s）或英寸／秒（IPS）。
振动速度的有效值又称为“振动烈度”。
有的行业的设备振动标准就是以“振动烈度”来作为基础的。
振动加速度（A）积分一次即为振动速度；而振动速度再积分一次就成了振动位移。
即：V＝2πfD；A＝2πfV＝（2πf）2D以上仅仅是对简谐振动而言是正确的，因其频率f值为一常数；而对于一个复杂振动或波形来说，由于其振动频率f值的多重性而会带来误差。
b．周期：物体完成一个完整的振动所需要的时间，以T0表示。
单位一般是用“秒”来表示。
例如一个单摆，它的周期就是重锤从左运动到右，再从右运动回左边起点所需要的时间。
c．频率：是指振动物体在单位时间（1秒）内所产生振动的次数，即Hz，以f0表示。
很显然，f0＝1／T0。
对于旋转机械的振动来说，存在下述令人感兴趣的频率：a）转动轴的旋转频率；b）各种振动分量的频率；c）机器自身和基础或其它附着物的固有频率。
由于某些机器故障仅仅在某些特定的频率下才产生振动，这种现象就有助于区别各种不同种类的机器故障。
例如：不平衡故障的结果一定会导致工频能量的异常升高。
但是，反过来我们必须注意到，振动频率和机器故障的关系并不是一一相对应的。
也就是说，某一特定频率的振动，可能和多种机器的故障有关联。
因此，我们不要企图将某一固定的振动频率与某一特定的机器故障建立直接的联系。
在对旋转机械进行振动分析与故障诊断时，振动的频率是非常重要的参量，是分析振动原因的重要依据，它有助于我们对机器的故障进行判别，根据振动频率可以初步查明振动的性质和来源。
但是，它仅仅只是一种参量而已。
为了得到正确的诊断结论，我们还必须对机器所有的参量进行估计和分析。
振动频率可采用赫兹（HZ）、周/ 分钟(CPM)、转/分钟（RPM）等度量单位，或以相对于转速频率的倍数为度量单位，如一倍频（1X）、二倍频（2X）、半频（0.5X）…...，等等。
d．相位：是指旋转机械测量中某一瞬间机器的选频振动信号（如基频）与轴上某一固定标志（如键相器）之间的相位差。
相位可用来描述某一特定时刻机器转子的位置，一个好的相位测量系统能够确定每一个传感器所在的机器转子上“高点”相对机器轴系上某一固定的标志点的位置。
而平衡状态的变化将会引起“高点”位置的变化，这种变化也会通过相位角的变化而表示出来。
相位的度量单位为度（°），通常振动相位在0°～360°范围之间变化。
振动的相位在振动分折中十分重要，它不仅反映了不平衡分量的相对位置，在动平衡中必不可少，而且在故障诊断中也能发挥重要作用。
下面专门说一下振动位移、速度、加速度三者之间的相位关系。
以单摆的简谐振动为例：图1－2 振动位移、速度、加速度三者之间的相位关系把一个单摆横向来看，当重锤向上摆，通过起始点0时，其位移为零，而速度为正方向最大，加速度为零；当重锤运动到上死点时，位移为正方向最大，此时速度为零，加速度为负方向最大；重锤向下回零时，位移为零，速度为负方向最大，加速度为零；当重锤运动到下死点时，位移为负方向最大，而此时速度为零，加速度为正方向最大。
结论：振动速度相位超前振动位移90°；振动加速度相位超前振动速度90°；振动加速度相位超前振动位移180°。
相位如果没有明确指明，其角度增加的方向总是与转子的转动方向相反。
2. 通频振动、选频振动、工频振动通频振动表示振动原始波形的振动幅值。
选频振动表示所选定的某一频率正弦振动的幅值。
工频振动表示与所测机器转子的旋转频率相同的正弦振动的幅值。
对于工作转速为6000r/min的机器，工频振动频率是100HZ。
工频振动又叫基频振动。
3. 径向振动、水平振动、垂直振动、轴向振动径向振动是指垂直于机器转轴中心线方向的振功。
径向振动有时也称为横向振动。
水平振动是指与水平方向一致的径向振动。
垂直振动是指与垂直方向一致的径向振动。
轴向振动是指与转轴中心线同一方向的振动。
4. 同步振动、异步振动同步振动是指与转速频率成正比变化的振动频率成分。
一般情况（但不是全部情况）下，同步成分是旋转频率的整数倍或者整分数倍，不管转速如何，它们总保持这一关系，如一倍频（1X），二倍频（2X），三倍频（3X）……，半频（1/2X）,三分之一倍频（1/3X）……等。
异步振动是指与转速频率无关的振动频率成份，也可称为非同步运动。
5. 谐波、次谐波、亚异步、超异步一个复杂振动信号所含频率等于旋转频率整数倍的信号分量，也称谐波、超谐波或同步。
一个复杂振动信号中所含频率等于旋转频率分数倍的信号分量，也称为次谐波或分数谐波。
亚异步振动是指频率低于旋转频率的非同步振动分量。
超异步振动是指频率高于旋转频率的非同步振动分量。
6. 相对轴振动、绝对轴振动、轴承座振动转子的相对轴振动是指转子轴颈相对于轴承座的振动，它一般是用非接触式电涡流传感器来测量。
转子的绝对轴振动是指转子轴相对于大地的振动，它可用接触式传感器或用一个非接触式电涡流传感器和一个惯性传感器组成的复合传感器来测量。
两个传感器所测量的值进行矢量相加就可得到转子轴相对于大地的振动。
轴承座振动是指轴承座相对于大地的振动，它可用速度传感器或加速度传感器来测量。
7. 自由振动、受迫振动、自激振动、随机振动自由振动一般是指力学体系在经历某一初始扰动（位置或速度的变化）后，不再受外界力的激励和干扰的情形下所发生的振动。
根据扰动的类型，力学体系以自身的一种或多种固有频率发生自由振动。
受迫振动是指在外来力函数的激励下而产生的振动。
通常，受迫振动按照激励力的频率振动。
自激振动是指由振动体自身所激励的振动。
维持振动的交变力是由运动本身产生或控制的。
自激振动通常有下述特点：①振动频率为亚异步或超异步，与转子转速不同步。
②自激振动的频率以转子的固有频率为主。
③多数为径向振动。
④振幅可能发生急剧上升，直到受非线性作用以极限圆为界。
⑤振幅的变化与转速或负荷关系密切。
⑥失稳状态下的振动能量来源于系统本身。
随机振动是指当描述系统振动的状态变量不能用确切的时间函数来表述，无法确定状态变量在某瞬时的确切数值，其物理过程具有不可重复性和不可预知性时，也就是在任何时刻，其振动的大小不能正确预知的振动。
8. 高点和重点高点是指当转轴和振动传感器之间的距离最近时，转轴上振动传感器所对应的那一点任一时刻的角位置。
也意味着当振动传感器产生正的峰值振动信号时，转轴表面振动传感器对应点的位置。
高点可能随转子的动力特性的变化（如转速变化）而移动。
重点是指在转轴上某一特定横向位置处，不平衡矢量的角位置。
重点一般不随转速变化。
在一定的转速下，重点和高点之间的夹角称为机械滞后角。
9. 刚度、阻尼和临界阻尼刚度是一种机械或液压元件在负载作用下的弹性变化量。
一般机械结构的刚度包括静刚度和动刚度两个部分，静刚度决定于结构的材料和几何尺寸，而动刚度既与静刚度有关，也与连接刚度和共振状态有关。
阻尼是指振动系统中的能量转换（从机械能转换成另一种能量形式，一般是热能），这种能量转换抑制了每次振荡的振幅值。
当转轴运动时，阻尼来自轴承中的油、密封等。
临界阻尼是指能够保证系统回到平衡位置而不发生振荡所要求的最小阻尼。
10. 共振、临界转速、固有频率共振是振幅和相位的变化响应状态，由对某一特殊频率的作用力敏感的相应系统所引起。
一个共振通常通过振幅的显著增加和相应的相位移动来识别。
在共振发生时，当激振频率稍有变化（频率上升或下降）时，其振动响应就会明显地减小。