机器振动特征分析(1)
机械振动信号的时域分析与特征提取
机械振动信号的时域分析与特征提取机械振动信号的时域分析与特征提取是振动工程领域的重要内容，它对于机械设备的状态监测、故障诊断和可靠性评估具有重大意义。
本文将从信号时域分析方法和特征提取技术两个方面来论述这一主题。
一、时域分析方法时域分析方法是对时间序列信号中各个时刻的振动参数进行研究。
最常用的时域分析方法是时域波形图和时域幅值谱图。
时域波形图是将振动信号的幅度与时间绘制在坐标系中，通过观察波形的形态，可以初步判断振动信号的稳定性和振幅大小。
时域幅值谱图则是将振动信号的振幅与时间的关系绘制成频谱图，通过分析频谱图可以得到振动信号的频率分布情况。
二、特征提取技术特征提取技术是从时域振动信号中提取出能够反映振动特性的有效参数。
常用的特征参数包括振动幅度、峰值、峰峰值、均方根值、功率谱密度、峰值因子等。
这些特征参数能够描述振动信号的强度、频率、能量等重要信息，从而为故障诊断和状态监测提供数据支持。
三、特征提取方法特征提取方法是对时域振动信号进行分析和处理的关键环节。
常用的特征提取方法包括傅里叶变换、小波变换、瞬时参数估计等。
傅里叶变换是将时域信号转换为频域信号，通过分析频谱图可以提取振动信号的频率成分。
小波变换是一种时频分析方法，可以提取振动信号的瞬时频率和瞬时幅度。
瞬时参数估计是通过对时域信号进行瞬时分析，提取振动信号的瞬时特征。
四、特征提取应用特征提取技术在振动信号分析与处理领域有广泛的应用。
在机械故障诊断方面，通过对机械设备振动信号进行特征提取，可以实时监测设备的状态，提前发现设备故障，避免设备停机造成的经济损失。
在机械设备的可靠性评估方面，通过对振动信号进行特征提取，可以评估设备的剩余寿命，优化设备维护与保养计划，提高设备的可靠性和使用寿命。
五、振动信号处理的挑战与前景虽然振动信号处理技术在工业领域应用广泛，但仍存在一些挑战。
一方面，机械设备振动信号往往与噪声混合在一起，如何有效地抑制噪声、提取有用信息是一个难点。
机械振动1
J mgSsin
圆频率和振动周期为
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ mgS 0 J
m gS p J
2 J 2 p mgS
计算形状复杂的机器部件的转动惯量相当 困难。本例提供了用实验确定J的一个方法。
2.3 能量法
在阻尼略去不计的条件下，振系在自由振动时的动能与势 能之和(即机械能)保持常值。令T与U分别代表振系动能与势能， 有 T+U=常数 这就是应用于振系的能量守恒原理。对时间求导，得 d (T U ) 0 dt 以具体振系的能量表达式代入上式，化简后即可得出描 述振系自由振动的微分方程。 如在振系的动能有极大值Tm时，取势能为零；动能为零 时，势能必有极大值Um，因此 Tm=Um 只要振系的自由振动是简谐振动，则可以直接得出振系 的固有频率，不需要列出微分方程。
2．2简谐振动
由弹簧悬挂的物体沿铅垂方向的振动。 当振系成静平衡时，弹簧在物体重力mg的 作用下将有静伸长
mg s k
取铅垂坐标轴x，以静平衡位置为原点 O,向下为正。在物体从静平衡位置离开x时， 弹 簧 伸 长 δ s+x ， 作 用 于 物 体 的 力 等 于 k(δ s+x)。物体的运动微分方程为
2.3 能量法
例.铅垂圆轴，上端固定，下端装有水平圆盘组成扭摆。设有力矩使圆盘及圆 轴下端绕铅垂轴转过角度θ 后突然释放，则圆盘将在水平面内扭振。已知圆 轴的扭转弹簧系数为K，质量不计，圆盘对转轴的转动惯量为J，求扭振微分 方程及固有周期与频率。 解：用θ 表示圆盘在某瞬时t的扭角，则振系的动能与势能为 1 1 2 U K 2 T J 2 2
2．2简谐振动
凡位移可表示为时间的正弦函数的运动称为简 谐振动。 振动重复一次所需要的时间间隔称为振动周期。
机器振动特征分析(1)
不平衡振动特征
同一轴承上H与V振动相位差约为90度（+/-30度）。如果存在 1X较大的振动，但是，H与V方向振动相位差为0度或接近180 度，通常这说明是其他故障源，例如偏心。 两侧轴承的H方向振动的相位差应该接近V方向振动的相位差。 径向方向(H和V)振动通常比A方向振动大许多(除了悬臂转子 之外) 在径向方向呈现稳定的、可重复的振动相位。 共振有时可能受不平衡的影响较大。 不平衡对转子产生过大振动的影响可能很大。事实上，在有 些刚度较低的轴承座上，不平衡的转子尽管很小的残余不平 衡量，也还会出现不平衡振动，动平衡还是可明显减小松动 引起的振动。但是，往往无法平衡有松动的转子。
角向不对中
角向不对中产生大的轴向方向振动，尤其是1X和2X。 假定存在大的振动前提下，轴向2X或3X幅值约是1X转数频率幅值的30 ％到50％时，说明是角向不对中。 联轴器两侧的轴向相位差为180度，是最好的检测角向不对中的指示。 一侧的每个轴承都向一个方向移动，另一侧的轴承向相反方向移动， 角向不对中的可能性较大。
引起对自由端(或外侧)的作用
由于不对中从联轴器引入的力可能足够强大，其作 用不仅是在最靠近联轴器的轴承上，同样也作用在 机器的自由端或外侧端。
振动分析
振动分析振动分析是计算机辅助工程学中的一个重要技术。
它主要是通过对系统所发生的振动进行分析和计算，得出相应的特征参数，并在此基础上提出有效的控制方法，以达到科学、合理地设计、维护和控制各种工程设备的目的。
本文将从振动分析的原理、分类、应用及其在各个领域的研究与探索等方面进行详细的解读。
一、振动分析的基本原理1.振动的概念振动是物体围绕着平衡位置做规则周期性的运动，同时这个运动方式又使得它们之间施加相应的作用力，进而导致物体发出声音、震动等现象。
换句话说，物体在空间中不断地发生快速反复的运动，这种运动方式被称之为振动。
2.振动的种类振动分为自由振动和强迫振动两种类型，其中自由振动是指的物体自身发生的无外力作用的振动；而强迫振动是指作用在物体上的外力作用下所产生的振动。
这里我们主要讲述的是自由振动，因为强迫振动需要采用不同的计算方法。
3.振动的分类根据振动的形式和性质特征，振动可以分成多种类型，如：（1）简谐振动：物体在周期内运动速度、加速度大小及方向都是相同的。
（2）非简谐振动：物体在周期内运动速度、加速度大小及方向都会变化。
（3）阻尼振动：物体进行振动时受到来自周围环境的阻力作用。
（4）无阻尼振动：物体进行振动时不受任何阻力作用。
（5）共振：外力频率与机构本身固有振动频率一致，便容易引起共振现象。
二、振动分析的分类根据振动分析的对象和方法不同，可将其分为以下几种类型：1.结构振动分析：主要研究结构物在外部激励下的应力响应及其变形等信息。
其主要应用于大型工程的设计、优化、调试等过程中，以判断各组件间的相互影响，并找出问题所在，进而提高整个结构系统的安全性、稳定性和耐久性等方面的指标。
2.机械振动分析：主要研究与机械有关的各种振动问题。
在制造和运行机械设备时，借助于振动分析手段可以有效地寻找故障出现的原因，并及时采取相应的维修措施，以确保机械的正常运转。
3.流体振动分析：主要研究流体中所发生的各种形式的振动问题。
振动分析的这6个步骤
振动分析的这6个步骤现场故障分析时，首先对设备要有一个宏观了解，根据表现出的外在特征得出表层原因；然后对其主要振动特征进行机理分析，从而判断深层次原因。
如何判断的前提条件是熟悉设备结构、检修工艺、运行方式及用途、检修及运行历史、振动过程等等。
一、了解振动历史情况当机器振动突然增大或是振动逐渐增大，判断期间振动是否稳定，若不稳定，其与哪种参数相关联等等。
例，振动突然增大可能为转子突然失衡、刚度突然减弱；振幅不稳定是否与负荷调整、温度变化、启停机等有关联。
二、了解检修情况振动开始前后是否进行过检修，若检修前振动不大，那么本次检修的经过及更换的部件必须十分清楚，类似于这种情况，往往从检修过程中就能找到故障原因。
假如检修前就振动大，检修后振动无显著变化，这样也可排除已经检修过的内容。
三、对设备的外部观察和测试了解设备的基本参数，如设备的温度、声音、压力、转速、负荷、油温、振动等，快速了解设备的整体运转情况，大概确定是什么故障类型，对一些常见故障来说，甚至可以就此做出精准诊断，而单纯依靠信号分析反而容易将简单问题复杂化。
四、确定故障部位通常，故障部位在具有最大振幅位置。
随着与故障源距离的增加，激振力会逐渐衰减。
当然，这个规则也有例外，例如立式设备，由于高度与刚度的关系，被牵引部分的故障会导致上部的电机振动最大。
五、简易判断故障原因可根据各参数与振动的关系，以及振动的方向，准确判断一些故障原因。
例如，水平方向和垂直方向振动幅值相比较就可基本确定部分故障原因，但之前必须清楚设备的安装结构，也就是应该对水平方向和垂直方向的相对刚度有个感性认识。
设备安装在坚固的或刚性的支承上，与安装在弹性支撑上是不一样的，在此只讨论刚性基础的设备。
假设风机安装在刚性混凝土基础上，设备垂直刚度会大于水平刚度。
这时，对于如质量不平衡这样的普通故障，一般水平方向振幅大于垂直方向振幅。
假如垂直方向振动大于水平方向振动，说明垂直方向刚度小于水平刚度，可能是由于松动或配合间隙过大造成的。
机械振动学中的固有频率与振型分析
机械振动学中的固有频率与振型分析机械振动学是研究机械系统在受到外界激励作用下产生振动现象的一门学科。
在机械系统中，固有频率与振型分析是非常重要的内容，可以用来描述系统的动态特性和振动行为。
本文将介绍机械振动学中固有频率与振型分析的基本概念和应用。
一、固有频率固有频率是指机械系统在没有外界激励下自由振动的频率。
对于一个简单的振动系统，其固有频率可以通过运动方程的解析解求得。
固有频率是系统的固有特性之一，可以用来描述系统的动态响应特性和结构的刚度、质量、阻尼等参数。
在实际工程应用中，固有频率的计算对于系统结构设计和振动控制至关重要。
通过对系统的固有频率进行分析，可以避免共振现象的发生，减小系统动态响应，提高系统的稳定性和可靠性。
二、振型分析振型分析是指对机械系统的振动模式和振动幅值进行分析和描述。
振型是指系统在特定频率下的振动模式，可以通过振动实验和有限元分析等方法得到。
振型分析可以提供系统的模态形式和振动幅值信息，有助于分析系统的受力情况和结构设计。
振型分析在工程实践中具有广泛的应用，可以用于评估系统的结构健康状况、辅助设计优化和振动控制。
通过对系统的振型进行分析，可以找到系统的薄弱环节和潜在问题，及时进行改进和优化，提高系统的性能和可靠性。
三、结语固有频率与振型分析是机械振动学中重要的内容，对于机械系统的设计和性能评估具有重要意义。
通过对系统的固有频率和振型进行分析，可以优化系统的结构设计，降低系统的动态响应，提高系统的稳定性和可靠性。
希望本文的介绍能够帮助读者更好地理解机械振动学中固有频率与振型分析的相关知识。
实际生活中的机械振动以及利用有益的振动
实际生活中的机械振动以及利用有益的振动陈欣20110238（一）实际生活中的机械振动振动是日常生活和工程实际中普遍存在的一种现象。
实际上，人类就生活在振动的世界里，地面上的车辆、空气中的飞行器、海洋中的船舶等都在不断振动着。
房屋建筑、桥梁水坝等在受到激励后也会发生振动。
就连茫茫的宇宙中，也到处存在着各种形式的振动，如风、雨、雷、电等随时间不断变化，从广义的角度来解释，就是特殊形式的振动（或波动），而电磁波不停地在以振动的方式发射和传播。
就人类的身体来说，心脏的跳动、肺叶的摆动、血液的循环、胃肠的蠕动、脑电的波动、肌肉的搐动、耳膜的振动和声带的振动等，在某种意义上来说也是一种振动，就连组成人类自身的原子，也都在振动着。
所谓机械振动，是指物体（或物体系）在平衡位置（或平均位置）附近来回往复运动。
在机械振动过程中，表示物体运动特征的某些物理量（如位移，速度，加速度等）将时而增大、时而减小地反复变化。
在工程实际中，机械振动是非常普遍的，钟表的摆动、车厢的晃动、桥梁与房屋的振动、飞行器与船舶的振动、机床与刀具的振动、各种动力机械的振动等，都是机械振动。
工程中有大量的振动问题需要人们研究、分析和处理，特别是近代机器结构正向大功率、高速度、高精度、轻型化、大型化和微型化等方向发展，振动问题也就越来越突出，因此掌握振动规律就显得十分重要了。
只有掌握了振动规律和特征以后，才能有效地利用振动的有益方面并限制振动的有害方面。
（二）利用有益的振动在日常生活中，人们往往只看到了振动带了的危害。
例如，运载工具的振动会使乘客感到不舒服；环境噪声使人烦躁不安；共振及次谐波共振会引起机械设备、桥梁结构及飞机的破坏；地震使人民的生命财产遭受巨大的损失。
对于有害振动来说，往往需要采取有效措施对振动加以限制以至消除。
但是振动并非都是有害的，在许多方面合理地利用振动也能给人类造福，改善人民的生活。
例如，拨动琴弦能发出美妙动人的乐章，使人心旷神怡；在医疗方面，利用超声波能够诊断、治疗疾病；在土建工程中，振动打桩、振动拨桩以及混凝土灌注时的振动捣固等能够提高工作效率；在电子和通信工程方面，录音机、电视机、收音机、程控电话等诸多电子元件以及电子计时装置和通信系统使用的谐振器等都是由于振动才有效地工作的；在工程地质方面，利用超声波进行检测、地质勘探和油水混合及油水分离；在石油开采上，还可以利用振动提高石油产量；海洋工程方面，海浪波动的能量可以用来发电；在许多工矿企业，可以利用振动完成许多工艺过程，或用来提高某些机器的工作效率。
机械振动测试与分析.docx机械振动测试与分析.docx
第8章机械振动测试与分析8.1 概述机械振动是自然界、工程技术和日常生活中普遍存在的物理现象。
各种机器、仪器和设备运行时，不可避免地存在着诸如回转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、润滑状况的不良及间隙等原因而引起受力的变动、碰撞和冲击，以及由于使用、运输和外界环境下能量传递、存储和释放都会诱发或激励机械振动。
所以说，任何一台运行着的机器、仪器和设备都存在着振动现象。
在大多数情况下，机械振动是有害的。
振动往往会破坏机器的正常工作和原有性能，振动的动载荷使机器加速失效、缩短使用寿命甚至导致损坏造成事故。
机械振动还直接或间接地产生噪声，恶化环境和劳动条件，危害人类的健康。
因此，要采取适当的措施使机器振动在限定范围之内，以避免危害人类和其他结构。
随着现代工业技术的发展，除了对各种机械设备提出了低振级和低噪声的要求外，还应随时对生产过程或设备进行监测、诊断，对工作环境进行控制，这些都离不开振动测量。
为了提高机械结构的抗振性能，有必要进行机械结构的振动分析和振动设计，找出其薄弱环节，改善其抗振性能。
另外，对于许多承受复杂载荷或本身性质复杂的机械结构的动力学模型及其动力学参数，如阻尼系数、固有频率和边界条件等，目前尚无法用理论公式正确计算，振动试验和测量便是唯一的求解方法。
因此，振动测试在工程技术中起着十分重要的作用。
振动测试的目的，归纳起来主要有以下几个方面：(1) 检查机器运转时的振动特性，以检验产品质量；(2) 测定机械系统的动态响应特性，以便确定机器设备承受振动和冲击的能力，并为产品的改进设计提供依据；(3) 分析振动产生的原因，寻找振源，以便有效地采取减振和隔振措施；(4) 对运动中的机器进行故障监控，以避免重大事故。
一般来讲，振动研究就是对“机械系统”、“激励”和“响应”三者已知其中两个，再求另一个的问题。
振动研究可分为以下三类：(1) 振动分析，即已知激励条件和系统的振动特性，欲求系统的响应；(2) 系统识别，即已知系统的激励条件和系统的响应，要确定系统的特性，这是系统动态响应特性测试问题；(3) 环境预测，即已知系统的振动特性和系统的响应，欲确定系统的激励状态，这是寻求振源的问题。
机械系统的振动特性分析
机械系统的振动特性分析在日常生活中，机械系统的振动特性是一个非常重要的问题。
无论是汽车发动机的振动，还是楼房的结构振动，都直接影响着机械系统的运行和安全性。
因此，深入了解机械系统的振动特性对于提高其性能和稳定性至关重要。
首先，我们先来了解一下机械系统的振动是如何产生的。
简单来说，任何物体都有一定的弹性，当外力作用于物体时，物体会发生形变。
而当外力突然消失时，物体会恢复到原来的形态，这种复原的过程会使物体产生振动。
这种振动可以是单纯的正弦振动，也可以是复杂的周期或非周期振动。
机械系统的振动特性分析主要是研究振动的幅值、频率、相位等参数。
机械系统的振动特性分析涉及到许多重要的概念。
首先是自由振动和强迫振动。
自由振动是指系统在没有外力作用下自行振动的情况，而强迫振动则是指系统在受到外力作用下振动的情况。
自由振动一般是由系统本身的固有特性所决定，而强迫振动则是受到外力的大小和频率影响。
这两种振动都可以通过分析系统的振动特性来进行研究和控制。
其次，机械系统的振动还与系统的固有频率密切相关。
固有频率是指机械系统在没有外力干扰的情况下，自由振动的频率。
当外力的频率接近系统的固有频率时，系统会发生共振现象。
共振会导致系统的振幅急剧增大，甚至超过系统原有的强度和稳定性。
因此，在设计和使用机械系统时，需要特别注意避免共振现象的发生，这可以通过调整系统的固有频率或调整外力的频率来实现。
此外，机械系统的振动还与系统的材料和结构参数有关。
不同的材料和结构参数会影响到系统的刚度和阻尼，从而影响到系统的振动特性。
例如，对于悬吊在弹簧上的质点系统，弹簧的刚度和质点的质量会影响到系统的振动频率和振幅。
因此，在设计机械系统时，需要根据实际情况选择合适的材料和结构参数，以满足系统对振动特性的要求。
在实际应用中，机械系统的振动特性分析可以通过实验和数值模拟两种方式来进行。
实验方法一般采用传感器来测量系统的振动参数，通过对实验数据的处理和分析，可以得到系统的振动特性。
机器振动的评定和诊断标准综述1
机器振动的评定和诊断标准综述上海华阳检测仪器有限公司2004年4月5日前言机器的健康检测包括在线或离线监测。
为了描述机器的健康状态首先必须根据法定的标准作为公认的评定准则。
对于机器的制造厂来说标准是产品是否合格的依据：对于机器的使用单位来说，特别是一些大型或流程工业中的关键设备，标准也是随时掌握设备运行状态的依据。
本资料的编制就是为企业的设备管理人员提供帮助和参考。
在编写本资料时主要参考了如下标准：•GB/T 2298-91 机器振动与冲击术语•GB 10084-88 振动冲击数据分析和表示方法•ISO/TC108/SC5 N22 机器状态监测和诊断领或的术误•GB/T 14465-93 材料阻尼特性术语•GB/T 6444-1995 机械振动平衡术语•GB 6075-85 制订机器振动标准的基础•GB 10889-89 泵的振动测量与评价方法•GB 2807-81 电机振动测定方法•GB 10068-2000 轴中心高为56mm及以上电机的机械振动的测量、评定及限值。
•JB 4057-85 汽轮机组机械振动标准•GB 11347-89•GB 11348.1-89 GB 11348.2-89 旋转机械转轴径向振动的测量与评定•GB/T 12779-91 往复式机器整机振动测量与评级方法•ISO/CD 13380 机器状态监测和诊断-----应用性能参数•ISO/TC 108/SC5WG3N30 机器状态监测和诊断----一般指南•ISO/CD 13379 机器状态监测和诊断-----应用有关机器状态信息和数据的解释及诊断技术此外，还参考了北京航天工程院袁宏义1993年5月编录的“设备振动诊断标准建立方法”，在此表示感谢。
振动标准有国家强制性的（GB），国家推荐性的（GB/T），国家指导性的（GB/Z），行业性的。
（例如JB机械行业标准）及企业标准。
还有一些参考ISO标准，国内尚未建立。
本资料搜集了尽可能多的振动评定标准。
旋转机械振动基本特性
旋转机械振动的基本特性概述绝大多数机械都有旋转件，所谓旋转机械是指主要功能由旋转运动来完成的机械，尤其是指主要部件作旋转运动的、转速较高的机械。
旋转机械种类繁多，有汽轮机、燃气轮机、离心式压缩机、发电机、水泵、水轮机、通风机以及电动机等。
这类设备的主要部件有转子、轴承系统、定子和机组壳体、联轴器等组成，转速从每分钟几十到几万、几十万转。
故障是指机器的功能失效，即其动态性能劣化，不符合技术要求。
例如，机器运行失稳，产生异常振动和噪声，工作转速、输出功率发生变化，以及介质的温度、压力、流量异常等。
机器发生故障的原因不同，所反映出的信息也不一样，根据这些特有的信息，可以对故障进行诊断。
但是，机器发生故障的原因往往不是单一的因素，一般都是多种因素共同作用的结果，所以对设备进行故障诊断时，必须进行全面的综合分析研究。
由于旋转机械的结构及零部件设计加工、安装调试、维护检修等方面的原因和运行操作方面的失误，使得机器在运行过程中会引起振动，其振动类型可分为径向振动、轴向振动和扭转振动三类，其中过大的径向振动往往是造成机器损坏的主要原因，也是状态监测的主要参数和进行故障诊断的主要依据。
从仿生学的角度来看，诊断设备的故障类似于确定人的病因：医生需要向患者询问病情、病史、切脉（听诊）以及量体温、验血相、测心电图等，根据获得的多种数据，进行综合分析才能得出诊断结果，提出治疗方案。
同样，对旋转机械的故障诊断，也应在获取机器的稳态数据、瞬态数据以及过程参数和运行状态等信息的基础上，通过信号分析和数据处理提取机器特有的故障症兆及故障敏感参数等，经过综合分析判断，才能确定故障原因，做出符合实际的诊断结论，提出治理措施。
根据故障原因和造成故障原因的不同阶段，可以将旋转机械的故障原因分为几个方面，见表1。
表1 旋转机械故障原因分类故障分类主要原因设计原因①设计不当，动态特性不良，运行时发生强迫振动或自激振动②结构不合理，应力集中③设计工作转速接近或落人临界转速区④热膨胀量计算不准，导致热态对中不良制造原因①零部件加工制造不良，精度不够②零件材质不良，强度不够，制造缺陷③转子动平衡不符合技术要求安装、维修①机械安装不当，零部件错位，预负荷大②轴系对中不良③机器几何参数（如配合间隙、过盈量及相对位置）调整不当④管道应力大，机器在工作状态下改变了动态特性和安装精度⑤转子长期放置不当，改变了动平衡精度⑥未按规程检修，破坏了机器原有的配合性质和精度操作运行①工艺参数（如介质的温度、压力、流量、负荷等）偏离设计值，机器运行工况不正常②机器在超转速、超负荷下运行，改变了机器的工作特性③运行点接近或落入临界转速区④润滑或冷却不良⑤转子局部损坏或结垢⑥启停机或升降速过程操作不当，暖机不够，热膨胀不均匀或在临界区停留时间过久机器劣化①长期运行，转子挠度增大或动平衡劣化②转子局部损坏、脱落或产生裂纹③零部件磨损、点蚀或腐蚀等④配合面受力劣化，产生过盈不足或松动等，破坏了配合性质和精度⑤机器基础沉降不均匀，机器壳体变形旋转机械振动的基本特性(1)旋转机械的主要功能是由旋转部件来完成的，转子是其最主要的部件。
机械振动的类型和特性
机械振动的类型和特性机械振动是指物体在固有平衡位置附近发生周期性的往复运动。
在机械工程领域中，机械振动广泛应用于各种工程设备和结构的设计和分析中，因此了解机械振动的类型和特性对于工程师和设计师至关重要。
本文将讨论机械振动的类型和特性，并介绍其在机械工程中的应用。
一、机械振动的类型1.自由振动：自由振动是指物体在无外力作用下，受到初始位移或初始速度的作用而发生的振动。
在自由振动中，物体将以自身的固有频率进行振动。
常见的自由振动包括钟摆的摆动和弹簧的振动。
2.受迫振动：受迫振动是指物体在外界周期性力的作用下发生的振动。
外界力可以是恒定频率的周期性力，也可以是可变频率的力。
在受迫振动中，物体将以外界力的频率进行振动。
例如，当一个弹簧振子被一个周期性外力驱动时，将发生受迫振动。
3.强迫振动：强迫振动是指外界周期性力对振动系统进行强制振动。
外界力的频率可以是振动系统的固有频率的倍数，也可以是其倍频。
在强迫振动中，外界力将强制振动系统按照特定频率振动，与振动系统的固有频率相互作用。
例如，一台发动机的活塞在运转时，由于连杆和曲柄的作用，将使得活塞强迫振动。
二、机械振动的特性1.频率：频率是指振动中每个周期内发生的完整振动次数。
频率通常用赫兹（Hz）表示，1Hz等于每秒一次完整的振动。
振动的频率是其固有特性之一，不同物体具有不同的固有频率。
2.振幅：振幅指的是振动过程中物体离开平衡位置的最大位移距离。
振动系统的振幅大小与外力的大小和频率有关。
3.相位：相位是指振动物体的位置状态相对于某一标准位置的关系。
它描述了振动物体的位置或状态相对于某一参考点或标准位置的提前或滞后情况。
4.阻尼：阻尼是指振动系统受到的阻碍振动能量传递和减弱振幅的现象。
阻尼分为无阻尼、欠阻尼和过阻尼等类型，阻尼对振动特性和振幅都有重要影响。
三、机械振动在机械工程中的应用机械振动在机械工程中具有广泛的应用，以下是一些典型的应用举例：1.动力学分析：机械振动的特性对于动力学分析至关重要。
振动分析报告
振动分析报告1. 引言振动分析是一种用于研究和评估机械系统振动特性和健康状况的方法。
通过分析机械系统的振动数据，可以识别出潜在的故障或异常状态，从而采取相应的维修或改进措施，确保系统的安全性和运行效率。
本报告旨在分析机械系统振动数据，并提供相应的结论和建议。
2. 数据采集与分析方法2.1 数据采集在本次振动分析中，我们采集了机械系统在运行过程中的振动数据。
通过安装振动传感器，可以实时监测机械系统的振动情况，并将数据采集到计算机中进行后续分析。
2.2 数据处理与分析采集到的振动数据可以通过振动分析软件进行处理和分析。
常用的振动参数包括振动加速度、振动速度和振动位移等。
通过分析这些参数的变化趋势和波形图，可以了解机械系统的振动特性。
3. 数据分析结果3.1 频谱分析通过对振动数据进行频谱分析，我们可以得到系统在不同频率下的振动幅值。
根据频谱图，我们可以判断是否存在异常频率分量，进而识别故障或异常情况。
3.2 振动时间历程分析振动时间历程图可以展示系统振动信号的时域波形。
通过观察时间历程图，我们可以判断振动信号是否存在周期性变化或突变现象，从而对机械系统的稳定性和可靠性进行评估。
3.3 振动相位分析振动相位分析可以分析不同频率的振动信号之间的相位关系。
通过观察相位图，我们可以判断不同振动组件之间的相互作用，进而对系统的动态响应进行评估。
4. 结论与建议通过对机械系统振动数据的分析，我们得到以下结论和建议：•在频谱分析中，我们观察到频率为X Hz的异常频率分量，提示机械系统可能存在故障或磨损情况，建议进行维修或更换相关部件。
•振动时间历程图显示系统振动信号存在周期性变化，可能是由于不平衡或轴承故障引起的，建议进行动平衡或轴承维修。
•振动相位分析显示不同频率的振动信号之间存在相位差，可能是由于机械系统的非线性特性引起的，建议进行系统优化或调整。
综上所述，通过振动分析，我们可以评估机械系统的振动特性和健康状况，并提供相应的维修或改进建议，以确保系统的正常运行和安全性。
振动信号数据采集及分析
例：单自由度无阻尼自由振动系统-简谐运动
简谐振动是最基本的周期运动，各种不同的周期运动都可以用无穷个不同频率的简谐运动的组合来表示。其运动规律可用简谐函数表示为：
振动信号三要素：
（1）幅值amplitude振动体离开其平衡位置的最大位移。幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。
强迫振动：系统在持续的外作用力激励下的振动称为强迫振动。
自由振动问题虽然比强迫振动问题单纯但自由振动反映了系统内部结构的所分：
分为简谐振动、复合周期振动、瞬态振动和随机振动
（3）从自由度个数来分：
分为单自由度振动和多自由度振动
2、振动测试包括两种方式：
（2）频率frequency周期的倒数。频谱分析→频率成分及其幅值大小→线性系统频率保持特性寻找振源。不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源，采取相应的措施。
（3）相位phase确定共振频率、振型、动平衡、有源振动控制等。振动信号的相位信息十分重要，如利用相位关系确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪等。对于复杂振动的波形分析，各谐波的相位关系是不可缺少的。
在振动测量时，应合理选择测量参数，如振动位移是研究强度和变形的重要依据；振动加速度与作用力或载荷成正比，是研究动力强度和疲劳的重要依据；振动速度决定了噪声的高低，人对机械振动的敏感程度在很大频率范围内是由速度决定的。速度又与能量和功率有关，并决定动量的大小。
三、实验仪器和设备
1、计算机n台
2、虚拟仪器软件1套
6、振动数据一组
四、实验步骤及内容
信号的时域分析
机械振动信号的相关性分析与特征提取
机械振动信号的相关性分析与特征提取机械振动信号是工业生产中常见的一种信号形式，用于监测机械设备的运行状况。
通过对机械振动信号的相关性分析与特征提取，可以有效地判断设备的运行状态和预测故障。
一、相关性分析相关性分析是研究机械振动信号之间关联性的一种方法。
在相关性分析中，通常使用相关系数来衡量信号之间的相关程度。
相关系数的取值范围为-1到1，正值表示正相关，负值表示负相关，而值越接近0表示两个信号之间的相关性越低。
在进行相关性分析时，可以选取不同的频段或时域范围进行计算。
通过观察不同频段或时域范围的相关系数变化情况，可以了解信号在不同频率或时域下的相关性特征。
比如，在高频段中，相关系数较高可能表示设备存在故障，而在低频段中，相关系数较高可能表示设备正常运行。
二、特征提取特征提取是将机械振动信号中的有用信息提取出来，用于判断设备的运行状态。
常用的特征包括时域特征、频域特征和小波特征等。
时域特征是指从时间轴上提取的特征，如峰值、均方根、峭度和偏度等。
这些特征反映了振动信号的幅值、波形和偏度等信息。
通过对时域特征的提取和分析，可以了解设备振动信号的基本特征。
频域特征是指从频谱上提取的特征，如频率峰值、频域能量和频率谱形等。
频域特征可以更加直观地了解信号在不同频率上的能量分布情况。
通过对频域特征的提取和分析，可以判断信号中存在的频率成分，进而判定设备的工作状态。
小波特征是指使用小波分析方法对机械振动信号进行特征提取。
小波分析可以将信号分解为不同频率的成分，通过选择合适的小波基函数，可以提取到信号中的细微变化和瞬态特征。
小波特征的提取可以更准确地刻画机械振动信号的特征。
三、应用案例以工业机械设备故障预测为例，通过对机械振动信号的相关性分析与特征提取，可以提前发现设备可能存在的故障。
首先，对机械振动信号进行相关性分析，计算各信号之间的相关系数。
通过观察相关系数的变化情况，可以找出设备运行状态可能发生变化的频段。
如何对旋转机械设备进行振动分析检测？
如何对旋转机械设备进⾏振动分析检测？亚泰光电来源：亚泰光电机器设备的旋转部件会不时产⽣频率介于50Hz～10kHz之间的振动，我们可以测量设备的振动幅度，以便从中了解滚轴及其它转动部分的物理状态，这个监控过程⼀般称为振动分析。
这些设备如果出现机械问题及电⽓问题，均会引起振动幅度的变异，振动⼤⼩与设备问题的严重性息息相关。
如果能掌握振动的⼤⼩及变异来源，就能在设备尚未严重恶化之前，事先完成检修⼯作，以避免造成设备更⼤的损坏，⽽影响⽣产或增加维修费⽤。
⼀、振动显⽰信号 设备振动显⽰出来的信号⽐较复杂，但从确定性⾓度，分为确定性信号和⾮确定性信号。
在旋转部件中，有不少是确定性信号： 机组的联接及转⼦存在不对中、不平衡。
齿轮箱中轮齿的点蚀、剥落、断齿 滚动轴承中零部件损坏 滑动轴承中存在油膜涡动等等这些常见的故障。
这些确定性信号都有可以⽤函数关系来描述，即通过理论计算和频谱分析技术均可确定它们的特征频率，从⽽确定故障的类型和部位。
振动分析仪利⽤电压加速度传感器将振动信号转换为电信号。
⽽对电信号进⾏处理和分析，就能反推出设备各种振动量的准确值。
从振动量的值来了解设备及其部件的状况，进⽽判断这些设备运转状态是否良好。
这样就可以把检测到的振动情况可作为是否停机之依据，降低意外当机的机率。
还可以分析出故障的部位和故障原因，并推断出检修的⽅法。
⼆、振动的⼀些基本概念 为了更好地研究振动分析设备故障诊断技术，⾸先要对振动有⼀定的了解。
1、表⽰振动的要素包括：振幅、频率、相位、能量等。
振幅：表明振动幅度的⼤⼩，振幅能说明设备或部件损坏的严重程度。
频率：表明振动的来源，能说明设备或机械组件损坏的原因。
相位：代表测点间振动的相互关系，能说明设备或机械组件的运转模态。
能量：代表振动的破坏⼒，设备或机械组件损坏的冲击状况。
2、其中振幅有三种数据类型：位移值(毫⽶)、速度值(毫⽶/秒)、加速度值。
位移值，⽤于低转速成设备诊断上。
振动分析参考中心
振动分析参考中心一、不平衡1、静态不平衡特征:径向1X波峰（垂直或水平方向上）。
如果机器失去平衡我们将得到频率等于转速的正弦时域波形，在转速频率（1X）处有一个高峰。
最简单的不平衡模型是将转动轴的重心简化到一个点。
这种不平衡称为静态不平衡，因为即使是在旋转体不旋转的情况下也能够表现出来，如果将其放在没有摩擦的轴承中间，重心位置将自动回转到最低位置。
静态不平衡将会在旋转轴的两个承载轴承上产生一个1X频率的作用力，作用于两个轴承上的作用力的方向总是相同。
从这两个轴承上采集到的振动图1.1 静态不平衡信号同相。
2、偶不平衡特征：径向1X波峰（垂直或水平方向上）。
如果机器出现不平衡我们将得到频率等于旋转速度的正弦时域波形，频谱上在转速频率（1X）处会产生一个高峰。
一个旋转体如果存在偶不平衡，就有可能形成静态平衡（放置在无摩擦的轴承上旋转体看起来好象刚好平衡）。
但当旋转体发生旋转的时候，就会在它的两个承载轴承上产生离心作用力，并且它们的相位相反。
图1.2 偶不平衡3、垂直安装的机器特征：径向1X波峰（水平方向上）。
当在径向（水平或切线方向）测量时，频谱又将显示出强一倍频（1X）波峰。
为了从泵的不平衡中分离出马达不平衡，可能需要将两者拆解开来，单独使马达旋转，检测其1X频谱。
如果1X处的振幅依然很高，那么故障就出在马达上，否则故障就出在泵上面。
图1.3 垂直安装的机器4、悬吊式机器特征：轴向和径向上高强度1X波峰(垂直或水平方向上)。
在外悬或悬臂式机器中，可以检测到在水平、垂直和轴向上的高幅1X振动。
我们能够检测到高幅1X振动是因为不平衡使轴发生弯曲，使得轴承座在轴向发生移动。
常见的悬吊式旋转体有短联轴器泵、轴向排风的风扇和小型涡轮机。
图1.4 悬吊式机器二、不对中1、平行不对中特征：径向2X波峰，径向1X低幅波峰（垂直或水平方向上）。
如果不对中轴的中心线平行但不共线，这样的不对中称为平行不对中（或相离不对中）。
物理机器振动知识点总结
物理机器振动知识点总结引言机器振动是指机器在工作过程中产生的一种周期性的运动或者水平或者垂直方向的来回运动。
机器振动不仅会影响设备的性能和寿命，还可能对周围的环境和人体造成危害。
因此，对机器振动的研究和控制是非常重要的。
本文将从机器振动的基本概念、振动的原理、振动的表征和测量、振动的控制和减震技术等几个方面进行介绍和总结。
一、振动的基本概念1.1 机器振动的定义机器振动是机器在工作时由于不平衡、松动、偏心、传动系统不稳定等因素引起的周期性运动。
机器振动不仅包括自然振动，还包括激振动和强迫振动。
1.2 机器振动的分类根据振动的性质和表现形式，机器振动可以分为自由振动、强迫振动、共振和阻尼振动等几种类型。
1.3 机器振动的产生原因机器振动的产生原因主要包括不平衡、柔性连接件、不精确的加工和装配、传动系统不稳定等。
这些因素都会导致机器在工作时产生不规则的运动，使得机器发生振动。
二、振动的原理2.1 振动的基本原理振动是物体相对于平衡位置的周期性运动。
当物体受到外力作用时，会产生振动。
振动的基本特征包括振幅、频率、周期和相位等。
2.2 振动的传播振动可以通过介质传播，振动的传播速度与介质的性质有关。
通常介质中的振动传播速度越快，介质越硬，振动衰减越小。
2.3 振动的耦合振动的耦合是指不同振动系统之间相互影响和作用。
当多个振动系统同时作用时，它们之间可能产生相互影响和共振现象，从而产生复杂的振动现象。
三、振动的表征和测量3.1 振动的表征指标振动的表征指标包括加速度、速度和位移等。
这些指标可以用于描述振动的不同特性，如振动的幅度、频率和相位等。
3.2 振动的测量方法振动的测量方法主要包括接触式和非接触式两种。
接触式振动测量通常使用加速度计、速度计和位移计等传感器进行测量，而非接触式振动测量则主要依靠激光测距仪、红外测温仪和摄像机等设备进行测量。
3.3 振动的分析与诊断振动的分析与诊断是指利用测量数据对机器振动进行分析和判断。
tsi振动数据的特征分析
振动数据的特征分析由于振动是动态参数，为表示振动特性，通常采用各种图形方式来进行描述。
振动特征分析就是将振动信号时域分析和频域分析的结果用一定的图形或曲线表示出来。
主要有以下几种图形及其特点：1、波形图（waveform plot）：包含的信息量大，具有直观、易于理解等特点，但不太容易看出所包含信息与故障的联系2、频谱图(Frequency Spectrogram)：频谱分析是机械故障诊断中用得最广泛的信号处理方法之一，在振动分析和故障诊断中起着提取特征和压缩数据的作用3、轴心轨迹图(Orbit Plot)：轴心轨迹的形状及其方向对于旋转机械故障的诊断也是很重要的4、轴心位置图（Shaft Center Position）：轴的中心位置变化趋势，从而可以了解轴承的磨损程度5、波特图(Bode Plot)：波德图是最常使用的振动分析工具之一，其用来确定机器的临界转速及其过临界转速时的振幅和相位，从2X分量的波德图可以看出转子的副临界转速。
波德图常用作设备的验收试验。
6、极坐标图(Polar Plot,Nyquist Plot)：在极坐标图中很容易得到原始晃矢量，即与低转速所对应的矢量。
7、级联图(Cascade Plot)：可以更清楚地看出各种频率成分随转速的变化情况，这对于故障分析是十分有用的。
这类最典型的故障是油膜涡动和油膜振荡8、瀑布图(Waterfall Plot)：可以清楚地看出各种频率的振幅随时间是如何变化的，对分析定转速下出现的动静碰摩、热弯曲、电磁激振、汽流激振等故障是很有用的9、相关趋势图(Rative Vibration Trend Plot)：这种曲线非常直观，对运行人员监视机组状况很有用下面将对分析振动原因极其有用的有关图形作一详述：1、波形图(Waveform Plot)波形图是转子响应随时间的变化曲线，其横坐标为时间，通常表示为周期数，纵坐标为振动实时值，通常它近似为正波，是最原始的信号，所以包含的信息量大，具有直观、易于理解等特点，但不太容易看出所包含信息与故障的联系。
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故 障特征
不平衡的原因
第一部分
铸造缺陷
热膨胀
由于每个部件的 热膨胀率不同影 响转子平衡
轴孔太大
Author: F. CHAMPAVIER
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培训教材
培训教材
旋转机械振动分析
机器振动的故障特征 第一部分
故 障特征
第一部分
机器振动特征分析
¾ 转子不平衡 ¾ 不对中 ¾ 偏心 ¾ 轴弯曲 ¾ 松动
Author: F. CHAMPAVIER
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¾ 通常，首先处理力不平衡分量，然后再处理 剩下的相位差接近180度的力偶不平衡分 量，最终修正悬臂转子的不平衡
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故 障特征
不平衡的原因
第一部分
转子
机械损伤 污染物堆积 轴弯曲 轴孔偏离中心
风扇
机械损伤 污染物堆积 轴孔偏离中心
齿轮
机械损伤 轴孔偏离中心
Author: F. CHAMPAVIER
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第一部分
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故 障特征
第一部分
不平衡振动特征
1X振动（但是1x并不总是不平衡)。通常，1X振动在频谱中占优势。
当故障仅限于不平衡时，1X振动幅值通常大于或等于振动总值的80％ (如果除了不平衡之外还有其他故障，则可能仅为振动总值的5％到80 ％)。
振动幅值与质量中心离轴旋转中心线的距离成正比。当低于转子一阶 临界转速运转时，振动幅值将随转速的平方成比例变化。即：转速升 高3倍，将导致不平衡振动增大9倍
第一部分
11Hale Waihona Puke 故 障特征动不平衡
¾ 质量分布轴线与旋转轴线 既不平行也不相交
¾ 动不平衡基本上是力不平 衡和力偶不平衡两者的组 合。它至少需要在垂直于 轴中心线轴线的两个平面 上才能修正平衡
第一部分
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故 障特征
动不平衡特征
¾ 1X较大的振动，但是两侧轴承 座上的振动幅值略不相同。假 定没有其他明显的故障的话， 它们仍然在相同的幅值量级或 者小于3比1的比例
¾ 与力不平衡和力偶不平衡一 样，当动不平衡为主时，振动 相位还是稳定的和可重复的
第一部分
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故 障特征
动不平衡特征
第一部分
¾ 两侧轴承之间的H方向振动相位差可能是0-180度的任一角 度，这个相位差近似等于V方向振动相位差
¾ 相位差接近0度，静不平衡占优势。接近180度，力偶不平 衡占优势。
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故 障特征
第一部分
转子不平衡
¾ 不平衡定义： 转子质量中心线与转轴中心线不重合时便产生不平衡
¾ 不平衡类型： 静不平衡（力不平衡） 力偶不平衡 动不平衡 悬臂转子不平衡
Author: F. CHAMPAVIER
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故 障特征
力偶不平衡
¾ 质量分布轴线中心点与旋 转轴线中心点相交
¾ 力同时施加到两个轴承 上，但是方向相反
¾ 明显的力偶不平衡可以引 起转子严重的不稳定，使 之前后摆动
第一部分
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故 障特征
第一部分
不平衡振动特征
同一轴承上H与V振动相位差约为90度（+/-30度）。如果存在1X较 大的振动，但是，H与V方向振动相位差为0度或接近180度，通常 这说明是其他故障源，例如偏心。
两侧轴承的H方向振动的相位差应该接近V方向振动的相位差。 径向方向(H和V)振动通常比A方向振动大许多(除了悬臂转子之外) 在径向方向呈现稳定的、可重复的振动相位。 共振有时可能受不平衡的影响较大。 不平衡对转子产生过大振动的影响可能很大。事实上，在有些刚
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故 障特征
静不平衡
¾ 定义：转子的质量中心在两支 撑轴承中点且偏离
¾ 不在中点：准静不平衡 ¾ 一般认为W/D小于25% 纯静不
平衡 ¾ 不平衡力（离心力）同方向等
量施加到每个轴承
第一部分
Author: F. CHAMPAVIER
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故 障特征
力偶不平衡特征
¾ 力偶不平衡在两轴承座上产 生1X大的振动，可能一个轴 承座上振动略大于另一外轴 承座上的振动
¾ 明显的力偶不平衡有时可能 产生大的A向振动
¾ 两侧轴承H/V方向振动相位差 接近180度
¾ 如果是力偶不平衡（不是不 对中)，同一轴承的H和V方向 的相位差应该彼此相差90度
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故 障特征
静不平衡振动特征
¾ 1X相同的不平衡力同时出现在 两侧轴承上，然而，根据每个 方向的支承刚性，水平和垂直 方向的响应可能略不同
¾ 两侧轴承H方向振动相位相同； 两侧轴承H方向振动相位相同
第一部分
Author: F. CHAMPAVIER
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故 障特征
悬臂转子不平衡特征
¾ 悬臂转子可产生1X转速频率的轴向力，引起 轴向振动，这种轴向振动等于或者大于径向 振动幅值
¾ 悬臂转子往往除了产生力不平衡之外，还产 生大的力偶不平衡，这两种不平衡必须都要 修正之
¾ 对于单纯悬臂转子不平衡，在轴承1处的A方 向振动相位将近似等于轴承2处的A方向振动 相位(士30度)。这里的振动相位差取决于与 其他的诸如不对中、共振等故障相比较，不 平衡故障占优势的程度
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故 障特征
不平衡的原因
第一部分
叶轮
机械损伤 腐蚀
联轴器
机械损伤 轴孔偏离中心