振动分析基本知识
振动基础必学知识点
振动基础必学知识点
以下是振动基础必学的知识点：
1. 振动的定义：振动是物体围绕某个平衡位置来回周期性地运动。
2. 振动的周期和频率：振动的周期是振动一个完整循环所需要的时间，单位是秒；频率是单位时间内振动的次数，单位是赫兹。
它们之间有
以下关系：频率 = 1/周期。
3. 振动的幅度：振动的幅度是指物体离开平衡位置的最大距离。
4. 简谐振动：简谐振动是指物体在没有阻力的情况下，围绕平衡位置
做匀速往复运动的振动。
简谐振动的特点是周期恒定、频率固定且幅
度不断变化。
5. 谐振：谐振是指当外力作用频率与物体固有频率相同时，物体容易
发生共振现象，振幅会明显增大的现象。
6. 弹簧振子：弹簧振子是指一个质点通过与弹簧连接，形成一个可以
进行振动的系统。
弹簧振子的运动方程可以用简谐振动的方程表示。
7. 摆钟：摆钟是指一个由质点与一个固定的绳或杆连接，形成可以进
行振动的系统。
摆钟的运动方程可以用简谐振动的方程表示。
8. 声音的传播和振动：声音是由物体的振动引起的机械波。
声音的传
播需要介质的存在，并且介质中的分子通过相互振动来传递能量。
9. 波动的特征：波动的特征包括传播速度、波长、频率和振幅。
10. 波的类型：根据波动传播介质的性质，波可以分为机械波和电磁波两种类型。
以上是振动基础必学的知识点，掌握这些知识可以帮助理解振动和波动以及它们在不同物理现象中的应用。
振动学知识点总结
振动学知识点总结振动学知识点总结如下：一、振动的基本概念1. 振动的定义：指物体在某一平衡位置附近作来回运动的现象。
2. 振幅：振动物体在做往复运动时，离开平衡位置的最远距离。
3. 周期：振动物体完成一个完整的往复运动所需要的时间。
4. 频率：振动物体每秒钟完成的往复运动次数。
5. 相位：描述振动物体在振动周期中的位置关系。
二、单自由度振动系统1. 单自由度振动系统的概念：由一个自由度由一个自由度运动的质点和它的运动机构构成。
2. 自由振动：指单自由度振动系统在没有外力作用下的振动。
3. 阻尼振动：指单自由度振动系统的振动受到阻尼力的影响。
4. 强迫振动：指单自由度振动系统受到外力作用的振动。
三、非线性振动1. 非线性振动的概念：指振动系统的振动特性不满足线性振动方程的振动现象。
2. 非线性系统的分类：按系统的非线性特征分为几何非线性、材料非线性和边界非线性等。
3. 非线性振动的分析方法：包括解析法和数值法等。
四、多自由度振动系统1. 多自由度振动系统的概念：由多个自由度组成的振动系统。
2. 自由振动：指多自由度振动系统在没有外力作用下的振动。
3. 阻尼振动：指多自由度振动系统的振动受到阻尼力的影响。
4. 特征值问题：多自由度振动系统的固有振动特征。
5. 模态分析：多自由度振动系统振动特征的分析方法。
五、控制振动1. 振动控制的目的：减小系统振动、防止系统振动引起的损伤。
2. 主动振动控制：通过主动装置对系统进行振动控制。
3. 被动振动控制：通过被动装置对系统进行振动控制。
4. 半主动振动控制：融合了主动和被动振动控制的特点。
六、振动信号与分析1. 振动信号的特点：包括时间域特征、频域特征和相位特征等。
2. 振动信号采集与处理：使用传感器采集振动信号，并通过信号处理方法对其进行分析。
3. 振动分析方法：包括频谱分析、波形分析、振动模态分析和振动信号诊断分析等。
七、振动与工程应用1. 振动在机械领域的应用：包括减振、振动吸收、振动监测及振动诊断等。
振动测量相位分析基础知识教材
图45松动问题的相位测量
不对中问题的相位表现
通过振动相位测量来发现不对中问题是较为常用的监测方法之 一，无论是平行不对中还是角不对中，通过振动相位测量，都是可 以检测到的。图46 描述了两种不对中问题的含意。
图46 轴角不对中和轴平行不对中的示意图
不对中问题的相位表现
不对中问题的振动相位特点是，在联轴节两侧的振动相位差接近 180°。振动幅值和相位角的测量应该在联轴节相邻的两个轴承座的4个 象限位置进行。为了检测不对中情况的存在，要测量的两个轴承座应该 是处在联轴节的两侧。径向振动相位对轴平行不对中问题比较敏感，而 轴向振动相位对轴角不对中问题比较敏感。在进行振动相位测量比较时， 重要的一点是，要遵守振动传感器的安装方向的规定。（若振动传感器， 安装方向搞反，会导至180°的相位移动，从而导至不对中的错误指示。 另一个需要注意的是，四个测量象限的位置要从同一个参考方向观察确 定如图47所示，避免相位数据的混乱。
振动相位分析基础知识
什么是振动？怎样利用它来进行评价机器的状态？
振动就是机器或机零件从其平衡位置所做的往复运动。 振动有三个重要的可测量的参数：幅值、频率、相位。
图1 质量块位于平衡位置且没有任何力的作用
振动传感器安装在轴承座上，传感器将拾取振动信号，并将此 振动信号通过电缆线传入到振动分析仪，如上图所示，这个在机器 轴承座上测量振动的过程可模型化为一个质量块悬挂在弹簧上。在 没有力的作用之前，它一直保持静止处于平衡位置处。
不平衡的相位 表现
图44诊断静不平衡、 力偶不平衡、动不平 衡的典型测量
不平衡的相位表现
如图44所示，比较在输入端和输出端轴承座上水平和垂直相 位差角，来确认是否有不平衡问题的存在。比较好的做法是测量 和比较输入端和输出端轴承座上水平方向的相位差角的值，如果 存在一定程度的不平衡问题，1XRPM振动幅值肯定是较高的，并且 在两个轴承座上水平方向的振动相位差等于垂直方向的振动相位 差（±30°）。这说明，转子的运动状态在水平方向和垂直方向 是相同的，否则，其主要问题可能就不会是不平衡问题了。例如， 见图44的表C，注意到在电机的两个轴承上，水平方向的振动相位 差是90°-30°=60°，垂直方向的相位差是180°-120°=60°， 这强有力地说明是不平衡问题。
振动测量分析基础知识
图14 振动的时域和频域波形比较
由图可以注意到， 总振动波形是如何由一 系列小的振动波形构成 的，每一个小的振动波 形各自对应1XRPM、 2XRPM、3XRPM、等等。 将这些个别振动波形代 数相加就得到总振动的 波形，可在示波器上或 振动分析仪上显示出来。
什么是振动频谱（也称为“FFT”）？
利用示波器可观察振动波，将来自振动传感器的电信号加到示波器 的两极板上，这样就会将通过极板的电子束产生转移，从而在屏幕上显 示出振动波形。如下图所示。
图21是针对振动加速度的振动等级图。振动加速度分级也是具有 频率依赖性。如例如，在18000 CPM时，2g’s的振动是处于较差的范 围内，而在180000 CPM（3000Hz）时的2g’s振动侧是处于优秀的范 围内。
图17 实际振动转换成FFT的过程
什么时候使用位移、速度或加速度？
当对机器振动进行分析时，重要的一点是尽可能多地收集到有关 该机器的资料（如轴承类型和型号、每根轴的精确转速、齿轮的齿数、 叶轮的叶片数等）。不了解这些信息资料将会影响振动分析的准确性。 振动幅值是是振动分析中经常使用的重要振动参数之一，它于机器存 在的潜在故障问题的严重程度成正比，并且它也是显示机器状态的首 选参数之一。振动幅值的测量类型可以是位移、速度或加速度。但总 的来说更比较常用的是速度。 通常认为当测量的频率范围在600CPM(10Hz)以下时，采用位移测 量单位是很有利的。振动幅值必须有相应的振动频率值做补充说明才 能正确评估振动的严重程度。而只是简单地说“1X RPM 振动是2mils 是不够的，没有足够的信息评价机器的状态是好还是不好。例如，在 3600 CPM转速下振动2mils pk-pk 要比在300 CPM转速下振动2mils pk-pk 对设备的损坏程度要大得多（见图22）。所以，在整个频率范 围内，单独使用位移值是不能对机器进行评估的。
振动学知识点归纳总结
振动学知识点归纳总结1. 振动的基本概念振动是指物体在一定时间内来回或往复运动的现象。
振动可以是机械系统、电磁场系统、声场系统以及量子力学中的原子和分子系统等特有的运动形式。
振动的基本要素包括振幅、周期、频率和相位，它们分别代表着振动的振幅大小、周期的长度、振动的频率以及相位的大小。
振动还可表现为往复振动、旋转振动和波动等形式。
2. 自由振动自由振动是指物体在受到外力作用之后，不再受到外力的干扰而自行振动的过程。
对于线性弹簧振子系统而言，自由振动的周期与该系统的质量、弹簧的刚度和振幅有关，产生自由振动的物体称为振动体。
3. 受迫振动受迫振动是指振动体受到外力作用时的振动过程。
当振动体受到强迫振动时，它会与外力同频振动，当频率接近振动体的固有频率时，振动体可能产生共振现象。
4. 谐振动谐振动是指振动体在受到外力作用时，如果外力的频率与振动体的固有频率相等或接近，振动体便会产生谐振现象，即振幅较大，这一现象在机械工程、电子电路、音响等领域有着广泛的应用。
5. 阻尼振动阻尼振动是指振动体在振动过程中受到阻尼力的作用，通过与外界环境的摩擦力相互作用，使振动体逐渐减弱、停止振动并回到平衡位置的过程。
阻尼振动可分为欠阻尼振动、临界阻尼振动和过阻尼振动三种情况。
6. 共振现象共振是指振动体在受到频率相同或接近的外力作用时，振幅急剧增大的现象。
共振现象广泛存在于物理、工程、地震学和生物学等领域，如桥梁共振振动、建筑结构共振破坏、音乐乐器共鸣等。
7. 振动的能量振动体在振动过程中的能量变化主要包括动能和势能的转换。
在自由振动中，当振动体距离均衡位置最远时，动能最大，势能最小；当振动体通过均衡位置时，动能最小，势能最大。
振动的能量守恒定律形成了机械振动中的一个重要原理。
8. 振动的控制与应用振动的控制手段包括消除外力、减小振幅、增大阻尼和改变系统的固有频率等方法。
振动学在工程、航空航天、地震学、声学和生物学等领域都具有重要的应用价值，如利用振动传感器检测机械故障、利用振动分析技术改善建筑结构的抗震性能、利用谐振技术改善声音品质等。
振动的基本知识
高频
总振动
低ind频ividual vibration signals
combine to form a complex time waveform showing overall vibration
简单时域波形转换到频谱
例子
一般时域波形转换到频谱
频谱与采样
公式
1. 谱线- Line 100 200 400 800 1600 3200 6400线 2. 频宽- Fmax 0-20kHz，可编程
振动周期/频率
频率(Hz)=转速(转每分钟，RPM)/60 频率f(Hz)=1/ 周期T(秒)
振动相位(1)
振动相位-（相位差）
振动相位(2)
振动相位-（相位差）
振动相位应用（1）
振动相位- 例子
振动相位应用（2）
振动相位- 例子
振动时域波型
齿轮啮合
轴承故障
振动幅值
不平衡
总振动
时间
complex time waveform 合成后的时域波形
因传感器输出的是模拟信号，而用计算机处理的 信号必须是数字信号，因此必须对采集的信号进 行模/数转换：包括采样、量化、采样保持等
信号分析系统－数字信号处理器
这是信号分析系统的核心环节，通常是由仪器中 的CPU来执行的，它包括对信号的时域、幅值域 及频域分析，同时它还有运算功能，如时域或频 域的微分、积分等
10
振幅 (mils, in/sec, g’s) 1.0
100 Displacement (mils)
Acceleration (g's)
Velocity (in/sec)
0.1 1
0.01
Common Machinery Operating Range
振动试验基本知识
专业知识1、振动试验基本知识1.1 振动试验方法试验方法包括试验目的，一般说明、试验要求、严酷等级及试验程序等几个主要部分。
为了完成试验程序中规定的试验，在振动试验方法中又规定了“正弦振动试验”和“随机振动试验”两种型式的试验方法。
正弦振动试验正弦振动试验控制的参数主要是两个，即频率和幅值。
依照频率变和不变分为定频和扫频两种。
定频试验主要用于：a）耐共振频率处理：在产品振动频响检查时发现的明显共振频率点上，施加规定振动参数振幅的振动，以考核产品耐共振振动的能力。
b）耐予定频率处理：在已知产品使用环境条件振动频率时，可采用耐予定频率的振动试验，其目的还是为考核产品在予定危险频率下承受振动的能力。
扫频试验主要用于：●产品振动频响的检查（即最初共振检查）：确定共振点及工作的稳定性，找出产品共振频率，以做耐振处理。
●耐扫频处理：当产品在使用频率范围内无共振点时，或有数个不明显的谐振点，必须进行耐扫频处理，扫频处理方式在低频段采用定位移幅值，高频段采用定加速度幅值的对数连续扫描，其交越频率一般在55-72Hz，扫频速率一般按每分钟一个倍频进行。
●最后共振检查：以产品振动频响检查相同的方法检查产品经耐振处理后，各共振点有无改变，以确定产品通过耐振处理后的可靠程度。
随机振动试验随机振动试验按实际环境要求有以下几种类型：宽带随机振动试验、窄带随机振动试验、宽带随机加上一个或数个正弦信号、宽带随机加上一个或数个窄带随机。
前两种是随机试验，后两种是混合型也可以归入随机试验。
电动振动台的工作原理是基于载流导体在磁场中受到电磁力作用的安培定律。
1.2 机械环境试验方法标准电工电子产品环境试验国家标准汇编（第二版）2001年4月汇编中汇集了截止目前我国正式发布实施的环境试验方面的国家标准72项，其中有近50项不同程度地采用IEC标准，内容包括：总则、名词术语、各种试验方法、试验导则及环境参数测量方法标准。
其中常用的机械环境试验方法标准：（1）GB/T 2423.5-1995 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ea和导则：冲击（2）GB/T 2423.6-1995 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Eb和导则：碰撞（3）GB/T 2423.7-1995 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ec和导则：倾跌与翻倒（主要用于设备型产品）（4）GB/T 2423.8-1995 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ed和导则：自由跌落（5）GB/T 2423.10-1995 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Fc和导则：振动（正弦）（6）GB/T 2423.11-1997 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Fd：宽频带随机振动——一般要求（7）GB/T 2423.12-1997 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Fda：宽频带随机振动——高再现性（8）GB/T 2423.13-1997 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Fdb：宽频带随机振动——中再现性（9）GB/T 2423.14-1997 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Fdc：宽频带随机振动——低再现性（10）GB/T 2423.15-1997 电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验Ga和导则：稳态加速度（11）GB/T 2423.22-1986 电工电子产品基本环境试验规程温度（低温、高温）和振动（正弦）综合试验导则（12）GB/T 2423.24-1995 电工电子产品环境试验温度（低温、高温）/低气压/振动（正弦）综合试验导则GJB150.1～150.20-86 军用设备环境试验方法标准中共包括1个总则和19个试验方法，以美国军用标准MIL-STD-810C或810D为依据制订，其中涉及机械环境试验的是：（1）GJB150.15-86 军用设备环境试验方法加速度试验（2）GJB150.16-86 军用设备环境试验方法振动试验（3）GJB150.17-86 军用设备环境试验方法噪声试验（4）GJB150.18-86 军用设备环境试验方法冲击试验（5）GJB150.20-86 军用设备环境试验方法飞机炮振试验依据MIL-STD-810F修订的GJB150即将颁布。
振动分析基本知识
滚动轴承故障
滚动轴承有特殊的轴承失效形式，可以从波形和频 谱数据中观察到
轴承特征频率是真实的缺陷频率
这些频率只在轴承确实有缺陷时出现
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
滚动轴承的结构
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
滚动轴承的失效频率
下午12时17分23秒
固有频率、共振、临界转速
固有频率是由系统设计决定的系统自身属性（质量和刚性） 共振是激励频率等于或接近系统的固有频率时的一种状态 临界转速是由设备旋转激起的系统共振状态
©2010 Fluke Corporation
下午12时17分23秒
振动的测量-传感器
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不加窗 汉宁窗 平顶窗
目的
冲击试验 故障诊断 状态评定、 仪器标定
幅值误差
56.4% 16% 1%
窗系数(WF)
1 1.5 3.8
频率分辨率=2*LRF*窗系数 (汉宁窗系数为1.5)
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下午12时17分23秒
常用图谱
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下午12时17分23秒
采样-模数转换
采样频率=采样点数/采样时间
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下午12时17分23秒
采样定理
谱线数=采样点数/2.56 LRF（最小可见频率）= Fmax/N=1/采样时间
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下午12时17分23秒
加窗
窗
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振动学知识点总结归纳
振动学知识点总结归纳一、振动学基础知识1.1 振动的基本概念振动是物体在某一平衡位置附近来回作周期性运动的现象。
当物体在平衡位置周围出现微小偏离时，物体受到恢复力的作用，使其朝着平衡位置运动，从而形成振动。
1.2 振动的分类振动可分为自由振动和受迫振动。
自由振动是指物体在没有外力作用下的振动，而受迫振动是指物体受到外力作用下的振动。
1.3 振动的描述振动可以通过振幅、周期、频率等指标进行描述。
振幅是指振动过程中物体偏离平衡位置的最大距离，周期是指物体完成一次完整振动所需的时间，频率是指单位时间内振动的次数。
1.4 振动的动力学方程物体在振动过程中受到恢复力和阻尼力的作用，可以通过动力学方程进行描述。
动力学方程可以用来描述物体的振动规律，求解物体的振动响应。
二、单自由度系统2.1 单自由度系统的基本模型单自由度系统是指只有一个自由度可以发生振动的系统，它是振动学研究的基本模型之一。
单自由度系统的受力分析和振动方程可以通过牛顿定律和动能定理进行推导。
2.2 单自由度系统的自由振动单自由度系统在没有外力作用下的振动是自由振动，它可以通过解振动方程得到振动的时间变化规律。
自由振动的特点是振幅不变，频率固定。
2.3 单自由度系统的受迫振动单自由度系统受到外力作用时会发生受迫振动，外力的作用使得系统产生特定的振动响应。
受迫振动可以通过傅立叶分析和频谱分析进行研究，得到系统的振动响应特性。
2.4 单自由度系统的阻尼振动单自由度系统在振动过程中会受到阻尼力的作用，阻尼振动是指系统在振动过程中能量不断减少的现象。
阻尼振动的特点是振幅逐渐减小，频率不变。
2.5 单自由度系统的参数对振动的影响单自由度系统的质量、刚度和阻尼等参数对振动的影响是振动学研究的重要内容。
通过改变系统的参数，可以调控系统的振动特性，实现对系统振动的控制和优化。
三、多自由度系统3.1 多自由度系统的基本概念多自由度系统是指具有多个自由度可以发生振动的系统，它是振动学研究的扩展和深化。
振动测量分析基础知识
振动测量分析基础知识振动测量分析是指对物体振动特性进行测量和分析的过程，常用于工程领域的振动分析、故障诊断和结构健康监测。
在进行振动测量分析时，需要掌握一些基础知识，包括振动的基本概念、振动测量的方法、振动信号的分析与处理等。
一、振动的基本概念1.振动：物体围绕其中一位置或平衡位置作往复或周期性运动的现象。
2.振动的主要参数：振幅、周期、频率、相位和相位差。
3.振动的分类：自由振动和受迫振动，以及简谐振动和非简谐振动。
二、振动测量的方法1.直接法：通过直接接触目标物体或其附近的测点，使用传感器实时测量振动信号。
常用的传感器有加速度计、位移传感器和速度计等。
2.非接触法：通过无线传感技术、光学传感技术或红外线传感技术等，对远离目标物体的振动信号进行测量。
常用的传感器有激光测振仪、红外线摄像机和毫米波雷达等。
3.振动传感网络：通过多个传感器分布在目标物体上，实现多点同时测量和数据采集，进行全局振动监测和分析。
三、振动信号的分析与处理1.时域分析：通过对振动信号的波形进行观察和分析，得到信号的振幅、周期、频率以及时间变化规律。
2.频域分析：将时域信号转换为频域信号，通过傅里叶变换等方法，得到信号的频率成分和能量分布，可进行频谱分析和频率响应分析。
3.相位分析：通过测量不同测点的相位差，可以获得信号的相位关系和振动传播速度。
4.整频带法：对振动信号进行整个频率范围的分析，用于诊断和评估整个系统的振动特性。
5.专频法：对振动信号在特定频率范围内的分析，用于更精确地检测特定故障或异常情况。
振动测量分析在工程领域有着广泛的应用，例如在机械设备的故障诊断中，可以通过振动信号的分析来判断设备的健康状况和故障原因；在建筑物结构健康监测中，可以通过振动传感器对结构的振动参数进行实时监测，预防和诊断结构损伤等。
随着传感器技术和信号处理算法的不断发展，振动测量分析的精度和应用范围也在不断扩大，对振动的研究和应用产生了积极的推动作用。
振动基础知识点总结
振动基础知识点总结一、基础概念1. 振动的定义振动是指物体相对固定位置或平衡位置的周期性运动。
当物体相对于平衡位置发生周期性移动时，我们就称其为振动。
在自然界和日常生活中，我们可以观察到很多不同形式的振动，比如弹簧的拉伸振动、弦的横向振动、机械系统的转子振动等。
2. 振动的分类振动可以根据其运动形式、引起振动的原因、系统的特性等多种方式进行分类。
常见的分类方式包括：- 按运动形式可分为直线振动、旋转振动和复合振动；- 按引起振动的原因可分为自由振动、受迫振动和阻尼振动；- 按系统的特性可分为单自由度振动和多自由度振动等。
3. 振动的基本参数在描述振动时，常用的基本参数包括振幅、周期、频率、角频率、相位等。
这些参数描述了振动的幅度、速度和相位关系，是分析和描述振动运动特性的重要工具。
二、自由振动1. 自由振动概念自由振动是指系统在没有外力作用下的振动运动。
在自由振动的过程中，系统的振幅会随着时间不断变化，最终趋于稳定。
自由振动的运动方程一般为二阶线性微分方程，解析求解需要用到振动的基本理论知识。
2. 自由振动的特性自由振动的特性主要包括振动频率、振幅和相位。
对于简谐振动系统，其振动频率和振幅与系统的质量、刚度和阻尼相关。
而相位描述了系统中各个振动部件之间的相对位置关系。
3. 自由振动的应用自由振动的应用非常广泛，比如桥梁的结构振动、地震的振动运动、建筑物的自由振动等。
通过对自由振动的分析，可以评估结构的稳定性和安全性，为工程设计和地震防护提供重要参考。
三、受迫振动1. 受迫振动概念受迫振动是指系统在外部周期性力作用下的振动运动。
在受迫振动的过程中，系统受到外部力的影响，振动的频率和振幅会受到外部力的调控，产生共振等现象。
2. 受迫振动的特性受迫振动的特性与外部激励力的频率和幅度有关。
当外部激励力的频率接近系统的固有频率时，系统会产生共振现象，振动幅度会急剧增大。
另外，受迫振动也与系统的阻尼特性相关，阻尼会削弱系统的受迫振动响应。
振动检测分析基本概念知识
10/07/1998 1:32:32
14/08/1998 1:23:53
11/09/1998 1:25:20
mm/s
rms
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
Velocity
其意义是…..?
如何用于评价机器状态
振动的标准 IRD.Machanalysis 通用旋转机械 振动位移和速度 标准
如何用于评价机器状态
10 Hz = 600 RPM
FFT
10 Hz
一个更复杂的频谱
Rub
Imbalance
FFT
10 Hz
80 Hz
600 CPM
4,800 CPM
使用特殊的计算方法指示在频谱中的位置 – 叫做 “激励频率”.
激励频率
分辨率 高分辨率 低分辨率
加窗
记录振动信号 段. 段的边缘必须平滑，避免 频谱泄漏.
工厂维修的作用
事后维修
也叫“故障维修” 常见的方式 (即使在今天) 可接受的运行成本
二次损害 (10X$) 高停产时间 高备件库存 安全考虑
预防维修
在故障前维修 (也叫 “计划维修”, “历史维修”, “基于日期维修”) 今天大部分工厂中常用的维修方式 假定所有机器到时失效 在失效前进行维修 停机 但是，机器什么时候失效?
缺点 机器仍然早期失效 完全良好的机器被 “维修” 停机大修常引入问题 不必要的停机时间
预防维修
预测维修
“如果机器没有问题, 不要维修!” (也叫 “基于状态的维修”) 预测机器什么时候将失效 安排在最方便的时候修理 判断 “危险” 进行 “状态监测” 确定健康状态 预测失效 合理行动 优点: 无停机时间 无意外失效 无二次损坏 计划所有维修
振动分析文档
振动分析引言振动分析是对物体在振动状态下的运动、力学特性和动力学特性进行分析和研究的一门学科。
振动广泛应用于机械工程、土木工程、航空航天工程等领域，通过研究物体的振动特性可以确定其结构强度、设计合理性以及运行稳定性。
振动的基本概念振动的定义振动是物体在某一中心位置附近连续往复运动的现象。
物体的运动可以是周期性的，也可以是随机的。
振动的形式振动可以分为简谐振动和非简谐振动。
简谐振动是指物体在振动过程中以一定的频率、幅度和相位进行往复运动的振动形式。
非简谐振动则是指物体在振动过程中频率、幅度和相位都不是固定的。
振动的参数振动的参数包括振幅、周期、频率和相位。
振幅是指物体在振动中偏离平衡位置的最大位移。
周期是指物体完成一次完整振动所需时间。
频率是指物体单位时间内振动的次数。
相位是指物体在振动过程中相对于某一基准点的位置。
振动分析方法实验方法通过实验方法可以测量物体在振动过程中的振幅、周期和频率等参数。
常用的实验方法有频率响应法和模态分析法。
频率响应法通过在物体上施加外加激励，测量其响应来估计其振动特性。
模态分析法则是通过测量物体在不同振动模态下的振动特性来分析其振动行为。
数值模拟方法数值模拟方法通过建立数学模型，使用计算机模拟物体在振动状态下的运动行为。
常用的数值模拟方法有有限元分析法和多体动力学分析法。
有限元分析法将物体离散成有限个单元，通过求解单元之间的相互作用力来模拟物体的振动行为。
多体动力学分析法则是通过建立多体系统的运动方程，求解系统的振动状态。
振动应用领域振动分析在工程领域有广泛的应用。
以下列举几个常见的振动应用领域：结构设计振动分析可以帮助工程师评估结构的强度和稳定性，从而优化结构设计。
通过分析物体在振动状态下的应力和变形情况，可以确定结构的合理尺寸和材料，并预测结构在振动环境下的工作性能。
设备健康监测振动分析可以用于设备健康监测，通过监测设备在运行过程中的振动特性，可以及时发现设备的故障或异常状况，进行预防维护和修复。
振动基础知识介绍
0.4
0.6
0.8
1
1.2
-2
-3
-4
时间(Seconds)
V（速度） = dX/dt
微分
积分
加速度随时间的变化
1.5
1
0.5
0
-0.5 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1Leabharlann 1.2-1-1.5
时间 (Seconds)
A（加速度） = dV/dt = d2X/dt2
测试结构表面的振动加速度数据可以根据上述关系 计算得到速度、位移数据（但积分网络往往会对低频 部分失真，故由加速度进行转换的速度、位移一般看 10HZ以上的数据）。
风冷螺杆机组—主要为压缩机吸气、排气脉动及其谐波能量，还有风机的叶
频分量(正常的风机轴频分量及其叶频谐波分量不会明显）。
Note: 机组正常的压缩机振动能量主要来源于特征频率的前1~5阶，更高阶的能 量不应该突出。
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特征频谱
涡旋机组
水冷冷水机组主要是压缩机吸气、排气脉动（与轴频相等）及其谐波能量； 风冷冷水机组及制冷剂系统风冷室外机组，还有风机叶频能量（正常的风机轴频 分量及其叶频谐波分量不会明显）。
振动的基本概念
简谐振动的频率f =1/T，其基本意义如下：
位移幅数t (inches)
振动位移随时间的变化
1.5
频率f= 1 Cycle/sec (Hz)
1
0.5
0 -0.5 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2 频率f也可表示为： 60 CPM( Cycle/minute)
-1
或60Rpm( Round/minute)
振动基本知识
振动的基本概念及刚性转子找平衡振动水平是衡量设备安全可靠运行的重要指标。
剧烈的振动容易导致零部件的疲劳损坏，一些重大的设备损害直接或间接地与振动有关。
所以，在设备运行时需对设备进行振动监测，其目的在于：（1）：监测振动的大小，了解其是否在规定的范围内；（2）:当机组异常时，进行测量和处理故障（不仅需测量振动的大小，还需测量频率、相位）。
一：振动的表示：振动的三要素：振幅、频率、以及相位。
振幅表示机组振动严重程度或剧烈程度的重要指标。
1：振幅：其表示方法有：（1）：位移表示方法：振幅表示机组振动严重程度或剧烈程度的重要指标。
Ap单峰值就是振动的最大点到平衡位置之间的距离。
App峰峰值实际上就是振动的波峰与波谷的距离。
振动测量仪器输出的位移振动振幅通常都是峰峰值。
（2）：加速度、速度表示方法：用速度均方根表示，又称为“烈度”，单位：mm/s用加速度表示时，单位为mm2 /s当速度为单一频率时，与速度之间的关系为注：•振动位移、速度和加速度•y =A sin(ωt+ ϕ)•v=d y/dt=ωA sin(ωt+ ϕ+π/2)•a= d 2y/dt2=ω2A sin(ωt+ ϕ+π)•（1）振动位移、速度和加速度信号的频率相同。
•（2）在相同位移幅值下，频率越高，交变应力越大，对设备危害也越大。
•（3）振动速度/加速度是振动位移和频率/频率平方的乘积，幅值中同时反映了振动频率和位移幅值的影响，较单纯的振动位移幅值更全面•（4）采用不同表示方式，必须考虑相互之间的相位差。
•（5）同一种故障在振动位移、速度和加速度频谱中表现出来的故障特征不完全相同。
•（6）振动位移、速度和加速度之间可以相互转换。
2:相位：（1）作用：相位就是转动部件参考一个固定位置得到的瞬时位置信息，相位告诉我们振动的方向。
相位在振动测量中主要应用于确定不平衡量的角度，由基频振动的相位和转子的机械滞后角可以知道不平衡的角度。
（2）概念：从广义上讲：相位可以理解为两个事件之间的时间。
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主动端
下午5时13分19秒
某水泵
下午5时13分19秒
松动
机械松动有两种类型： • 旋转松动：旋转松动是由机器的旋转 部件与固定部件之间的过大间隙引起的 （例如在轴承中）。
• 非旋转松动：非旋转松动是两个正常 的固定部件之间的松动，例如，支脚和 基础之间或轴承外壳和机器之间。
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松动
下午5时13分20秒
共振
转子系统、支撑系统、各部件都有固有频率 固有频率由系统的本身性能决定：F=/2π 以一倍频振动为主且幅值很高； 转速变化时振幅、相位变化明显； 部件共振时各处相位相同；
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电机故障
中国的线频率为50hz（美国为60hz） 同步转速=2*线频率/极数 滑差频率=同步转速-实际转速 转子问题：转频两旁滑差频率的边带 气隙不均：2倍线频率 定子短路： 2倍线频率及其谐波
• 未对准会以两种方式表现出来： • 径向和切向方向上（平行）的2 倍 频振动 • 轴向方向上（成角度）的1倍频振动
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不对中
波形呈畸变的正弦波； 轴向振动较大； 联轴器两侧的轴向振动相差180°； 振动随负荷的变化明显；
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某水泵
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某水泵
=
活动端
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对有疑问诊断结果的处理
仪表显示“严重”或“极严重”，但是没有故障迹象 诊断仪显示“轻度”或“中等”，但似乎有极严重的振动水平 诊断仪诊断到超过五个严重或者极严重的故障 检查机器设置输入值，并重新进行测量 联系振动专家
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电机试验台-两种以上的故障
=
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泵故障
临界转速 结构共振（立式泵） 喘振（流量低） 气穴
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风机故障
不平衡 不对中 临界转速 共振 松动 轴承问题 软脚 气流问题 皮带轮问题
通过频率 转速计算
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综合分析结果
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测量和诊断错误的常见原因
不适当的转速输入 不适当的机器设置 热瞬变，机器没有达到正常工作温度 传感器过载，通常是没有让传感器在采集数据之前达到温度平衡 不适当的测量位置 在一台循环或浪涌不断开关的机器上进行测量
电机试验台
=
活动端
主动端
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电机试验台
=
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振动分析基本知识
振动波形
下午5时13分19秒
振动幅值
下午5时13分19秒
振动频率
下午5时13分19秒
振动的合成分解
下午5时13分19秒
时频转换
下午5时13分19秒
时频转换
下午5时13分19秒
时频转换
下午5时13分19秒
时频转换
通频值、分频值、基频、倍频
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振动的测量-传感器
轴承失效频率和设备转速的单位相同
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滚动轴承的失效频率
不要忙着计算故障频率，首先寻找故障征兆 不同厂家—不同型号---不同滚珠数
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滚动轴承的频谱
基本频率、谐波、边带、固有频率及其边带
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螺杆压缩机
=
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螺杆压缩机
=
位置4
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电厂一次风机
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电厂一次风机
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电厂一次风机
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电厂一次风机
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滚动轴承故障
滚动轴承有特殊的轴承失效形式，可以从波形和频 谱数据中观察到
轴承特征频率是真实的缺陷频率 这些频率只在轴承确实有缺陷时出现
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螺杆压缩机
=
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某风电主轴承
下午5时13分19秒
某风电主轴承
内径600 外径870 双列29滚珠 滚动体直径66.5 接触角11°20 主轴转速 14.2RPM
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计算结果
内环通过频率15.79X 滚珠通过频率1.184X 外环通过频率13.2X 保持架频率 0.456X
不平衡通常会在 1 倍转速下在任一 方向上表现出来
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转子不平衡-振动特征
波形为简谐波，少毛刺；
原始质量不平衡---轴向振动小
1X频率为主；
初始弯曲
---轴向1X振动
水平和垂直振相位差90°；
部件位移或脱落---振动突变后稳定
一般水平振动大于垂直方向振动； 叶轮结垢
---振动缓慢增加
轴向振动不大；
联轴器不平衡 ---相邻轴承振动大
振幅随转速升高而增大；
过临界转速有共振峰；
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某电机
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某电机
=
活动端
主动端
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某电机
=
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轴弯曲
=
和不平衡现象类似 轴向有较大的一倍频振动，且相位相反 对大型机组可以通过晃度来判断
下午5时13分19秒
电涡流位移传感器
电涡流传感器结构图
电涡流传感器原理图
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磁电速度传感器
下午5时13分19秒
磁电速度传感器
下午5时13分19秒
压电加速度传感器
下午5时13分19秒
压电加速度传感器
三角剪切型
中心压缩型
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压电加速度传感器的频响
下午5时13分19秒
常见故障的振动特征
在带滚动轴承的旋转机械中，常见的故障类型有质 量不平衡、轴弯曲、不对中、松动、共振、滚动轴承 故障、齿轮故障等。
下午5时13分19秒
转子不平衡-来源
污物积累或平衡配重的缺失 • 材料不均匀，尤其是在铸件中（如多孔部分、砂眼） • 配合件（如轴、孔…）的尺寸存在差别 • 辊子偏转（如造纸机辊）或存在机加工误差 • 电气绕组的质量分布不均匀 • 不均匀的腐蚀、偏心转子或转子腐蚀
• 轴承座套和滚动体之间间隙过大（轴承松动）会产生1倍频的各次谐波， 有时可能会延伸到10倍频率以上 • 过大的轴颈轴承间隙会产生0.5倍谐波，如图所示。它们称为“半频谐 波分量”或“分谐波”。它们可由摩擦和严重的撞击而产生。
•大多数类型的非旋转松动也会产生转速的谐波，通常不会太多，不会产 生分谐波。 •非旋转松动还可产生随机噪声，这会产生一种连续频谱，而不是确定的 峰形。 •垂直方向振动常大于水平方向； •松动结合面两边，振幅有明显差别；
下午5时13分20秒
转子断条
转频幅值与边带幅值D的差： >54dB 电机良好 45-54dB 电机状态一般 40-45dB 最少有一根断条，需要跟踪 <40dB 多跟断条，建议马上停机
下午5时13分20秒
气隙不均
2*线频率，可能和2倍转频发生拍振
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定子线圈短路
2*线频率及其谐波
3.74hz 0.28hz 3.13hz
0.108hz
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轴承处波形频谱图
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齿轮箱的故障分析
啮合频率及其谐波、固有频率、边频 滚动轴承频率
啮合频率 GMF
下边频 2X
上边频
下午5时13分19秒
纸厂辊子
下午5时13分20秒
纸厂辊子
下午5时13分20秒
纸厂辊子
下午5时13分19秒
不对中
=
在机器设备上，当两个耦合轴的中心线重合时，就是理 想对中的情况。当它们不重合时，就存在不对中
下午5时13分19秒
不对中
• 不对中的原因可能有以下几种： • 组装不佳，或组装后发生移动 • 管道张力造成变形 • 柔性支撑件的扭矩引起变形 • 温度引起机器结构发生变化 • 联轴器加工不良 • 联轴器润滑不够充分
常用图谱
下午5时13分19秒
机组结构图
下午5时13分19秒
机组信息
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波形图
下午5时13分19秒
波形图
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频谱图
下午5时13分19秒
振动趋势图
下午5时13分19秒
瀑布图
下午5时13分19秒
轴心轨迹图
下午5时13分19秒
常见故障的振动特征
下午5时13分19秒
滚动轴承的结构
下午5时13分19秒
滚动轴承的失效频率
CA= 接触角
Ω= 设备转速 N=滚动体个数 P=节园直径 B=滚珠或滚动体直径
FTF=保持架通过频率 BPFI=内环通过频率 BPFO=外环通过频率 BSF=滚珠旋转频率
fundamental train frequency ball pass frequency inner race ball pass frequency outer race ball spin frequency