振动的基本概念

-0.12 0 s 1.999023 s
X:123 Hz X:119.75 Hz X:116.5 Hz X:113.25 Hz X:126.75 Hz X:129.75 Hz Pwr Spec 1 0.001 g^2 rms 1E-07 0 Hz
Y:35.79646 Y:4.916279 Y:14.22395 Y:7.112244 Y:6.962738 Y:4.886433
– 適用在峰值大小和背景值相差很大 的情況，但是刻度不是線性刻度， 而是等比級數。
1.0E+00 1.0E-02 1.0E-04 1.0E-06 0 20 40 Hz 60 80 100
• dB刻度(Decibel Scale)
– 適用在峰值大小和背景值相差很大 的情況，且刻度是線性刻度(等差級 數)，但是確切的量測值需要換算。 dB=20log(V/Vref)
displacement
time
time
振動的基本概念-共振與振型
• 共振（Resonance） 外力之振動頻率與結構之任一自然振動頻率相 同時，結構振動會異常變大，結構系統呈現不 穩定狀態，常造成機構損壞 振型（Mode Shape） 結構體各質點在特定自然頻率之實際振動情形 下，各質點之相對變形形式，如bending mode、 torsion mode…
dB g/g
-50 -60 -70 -80 -90 -100 -110 0 20 40 Hz 60 80 100
如何選用?-凸顯振動特性
振動的基本概念-時域與頻域
• 時域（Time Domain）-直接表達方式，原始資料， 示波器或記錄器（Recorder）使用時域振動波形分 析主要是用來輔助診斷，以便了解是否有鬆動、撞 擊、葉片斷裂…等現象， 或直接測試機構行走衝擊 量之大小。 • 頻域（Frequency Domain）-FFT轉換，尋找振動原 因的利器，大部分物體運轉振動測試的分析方法
振動的基本概念-振動描述
•如何描述振動
–頻率（Frequency） •單位時間內振動的次數，單 位為赫茲(Hertz) –振幅（Amplitude） •指物體振動時擺動的大小， 也就是從平衡點到最大振動 量的大小，代表了振動的強 度。 –相位（Phase） •是指某一個瞬間振動體上某 一位置與另一固定點之相對 關係，或是某一個瞬間兩個振動體
ug^2 ug^2 ug^2 ug^2 ug^2 ug^2
200 Hz
時域頻譜分析CNC車床主軸頭Z 方向之振動時域頻 譜；藍色為改善後， 紅色為改善前
X:619.1406 X:625.9766 T ime 1 X:490.2344 X:498.0469 T ime 1 0.12 g Real
ms ms ms ms
Y:40.05732 mg Y:-24.50176 mg Y:92.35865 mg Y:-49.26422 mg
頻率頻譜分析鏡面加工車床之刀塔上測試 之振動頻譜（X方向） ，加 工條件：進給速度 15mm/min，主軸轉速200 rpm，切削深度0.02 mm ， 取樣頻寬200 Hz ， rms ， 平均20次，可以看出在110 Hz附近有一個自然頻率存在， 由於切削頻率（200 rpm， 3.3 Hz）的激發，在此自然 頻率上產生許多邊頻 （sideband，3.3 Hz)
振動的基本概念-物理量轉換
• 振動位移、速度、加速度間的轉換
振動的基本概念-振動量取值之一
• 平均值( Average ) ：較為少用
X average 1 T
x t
T 0
• •
均方根值(RMS) ：可代表振動能量成分 P-P值(Peak to Peak)
Xrms=
1 T

T
0
X 2 (t )dt
– 波形中之最大值與最小值之差，＜10Hz之位移 量常使用 • Peak值 – 波形中之最大值至平衡點之差值，描述速度振幅 • 分貝( Decibel，dB ) ：
V dB 20 log V ref
其中 V＝量測之物理量 Vref＝參考之物理量
振動的基本概念-振動量取值之二
振動的基本概念-振動量之物 理單位
Leabharlann Baidu• 振動常用的單位
– 振動位移 mm，mm (10-3 mm) ，inch，mil(10-3 inch) – 振動速度 mm/sec，cm/sec ， inch/sec – 振動加速度 mm/sec2，inch/sec2，g(9.81 m/sec2)，gal(cm/sec2)
•
振動的基本概念-阻尼
• 阻尼；阻尼係數 ( Damping Coefficient ) – 系統內會產生抑制運動的 作用力，其大小正比於運 動速度，方向和運動的方 向相反，此作用力與運動 速度之間的比例係數即為 阻尼係數。 • 臨界阻尼(Critical damping) – 介於次阻尼<1.0與過阻尼 >1.0之間。 • 阻尼比 (Damping ratio ,ξ) – 阻尼係數與臨界阻尼係數 的比值。
其位置之相對關係。
振動的基本概念-自然頻率
• 自然頻率
– 一個結構體本身所存在之動 態特性 – 與系統剛性平方根成正比， 與質量塊平方根成反比 自然頻率通 常是振動大 到異常之主 要原因,給人 的感覺最為 深刻
displacement
displacement
time
time
displacement
振動的基本概念-縱（Y）軸刻度
• 線性刻度(Linear Scale)
– 可凸顯振源所在的位置及大小，適 用在峰值大小和背景值相差不大的 情況。
LogMag g
LinMag. g
4.00E-03 3.00E-03 2.00E-03 1.00E-03 0.00E+00
0
20
40 Hz
60
80
100
• 對數刻度(Logarithmic Scale)