机械设备振动状态监测培训讲义
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也可以认为，振动位移具体地反映了间隙的大小，振动速度反映了能量的 大小，振动加速度反映了冲击力的大小。
在实际应用中，大型旋转机械的振动用振动位移的峰峰值[μm]表示，用装 在轴承上的非接触式电涡流位移传感器来测量转子轴颈的振动；一般转动设 备的振动用振动速度的有效值[mm/s]表示，用手持式或装在设备壳体上靠近 轴承处的磁电式速度传感器或压电式加速度传感器（如今主要是加速度传感 器）来测量；齿轮和滚动轴承的振动用振动加速度的单峰值[g]表示，用加速 度传感器来测量。
第一节 振动概述
2 振幅的描述 加速度振幅
No Image
● 物理意义 加速度是速度对时间的变化率（△v/△t ），是描述物体 速度改变快慢的物理量。速度变化量为0 ，是匀速运动，加速度也 必然为“0”， 所以，加速度值与速度的大小没有必然联系。只有 在外力作用下速度发生改变时，才会使加速度增大。
负峰值
各幅值参数随时间变化， 彼此间无明确定关系
第一节 振动概述
一 振幅 —— 2 振幅的描述
振幅分别用振动位移、振动速度、振动加速度值加 以描述、度量，三者相互之间可以通过微分或积分 进行换算。 在振动测量中，振动位移的量值为峰峰值，单位是 微米[μm]或密耳[mil]； 振动速度的量值为有效值，单位是毫米/秒[mm/s]或 英寸/秒[ips]； 振动加速度的量值是单峰值，单位是重力加速度[g] 或米/秒平方[m/s2]，1[g] = 9.81[m/s2]。
机械设备振动状态监测
戴凤涛
2014.02
第一章 振动基础 第二章 旋转机械典型振动故障特征
识别
第一章 振动基础
第一节 振动概述
一 振动的基本概念 二 振幅 三 频率 四 相位
第二节 机械设备振动监测
一 设备振动监测方法 二 设备振动标准与评价
第一节 振动概述
一 振动的基本概念
物体相对于平衡位置所作的往复运动称为机械振动。 简称振动。
简谐振动的幅值参数
正峰值
平均绝对值
No
Image 有效值
峰峰值
平均值
负峰值
各幅值参数是常数，彼此间有确定关系
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
No Image
复杂振动的幅值参数
峰峰值 正峰值
No xrms Image
圆频率 = 2 f 为每秒钟转过的角度，单位为弧度/秒 初相角 (Initial phase)
描述振动在起始瞬间的状态。
第一节 振动概述
一 振幅
振幅是物体动态运动或振动的幅度。 振幅是振动强度 和能量水平的标志，是评判机器运转状态优劣的主要指标。
1 振幅的量值
瞬时值 (Instant value)
在低频范围内(10Hz)，振动强度与位移成正比；在中频范围内，振动 强度与速度成正比；在高频范围内，振动强度与加速度成正比。因为频率低 意味着振动体在单位时间内振动的次数少、过程时间长，速度、加速度的数 值相对较小且变化量更小，因此振动位移能够更清晰地反映出振动强度的大 小；而频率高，意味着振动次数多、过程短，速度、尤其是加速度的数值及 变化量大，因此振动强度与振动加速度成正比。
x
v
No
vx
Image
a
a
振动位移 (Displacement)
位移、速度、加速度都是同
No Image
频率的简谐波。
速度 (Velocity)
三者的幅值相应为A、A、
No Image
A 2。
加速度 (Acceleration)
相位关系：加速度领先速度
No Image
90º; 速度领先位移90º。
什么时候使用位移、速度或加速度？
第一节 振动概述
2 振幅的描述
位移振幅
No Image
● 物理意义 位移描述了质点偏移平衡位置的程度，反映了位移与质点 的位能关系。位移大，质点的势能就大，因此，位移可监测位能对部
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件的破坏作用；
● 工程意义 位移幅值对低频振动信号非常敏感，异常间隙故障、磨损 故障、非线性摩擦及松动等故障，都会激励起很大的位移响应。 1500rpm以下的低速设备，一定要关注位移振幅！！
● 工程意义 牛顿第二定律（a=F/m ）说明，加速度幅值反映了单位质量所
受合外力的状况，受到的合外力越大，瞬间产生的加速度就越大。由此推 断，如果振动加速度增大，振动系统必然是受到了外力干扰，因此，通过 监测加速度幅值的变化，可以分析系统中《有冲击力特征》的振动故障。
振动位移、速度、加速度之间的关系
第一节 振动概述
二 频率
频率f是物体每秒钟内振动循环的次数，单位是赫兹 [Hz]。 频率是振动特性的标志，是分析振动原因的重要依据。 机器振动故障的发生、发展，都会引起信号频率结构的变化，并且不同故 障所生成的频率成分之间，交叉叠加。因此，振动信号的幅值分析，尚不 能对其振动性质、内在变化、动态行为、故障原因等根本问题作出确定性 结论，这些问题的最终解决，都需要把复杂的时间历程信号，由时域分析 转换到频域分析——频谱分析技术。 1 频谱分析的内涵 频谱分析是机械故障诊断中最常用的信号处理技术之一，主要解决四项问题： —— 观察振动信号中的频率成分和分布范围； —— 计算频率幅值（或能量）的大小； —— 确定影响设备状态的主要激振频率； —— 识别振动信号的相位信息（相位谱）。
第一节 振动概述
2 振幅的描述
速度振幅
No Imห้องสมุดไป่ตู้ge
● 物理意义 速度是位移对时间的变化率，描述了质点的运动速率， 速度越快，动能越大，即速度反映了质点的动能。
● 工程意义 速度反映了分析频段内时间历程信号的振动能量，即机 器的振动烈度，因此，速度的表征参数用有效值(mm/s)表示。不 论是低速设备，还是高速设备，都要关注对振动速度的测量分析。 滚动轴承出现磨损故障时，会导致振动速度增大
振动的任一瞬时的数值。 x = x(t)
峰值 (Peak value)
振动离平衡位置的最大偏离。
xp
平均绝对值 (Average absolute value) 均值 (Mean value)
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有效值 (Root mean square value) 振动的均方根值
No Image
例如，机器箱体的颤动、管线的抖动、叶片的摆动等 都属于机械振动。
振动用基本参数、即所谓“振动三要素” — 振幅、 频率、相位加以描述。
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第一节 振动概述
一 振动的基本概念
No Image No
Image
振幅 A (Amplitude) 偏离平衡位置的数值。描述振动的规模。
频率 f (Frequency) 描述振动的快慢。单位为次/秒(Hz) 或次/分(c/min) 。 周期 T = 1/f 为每振动一次所需的时间，单位为秒。
在实际应用中，大型旋转机械的振动用振动位移的峰峰值[μm]表示，用装 在轴承上的非接触式电涡流位移传感器来测量转子轴颈的振动；一般转动设 备的振动用振动速度的有效值[mm/s]表示，用手持式或装在设备壳体上靠近 轴承处的磁电式速度传感器或压电式加速度传感器（如今主要是加速度传感 器）来测量；齿轮和滚动轴承的振动用振动加速度的单峰值[g]表示，用加速 度传感器来测量。
第一节 振动概述
2 振幅的描述 加速度振幅
No Image
● 物理意义 加速度是速度对时间的变化率（△v/△t ），是描述物体 速度改变快慢的物理量。速度变化量为0 ，是匀速运动，加速度也 必然为“0”， 所以，加速度值与速度的大小没有必然联系。只有 在外力作用下速度发生改变时，才会使加速度增大。
负峰值
各幅值参数随时间变化， 彼此间无明确定关系
第一节 振动概述
一 振幅 —— 2 振幅的描述
振幅分别用振动位移、振动速度、振动加速度值加 以描述、度量，三者相互之间可以通过微分或积分 进行换算。 在振动测量中，振动位移的量值为峰峰值，单位是 微米[μm]或密耳[mil]； 振动速度的量值为有效值，单位是毫米/秒[mm/s]或 英寸/秒[ips]； 振动加速度的量值是单峰值，单位是重力加速度[g] 或米/秒平方[m/s2]，1[g] = 9.81[m/s2]。
机械设备振动状态监测
戴凤涛
2014.02
第一章 振动基础 第二章 旋转机械典型振动故障特征
识别
第一章 振动基础
第一节 振动概述
一 振动的基本概念 二 振幅 三 频率 四 相位
第二节 机械设备振动监测
一 设备振动监测方法 二 设备振动标准与评价
第一节 振动概述
一 振动的基本概念
物体相对于平衡位置所作的往复运动称为机械振动。 简称振动。
简谐振动的幅值参数
正峰值
平均绝对值
No
Image 有效值
峰峰值
平均值
负峰值
各幅值参数是常数，彼此间有确定关系
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
No Image
复杂振动的幅值参数
峰峰值 正峰值
No xrms Image
圆频率 = 2 f 为每秒钟转过的角度，单位为弧度/秒 初相角 (Initial phase)
描述振动在起始瞬间的状态。
第一节 振动概述
一 振幅
振幅是物体动态运动或振动的幅度。 振幅是振动强度 和能量水平的标志，是评判机器运转状态优劣的主要指标。
1 振幅的量值
瞬时值 (Instant value)
在低频范围内(10Hz)，振动强度与位移成正比；在中频范围内，振动 强度与速度成正比；在高频范围内，振动强度与加速度成正比。因为频率低 意味着振动体在单位时间内振动的次数少、过程时间长，速度、加速度的数 值相对较小且变化量更小，因此振动位移能够更清晰地反映出振动强度的大 小；而频率高，意味着振动次数多、过程短，速度、尤其是加速度的数值及 变化量大，因此振动强度与振动加速度成正比。
x
v
No
vx
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a
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振动位移 (Displacement)
位移、速度、加速度都是同
No Image
频率的简谐波。
速度 (Velocity)
三者的幅值相应为A、A、
No Image
A 2。
加速度 (Acceleration)
相位关系：加速度领先速度
No Image
90º; 速度领先位移90º。
什么时候使用位移、速度或加速度？
第一节 振动概述
2 振幅的描述
位移振幅
No Image
● 物理意义 位移描述了质点偏移平衡位置的程度，反映了位移与质点 的位能关系。位移大，质点的势能就大，因此，位移可监测位能对部
No Image
件的破坏作用；
● 工程意义 位移幅值对低频振动信号非常敏感，异常间隙故障、磨损 故障、非线性摩擦及松动等故障，都会激励起很大的位移响应。 1500rpm以下的低速设备，一定要关注位移振幅！！
● 工程意义 牛顿第二定律（a=F/m ）说明，加速度幅值反映了单位质量所
受合外力的状况，受到的合外力越大，瞬间产生的加速度就越大。由此推 断，如果振动加速度增大，振动系统必然是受到了外力干扰，因此，通过 监测加速度幅值的变化，可以分析系统中《有冲击力特征》的振动故障。
振动位移、速度、加速度之间的关系
第一节 振动概述
二 频率
频率f是物体每秒钟内振动循环的次数，单位是赫兹 [Hz]。 频率是振动特性的标志，是分析振动原因的重要依据。 机器振动故障的发生、发展，都会引起信号频率结构的变化，并且不同故 障所生成的频率成分之间，交叉叠加。因此，振动信号的幅值分析，尚不 能对其振动性质、内在变化、动态行为、故障原因等根本问题作出确定性 结论，这些问题的最终解决，都需要把复杂的时间历程信号，由时域分析 转换到频域分析——频谱分析技术。 1 频谱分析的内涵 频谱分析是机械故障诊断中最常用的信号处理技术之一，主要解决四项问题： —— 观察振动信号中的频率成分和分布范围； —— 计算频率幅值（或能量）的大小； —— 确定影响设备状态的主要激振频率； —— 识别振动信号的相位信息（相位谱）。
第一节 振动概述
2 振幅的描述
速度振幅
No Imห้องสมุดไป่ตู้ge
● 物理意义 速度是位移对时间的变化率，描述了质点的运动速率， 速度越快，动能越大，即速度反映了质点的动能。
● 工程意义 速度反映了分析频段内时间历程信号的振动能量，即机 器的振动烈度，因此，速度的表征参数用有效值(mm/s)表示。不 论是低速设备，还是高速设备，都要关注对振动速度的测量分析。 滚动轴承出现磨损故障时，会导致振动速度增大
振动的任一瞬时的数值。 x = x(t)
峰值 (Peak value)
振动离平衡位置的最大偏离。
xp
平均绝对值 (Average absolute value) 均值 (Mean value)
No Image
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有效值 (Root mean square value) 振动的均方根值
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例如，机器箱体的颤动、管线的抖动、叶片的摆动等 都属于机械振动。
振动用基本参数、即所谓“振动三要素” — 振幅、 频率、相位加以描述。
No Image
第一节 振动概述
一 振动的基本概念
No Image No
Image
振幅 A (Amplitude) 偏离平衡位置的数值。描述振动的规模。
频率 f (Frequency) 描述振动的快慢。单位为次/秒(Hz) 或次/分(c/min) 。 周期 T = 1/f 为每振动一次所需的时间，单位为秒。