故障诊断基础

故障诊断基础
容知测控技术有限公司
2012年2月6日
2.1 振动简介 2.2 加速度、速度和位移的关系 2.3 时域波形 2.4 采集定理 2.5 频谱分析
设备的激振力来源
• 系统设计 • 安装不当 • 工艺变化 • 设备缺陷
由于设备发出的振动现象与其状态有 着良好的对应关系，通过测量分析设备的 振动信号获取有关状态信息来判断其状态 的方法，就是机械振动诊断
加速度、速度、位移的关系
D=V*t V=a*t D=0.5*a*t2
159.2Hz，加速度：10m/s2、速度：10mm/s 15.92Hz，加速度10m/s2、速度：100mm/s 幅值 1592Hz，加速度10m/s2、速度：1mm/s
加速度
同样的加速度，随频率 的变化，其速度和频率
成反比例；
成反比例；
159.2Hz
2*3.14*159.2=1000 ,um,mm,m
频率
幅值
位移
加速度
同样的加速度，随频率 的变化，其位移和频率
的平方成反比例；
速度
159.2Hz
2*3.14*159.2=1000 ,um,mm,m
频率
举例
159.2Hz，加速度：10m/s2、速度：10mm/s 位移:28.28um[P-P]
振动诊断技术无论在理论上，还是系统 实现上，都比较成熟
是一种无损监测方法，在现场实施测量 诊断时不需要停机拆机，不影响生产。
振动表现形式
位移：物体在往复运动过程中相对其平衡位置的距 离。单位是：um或mil(1mil=25.4um)
速度：物体在往复运动过程中运动快慢的度量，是位 移的变化率。单位是：mm/s或in/s(1in/s=25.4mm/s)
测量定义
4k速度波形(2-1k)
3200线 加速度(2-10k)
2.1 振动简介 2.2 加速度、速度和位移的关系 2.3 时域波形 2.4 采集定理 2.5 频谱分析
傅里叶变换
傅立叶变换的基本概念：任一信号都可以表示为 一系列不同频率、幅值和初相位的正弦分量的叠 加。所以通过傅立叶变换可以把任一信号分解为 频域里面不同频率成分的组合。
加速度：振动速度的变化率，速度变化率越大，也就 是加速度越大，施加在设备上的作用力也就越高。单 位是：m/s2或g(1g=9.82 m/s2)
加速度、位移与力的关系
简谐波形的三要素
峰峰值、峰值和有效值
2.1 振动简介 2.2 加速度、速度和位移的关系 2.3 时域波形 2.4 采集定理 2.5 频谱分析
采样定理
采样间隔Ts的选择必须考虑到所需要反映出的 最高频率分量，因此，需满足如下采样定理：
fs≥2fm
若不满足采样定理，将会产生频率混叠现象。 在振动监测领域，采样频率一般为最大分析频
率的2.56倍，即fs=fm*2.56。
采样频率fs(fs=1/Ts)越高，采样越密集，所得数据 量越大，所得的数字信号越逼近原信号。
1592Hz，加速度：10m/s2、速度：1mm/s 位移:0.2828um[P-P]
15.92Hz，加速度：10m/s2、速度：100mm/s 位移:2828um[P-P]
同样的幅值，不同的影响
80Hz下振动100um(P-P)要比10Hz下100um(P-P)对设 备的损坏程度要大得多
300Hz时20 m/s2(RMS)要比3000Hz时20 m/s2(RMS)振 动程度要严重得多
加速度、速度、位移相位关系
d=Asin(2πft) v=A2πfsin(2πft+90) a=A(2πf)2sin(2πft+180)
2.1 振动简介 2.2 加速度、速度和位移的关系 2.3 时域波形 2.4 采集定理 2.5 频谱分析
时域波形
时域波形：表示振动信号随时间变化的特征
时间
转子不平衡振动数据
速度
159.2Hz
2*3.14*159.2=1000 ,um,mm,m
频率
159.2Hz，速度： 10mm/s 、位移： 28.28um[P-P]
15.92Hz，速度10mm/s 、位： 282.8um[P-P] 幅值 1592Hz，速度10mm/s 、位移： 2.828um[P-P]
位移
速度
同样的速度，随频率的 变化，其位移和频率的
叶片振动数据
齿轮振动数据
振动数据对比
振动数据汇总
振动数据合成
2.1 振动简介 2.2 加速度、速度和位移的关系 2.3 时域波形 2.4 采集定理 2.5 频谱分析
测量定义
4k速度波形(2-1k)
3200线加速度(2-10k)
采样
• 为了让计算机能够处理振动信号，需要对 信号进行数字化处理，也就是说把模拟信 号转换为一系列的数字信号。采样就是数 据采集器会按照一定的时间间隔对模拟信 号进行采样，间隔时间的倒数就是采样率
傅立叶变换被比作 数学的‘棱镜’。
信号分解
例1
例2
wenku.baidu.com
单一波形和频谱转换
合成波形和频谱
时域和频域对应关系图
频域分析
频域分析：由于每个频率都代 表这不同的振动来源，通过观 察信号的频率构成，来发现新 增的频率成份或原有频率成份 的增加，是机械故障诊断中应 用最广泛的信号处理方法。