机械故障诊断—第二章振动监测技术.ppt

第二章　振动监测技术 第一节 概述 机械振动是指机械系统在其平衡位置附近所作的往复运动。由于各种系统的结构、参数不同，系统所受的激励不同，系统所产生的振动规律也各不相同。根据振动规律的性质及其研究方法，振动可分为确定性振动和随机振动两大类。 确定性振动的运动规律可以用某个确定的数学表达式来描述，其振动的波形具有确定的形状。 随机振动不能用确定的数学表达式来描述，其振动的波形呈不规则的变化，可用概率统计的方法来描述。 图2.1 振动的分类 第二节 机械振动基础 一、确定性振动 1．简谐振动 简谐振动是机械振动中最简单的振动形式。若物体振动时其位移随时间变化的规律可用正弦（或余弦）函数表示，则这种周期振动就称为简谐振动。其数学表达式为： 简谐振动除了可用式（2.2）的位移表达式外，还可以用相应的速度和加速度来表示。三者具有下列的简单关系： 2．周期振动 若振动波形按周期T反复出现，也就是 例2.1，求图2.3所示振幅为A的方波的频谱。 3．准周期振动 周期信号一般可分解为一系列频率成比例的简谐波；反之，几个频率成比例的正弦波叠加起来，可以组成一个周期信号。但是，几个频率之比不是有理数的简谐波叠加的结果将不是周期信号，例如： 随机过程又有平稳随机过程和非平稳随机过程之分。所谓平稳随机过程是指其统计特征参数不随时间而变化的随机过程，否则为非平稳随机过程。 在平稳随机过程中，若任一单个样本函数的时间平均统计特征等于该过程的集合平均统计特征，这样的平稳随机过程叫各态历经随机过程。 第三节 振动监测参数与标准 一、监测参数及其选择 通常用来描述振动响应的三个参数是位移、速度和加速度。一般情况下，低频（0～100Hz）时的振动强度由位移值度量；中频（10～1000Hz）时的振动强度由速度值度量；高频（1000Hz）时的振动强度由加速度值度量。对大多数机器来说，最佳参数是速度，这是许多标准采用该系数的原因之一。但有些标准采用的是相对位移参数来进行测量，这在发电、石化工业的机组振动监测中用的最多。对于轴承和齿轮部件的高频振动监测来说，加速度却是最合适的监测参数。 从振动的影响后果来看，应该根据不同的应用场合来选择相应的振动监测参数，如表2.1所示。 二、振动量及其量级 振动量的表示有绝对单位制与相对单位制。绝对单位制一般表示为： 位移x的单位以m表示；速度v的单位以m/s表示；加速度a的单位以m/s2表示。 相对单位制用“级”来表示，级又分为算术级和几何级两种形式。算术级又称为倍数级，用一倍、二倍、十倍、百倍等等表示。几何级又称为对数级，以分贝（dB）表示。机械设备的振动监测技术通常多采用分贝，使数量级大大缩小，同时使计算过程简化，使乘除关系变成加减运算。 三、机械设备振动标准 可以说所有的结构物和机器在任何时候都在振动着。只要振动不影响机器的工作精度和机器的工作寿命，不产生过大的噪声，或未对周围环境产生过大的不良影响等，则此种振动是允许的。因此，为了衡量机器的运行质量就需要制定一个标准来确定允许的振动烈度，即确定振动烈度的界限。常用的标准有：绝对判断标准、相对判断标准和类比判断标准三大类。 （3）类比判断标准 类比判断标准是把数台型号相同的整台机械设备或零部件在外载荷、转速以及环境因素等都相同的条件下的被测量值进行比较，依此区分这些同类设备或零部件所处的工况状态。严格地说，这并不是一种判断标准，只是形式逻辑推理中求异法的一个应用。而且，类比判断方法只能区分各机械设备或零部件所处工况状态的差异，并不能回答哪些是好的运行状态、哪些偏离了良好的运行状态这一诊断的最根本的问题。 总之，判断标准是设备故障诊断的一个十分复杂而根本的问题，直到目前，人们还没有找到一个适用于任意场合的通用标准，一个真正有效的判断标准的制订，需要经过大量的、长时间的反复实验才能完成。而且，对于一个已制订的标准，随着时间的推移，可能还需要随时予以修正。在以上三种标准中，应优先考虑使用绝对判断标准。 第四节 测振传感器及记录仪 一、测振传感器 测振传感器是用来测量振动参量的传感器，根据所测振动参量和频响范围的不同，习惯上常将测振传感器分为振动位移传感器、振动速度传感器和振动加速度传感器三大类，各自典型的频响范围大致如下：0～10kHz（电涡流位移传感器）、10～2kHz（磁电式速度传感器）、0～50k