机械故障诊断技术2机械振动及信号.ppt

2.1 机械振动基础 各种机器设备在运行中，都不同程度地存在振动，并且这些振动往往与机器的运行状态相关，为了能从不同角度来研究振动问题，首先介绍机械振动的3种分类方法：按振动规律分类，按振动的动力学特征分类，按振动频率分类。 阻尼 振动体在运动过程中总是会受到某种阻尼作用，如空气阻尼、材料内摩擦损耗等，只有当阻尼小于临界值时才可激发起振动。 临界阻尼Ce：振动体的一种固有属性。 强迫振动的特点： 1）物体在简谐力作用下产生的强迫振动也是简谐振动，其稳态响应频率与激励频率相等。 2）振幅B的大小除与激励力大小写成正比、与刚度成反比外，还与频率比、阻尼比有关。 （a）当激励力的频率很低时，即ω/ωn很小时：强迫振动的振幅接近于静态位移（力的频率低，相当于静力），即振幅B与静力作用下的位移比值β=1。 （b）当激励力的频率很高时：β≈0，即物体由于惯性原因跟不上力的变化而几乎停止不动。 （c）当激励力的频率与固有频率相近时：若阻尼很小，则振幅很大，为共振现象。共振频率为 3) 物体位移达到最大值的时间与激振力达到最大值的时间是不同的，两者之间存在有一个相位差，这个相位差同和频率比与阻尼比有关。 当ω=ωr时，即共振时，相位差ψ等于90°。 当ωωr时，相位差ψ≈180°。 (3) 自激振动 　　　自激振动是在没有外力作用下，只是由于系统自身的原因所产生的激励而引起的振动，如油膜振荡、喘振等。自激振动是一种比较危险的振动。设备一旦发生自激振动，常常使设备运行失去稳定性。 　　 比较规范的定义是：在非线性机械系统内，由非振荡能量转变为振荡激励所产生的振动称为自激振动。 2. 频率f 频率f：振动物体（或质点）每秒钟振动的次数称为频率，用f表示，单位为Hz。 振动频率在数值上等于周期T的倒数，即：f=1/T 式中 T——周期，即质点再现相同振动的最小时间间隔(s或ms)。 频率还可以用角频率ω来表示，即：ω＝2πf 频率是振动诊断中一个最重要的参数，振动频率与诊断方案的确定、状态识外、诊断标准的选用有关。 3. 相位ψ 　相位ψ由转角ωt与初相角φ两部分组成: ψ＝ωt＋φ 　　　振动信号的相位，表示振动质点的相对位置。 不同振动源产生的振动信号都有各自的相位。 * 相位相同的振动会引起合拍共振，产生严重的后果。 * 相位相反的振动会产生互相抵消的作用，起到减振的效果。 * 由几个谐波分量叠加而成的复杂波形，即使各谐波分量的振幅不变，仅改变相位角，也会使波形发生很大变化，甚至变得面目全非。 　　　相位测量分析在故障诊断中亦有相当重要的地位，一般用于谐波分析，动平衡测量，识别振动类型和共振点等许多方面。 第2章 思考题 第二章 机械振动及信号 　　　在冶金、化工、机械等企业中旋转机械设备约占80％，这些旋转设备主要包括发电机、电动机、透平制氧机、鼓风机、大型轧钢机等，在众多的诊断技术中，没有任何技术能比振动信号分析对机器设备状况提供更深刻的了解。另外，由于旋转机械设备在运行中易出现不对中或受外力作用而产生振动的现象，其大小与安装质量和使用中的故障有直接关系。由此可见，振动分析及测量在诊断旋转机械中有着重要的地位。 振动测量就是通过对机械设备所表现的振动信号进行检测、分析，用以判断机械自身的劣化程度及预测其寿命。一般所进行的振动测量大致有以下两方面的内容：1．振动基本参数的测量。测量振动构件上某点的位移、速度、加速度、频率和相位，用于识别该构件的运动状态是否正常。2．结构和部件的动态特性测量。这种测量方式以某种激振力作用在被测体上，使被测件产生受迫振动，测量输入(激振力)和输出(被测体振动响应)，从而确定被测体的固有频率、振型等动态参数。这类测量称为“频率响应试验”或“机械阻抗试验”。 1.按振动规律分类 这种分类，主要是根据振动在时间历程内的变化特征来划分的。 大多数机械设备的振动是左图所示几种振动中的一种，或是某几种振动的组合。 设备在实际运行中，其表现的周期信号往往淹没在随机振动信号中，而当设备故障程度加剧时，随机振动中的周期成分加强。因此，从某种意义上讲，设备振动诊断过程，是从随机信号中提取周期成分的过程。 2. 按振动的动力学特征分类 （1）自由振动与固有频率 　　　 这种振动靠初始激励（通常是一个脉冲力）一次性获得振动能量，历程有限，一般不会对设备造成破坏，不是现场设备诊断所需考虑的目标。描写单自由度线性系统的运动方程式为： 式中x-振动位移量 　　　 通过对自由振动方程的求解，我们导出了一个很有用的关系式：无阻尼自由振动的振动频率为: