设备状态监测与故障诊断第二版课件 教学课件 ppt 作者 张碧波 主编 徐宝志 张莹 副主编第二章 振动理论概述.pptxVIP

第2章 振动理论概述2.1振动的概念和分类 2.2自由振动2.3强迫振动和自激振动2.4振动信号在幅值域中的描述2.5振动信号在时域中的描述2.6振动信号在频率域中的描述2.1振动的概念和分类 一、振动的概念振动是物体运动的一种形式，它是指物体经过平衡位置而往复运动的过程。振动参数：位移、速度和加速度。x=Xsin( t+φ0)（2-1）v=Vcos(ωt+φ)=Vsin(ωt+ +φ0)（2-3）a=A sin(ωt+π+φ0)（2-4）振动参量三个基本要素：1.振幅：（说明振动强弱）X—振动物体（或质点）在振动过程中偏离平衡位置的最大距 离。V—速度最大幅值。A—加速度最大幅值。常用速度有效值：Vrms= πVav= Vp≈ 0.707 Vp (2-5) 其中：Vp速度的最大幅值（峰值）。 Vav速度平均值。 2．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。3．相位 ：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。二、振动的分类1.按振动规律分类：（1）确定性（规则）振动：周期性与非周期性振动（2）随机振动：平稳随机振动和非平稳随机振动 2.按产生振动的原因分类：（1）自由振动（2）受迫振动（3）自激振动3.按振动频率分类 (1)低频振动：f＜5倍轴旋转频率。 (2)中频振动:f=10～1000Hz. (3)高频振动:f＞1000Hz2.2自由振动一、单自由度无阻尼线性系统的振动当系统受到外界的某种初始扰动时，系统的静平衡条件受到破坏，弹性力不再与重力平衡而产生弹性恢复力，在这个弹性恢复力的作用下，系统将围绕其静平衡位置作往复运动，亦即自由振动。x=Asin(ωnt+φ0) 式中 ωn——系统的固有频率。 A——振幅 φ0——初相位角 式中 g——重力加速度①单自由度系统的无阻尼自由振动是一简谐振动；②振动固有频率ωn，仅由系统的质量m和刚度K来决定，是系统所固有的；③常力只改变系统的静平衡位置，而不影响系统的固有频率、振幅和初相位，即不影响系统的振动。二、单自由度有阻尼线性系统的振动线性阻尼 ：F=－cV振动系统有两个重要参数，它们是：阻尼系数 n 和阻尼比 ζ。n或ζ越大，表示阻尼越大。1.弱阻尼状态（nωn，即ζ1 ） 系统的振动不再是等幅的简谐振动，而是振幅按Ae-nt规律衰减振动，当t→∞时，x→0，振动最终将消失，n越大，振幅衰减得越快。2.强阻尼状态（nωn，即ζ1）系统不再具有振动特性，其位移按指数规律衰减。3.临界阻尼状态（n=ωn，即ζ=1 ） 此时系统不具有振动特性。2.3强迫振动和自激振动一、简谐力作用下单自由度系统的强迫振动强迫振动的响应：x（t）=B sin(ωt-φ0) （1）振动频率　系统在简谐激振力作用下的强迫振动是与激振力同频率的简谐振动。（2）激振力幅值的影响　当其他条件不变时，强迫振动的振幅与激振力的幅值成正比，即B∝F0　。（3）频率比λ的影响　 频率比λ对振幅的影响关系复杂，可用振幅频率特性曲线（简称幅频特性曲线）来描述。（4）阻尼的影响　阻尼对振幅的影响只在共振区附近起作用。（5）相频特性　强迫振动的位移响应落后于激振力F=F0 sinωt，它们之间有一个相位差φ0二、自激振动 在非线性机械系统内，由非振动性能量转变为振动激励所产生的振动称为自激振动。1.轴的抖动 轴的抖动也叫反向进动，即回旋运动方向与轴的旋转方向相反。2．油膜涡动与油膜振荡油膜涡动也叫正向进动，起因于轴承内的油膜作用（液体摩擦）。涡动频率 ：ω≈（0.43～0.48）Ω 油膜振荡：油膜涡动产生后就不消失，对于高速旋转的机械如汽轮机、透平压缩机等，当转轴工作速度Ω≥2ωn（ωn为临界转速）时，涡动频率正好等于轴系的固有频率，从而激发整个轴系共振，这就是油膜振荡。2.4振动信号在幅值域中的描述一、概率密度函数概率密度函数 p(x)定义为信号幅值为x的概率。概率密度函数可直接用于机械设备的故障诊断。 二、均值与方差 1.信号的均值 又称一次矩，它描述了信号的平均变化情况，代表信号的静态部分或直流分量。 2.方差方差 用来描述信号x（t）相对于其均值的波动情况，反映信号的动态分量。方差分析用于机械设备的故障诊断主要是基于：当机械设备正常运转时，其输出信号一般较为平稳(即波动较小)，因此信号的方差也较小，这样，根据方差的大小可判断机械设备的运行状况。三、均方根值Xrms是一个应用广泛的统计参量，对振动速度而言，其均方根值与振动能量相对应。在工程实际应用中，用加速度单位进行振动测量时，通常使用其最大峰值amax；用速度单位进行振动测量时，通常使用均方根值Vrms；而使用位移单位进行振动测量时，通常使用峰值Xp。四、轴心轨迹轴心运动轨迹是利用安装