机械故障诊断技术（第3版）课件：机械振动及信号.pptx

机械振动及信号;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。

;图2-1按振动规律分类;按振动的动力学特征分类;(2)强迫振动和共振

物体在持续的周期变化的外力作用下产生的振动叫强迫振动，如不平衡、不对中所引起的振动。

;(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。

自激振动有如下特点：

1）随机性。因为能引发自激振动的激励（大于阻尼力的失稳力）一般都是偶然

因素引起的，没有一定规律可循。

2）振动系统非线性特征较强，即系统存在非线性阻尼、元件（如油膜的粘温特

性，材料内摩擦）、非线性刚度元件（柔性转子、结构松动等）才足以引发

自激振动，使振动系统所具有的非周期能量转为系统振动能量。

3）自激振动频率与转速不成比例，一般低于转子工作频率，与转子第一临界转

速相符合。只是需要注意，由于系统的非线性，系统固有频率会有一些变化。

4）转轴存在异步涡动。

5）振动波形在暂态阶段有较大的随机振动成分，而稳态时，波形是规则的周期

振动，这是由于共振频率的振值远大于非线性影响因素所致；与一般强迫振

动近似的正弦波（与强迫振动激励源的频率相同）有区别。;自由振动、强迫振动、自激振动这三种振动在设备故障诊断中有各自的主要使用领域。

对于结构件，因局部裂纹、紧固松动等原因导致结构件的特性参数发生改变的??障，多利用脉冲力所激励的自由振动来检测，测定构件的固有频率、阻尼系数等参数的变化。

对于减速箱、电动机、低速旋转设备等机械故障，主要以强迫振动为特征，通过对强迫振动的频率成分、振幅变化等特征参数分析，来鉴别故障。

对于高速旋转设备以及能被工艺流体所激励的设备，除了需要监测强迫振动的特征参数外，还需监测自激振动的特征参数。

;按振动频率分类;机械系统力学模型

研究机械系统力学模型有助于获得系统振动的基本规律,便于判断振动原因,有效控制或利用振动。机械系统都是由若干装置、构件和零件组成的,是由具有确定的质量、刚度和阻尼的物体所构成,并能完成特定功能的一个系统。组成机械系统的装置、构件、零件都是影响机械系统的要素,它们按一定的结构形式相互联系和作用,而机械系统本身又是人-机-环境这个更大系统的组成部分。

机械系统的力学模型是由所研究对象本身和外界作用组成的简化的力学模型,该力学模型在动态特性方面要与实际研究机械系统等效或接近。;振动系统力学模型三要素及自由度

机械系统产生振动的原因是其本身具有质量(或转动惯量)和弹性,而阻尼会使系统振动受到抑制。弹性(刚度)、阻尼和质量是振动系统力学模型的三要素。

(1)弹性(刚度)

(2)阻尼

1)黏性阻尼。

2)干摩擦阻尼。

3)内摩擦阻尼。

(3)质量

(4)自由度;振动信号的描述;必须特别说明一个与振动幅值有关的物理量即速度有效值Vrms，亦

称速度均方根值。这是一个经常用到的振动测量参数。因为它最能反映

振动的烈度，所以又称振动烈度指标。

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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：

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：

相位：相位由转角ωt与初相角φ两部分组成

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。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。;单自由度系统的自由振动;如图所示为几种常见的单自由度系统的分析案例。;设备状态信号的物理表现