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1、机械动态监测动态监测 与故障诊诊断 第二章 机械振动动及信号幻灯片下载载地址： 密码码：123456 第二章 机械振动及信号振动动分析及测测量在振动动机械故障中有着重要的地位，为此，本章主要介绍设备诊断 技术中振动分析及振动测 量的 基本知识。振动测动测 量简单 的讲就是通过对 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。一般进行振动测 量大致有以下两个 方面的内容 ： （1）振动基本参数 的测量（下图示例） （2）结构 和部件的动态 特性测量 第二章 机械振动及信号2.1机械振动基础各种机械设备 在运行中，都不同程度的存在振动，这 是运行机械的共性
2、。然而，不同的设备 ，或同一台机器的 不同部位，以及设备 在不同时刻或不同的状态 下，其产生 的振动形式又往往是有差别的，所以应当从 不同的角度来 考察振动问题 。机械振动一般有以下几种分类方法。1、按振动规 律分类 2、按振动的动力学特征分类 3、按振动频 率分类第二章 机械振动及信号1、按振动规动规 律分 是根据振动动在时间历时间历 程内内的变变化特征来划来划 分（如图图下页图页图 ） 大多数数机械设备设备 的振动动是周期振动动、准周期振动动、窄带随带随 机 振动动和宽带随宽带随 机振动动中的一种种，或是某几种种振动动的组组合。 一般在启动启动 或停机过过程中的振动动信号号是非平稳稳的。
3、设备设备 在实际运实际运 行中，其表现现的周期信号号往往淹没没在随随机振 动动信号号之中。若设备设备 故障程度加剧剧，则随则随 机振动动中的周期成 分就会会加强，从从而整台设备设备 振动动增大。 因此，从从某种种意义义上讲讲，设备设备 振动诊断动诊断 的过过程，就是从随从随 机信号号中提取周期成分的过过程。 第二章 机械振动及信号2、按振动动的动动力学学特征分类类 设备产设备产 生振动动的根本原因，在于存在一个个或几个个力的激励励。 不同性质质的力激起不同类类型的振动动。 了解振了解振动动动动动动动动 力力学学学学特征，不特征，不仅仅仅仅有助于有助于对对对对振振动动动动动动动动 力力学学学学性
4、性质质质质作出分作出分 析，析，还还还还有助于有助于说说说说明明设备设备设备设备 故障的机理。因此，掌握振故障的机理。因此，掌握振动动动动动动动动 力力学学学学 知知识对设备识对设备识对设备识对设备 故障故障诊断诊断诊断诊断 具有重要的意具有重要的意义义义义。因此，可。因此，可将将将将机械振机械振动动动动 分分为为为为三三种类种类种类种类 型：型： （1 1）自由振）自由振动动动动 （2 2）强迫振）强迫振动动动动 （3 3）自激振）自激振动动动动第二章 机械振动及信号（1）自由振动与 固有频率 自由振动是物体受到初始激励（通常是一个脉冲力）所引发 的一种振动：这种 振动靠初始激励一次性获得能
5、量，历程有 限，一般不会对设备 造成破坏，不是现场设备 振动所必须 考虑的因素。单自由度无阻尼线性系统的运动 方程为： 通过求解，可得系统的固有频率：第二章 机械振动及信号 注意：物体并不是一受到激励都可发生振动，实际 的振动体在 运动过 程中，总是会受到某种阻尼的作用，如空气阻尼、材料 内摩擦损耗等，只有当阻尼小于临界值时 才能激发振动。临界 阻尼是振动体的一种固有属性，用Ce表示： 实际 阻尼C与临 界阻尼之比称为 阻尼比，记为 当1000Hz 低低频频频频振振动动动动：主要：主要测测测测量的振幅是位移量。量的振幅是位移量。这这这这是因是因为为为为在低在低频频频频范范围围围围 造成破坏的主
6、要因素是造成破坏的主要因素是应应应应力的强度，位移量是力的强度，位移量是与应变与应变与应变与应变 、应应应应力力 直接相直接相关关关关的的参数参数参数参数 。 中中频频频频振振动动动动：主要：主要测测测测量速度量。量速度量。这这这这是因是因为为为为振振动动动动部件的疲部件的疲劳进劳进劳进劳进 程程 与与与与振振动动动动速度成正比，振速度成正比，振动动动动能量能量与与与与振振动动动动速度的平方成正比。零速度的平方成正比。零 件主要表件主要表现为现为现为现为 疲疲劳劳劳劳破坏，如点破坏，如点蚀蚀蚀蚀、剥剥剥剥落等。落等。 高高频频频频振振动动动动：主要：主要测测测测量加速度。加速度表征振量加速度。
7、加速度表征振动动动动部件所受冲部件所受冲击击击击 力的强度。冲力的强度。冲击击击击力的大小和冲力的大小和冲击频击频击频击频 率率与与与与加速度加速度值值值值正相正相关关关关。第二章 机械振动及信号2.2振动信号的描述 确定性振确定性振动动动动的三要素：振幅，的三要素：振幅，频频频频率和相位。率和相位。 1、振幅 s 简谐 振动可用函数表示： s= A sin(2 PI t / T + ) 用角频率w表示，即w = 2 PI / T ，所以又可以写成： s= A sin(wt + ) 对s进行一次微分和二次微分，可分别得到速度v和加速度a： v = Awcos(wt + )=Awsin(wt +
8、PI/2+ ) a = Aw2sin(wt +PI+ ) （图示） 振幅反应振动的强度，振幅的平方常与物质振动的能量成正 比。因此，振动诊 断标准都是用振幅来表示的。第二章 机械振动及信号 2、频率 f f ：振动物体（或质点）每秒振动的次数，单位Hz。 数值上： f = 1 / T 用角频率表示： w = 2 PI f 我国交流电源的频率为50Hz。若一台机器的转速为 1500r/min，那么其转动频 率 fr = 25Hz。 3、相位角 由转角wt与初相位角 两部分组成， 即 = wt + 。 相位表示振动质 点的相对位置。不同振源产生的信号都有各 自的相位。相位相同会引起合拍共振产生严重
9、后果。相位相 反，会产 生互相抵消的作用，起到减振的效果。第二章 机械振动及信号 2.32.3设备状态设备状态设备状态设备状态 信信号号号号的物理表的物理表现现现现 机械故障机械故障诊断诊断诊断诊断 技技术术术术的的应应应应用分用分为为为为： 事故前事故前预预预预防防 事故后分析事故后分析 事故前事故前预预预预防不能防不能预预预预防突防突发发发发性故障，只能性故障，只能预预预预防防渐变渐变渐变渐变 性故障。性故障。渐渐渐渐 变变变变性故障性故障时随时随时随时随 着劣化的着劣化的进进进进展而逐步展而逐步恶恶恶恶化，必有某些特征信化，必有某些特征信号号号号 在在这个过这个过这个过这个过 程中相程中
10、相应应应应的的变变变变化。事前化。事前预预预预防就是防就是抓抓抓抓住住这这这这些特征信些特征信号号号号 所所发发发发出的出的预预预预兆，及兆，及时时时时采取措施，制止故障采取措施，制止故障发发发发展。展。 这这这这些特征信些特征信号号号号就是就是设备设备设备设备 的的状态状态状态状态 信息，信息，它们它们它们它们 的物理表的物理表现现现现就是就是 检测检测检测检测 、分析的、分析的对对对对象。象。第二章 机械振动及信号设备设备 故障诊断诊断 技术术必须获须获 取表征设备状态设备状态 信息的那些物理量， 作为诊断为诊断 的依据。 以能量转换为转换为 主要工作任务务的设备设备 ，其设备设备 的状态
11、状态 信息包括转转 换换前的能量、转换转换 后的能量以及因这这些能量的损损耗所衍生的物理 量。 泵泵、风风机、压缩压缩 机等是将将机械能转换转换 成介质质能量的设备设备 ，其状态状态 信息包括机械能的参数参数 ：力、速度、振动动、温温度；也包含介质质的能 量：压压力、流量。 电动电动 机是将电将电 能转换为转换为 机械能的设备设备 ，其状态状态 信息包括：电压电压 、 电电流、漏电电流；也包括机械能的参数参数 ：力、速度、振动动、温温度。 内内燃机类类的设备设备 是将将燃料中的能量转换为转换为 机械能，其状态状态 信息以 机械能的参数为参数为 主。 热热工设备设备 的状态状态 信息主要为温为温 度场场分布，如工业炉业炉 、窑窑、化工反 应应塔等。
