基础振动入门

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1、DoctorKnow 应用文章标题：基础振动入门读物产品：普通技术：振动分级：基本基础振动入门在当今社会，竞争日益激烈，公司生存的要则是产品质量可靠，同时价格具有竞争力。为了达 到这样的效果，必须对所使用的机械设备实行有效合理的维修。要控制住维修成本，必须将意外故 障的发生率消除或最小化，所有的设备停机都有计划可循。这些概念都包含在“可靠性为基础的维 修”(Reliability-Based Maintenance TM(RBM)TM )理念中。其中涉及了预防维修、预测维修和 主动维修的概念。本文主要针对预测维修技术。在预测维修概念诞生前，所有的维修都实行事后维修或预防维修的方式。这些实践与后

2、来的维 修方式比较，成本明显偏高。让机器一直运行到失效，维修费用增显著，需要更多备品备件，停机 周期长，需要更多人工。预防维修是利用日程表，或者某种形式的计划表来管理维修工作，不管是否实际需要。实施这 种维修方式，某些维修并没有必要进行。例如，某些部件运行状态良好，却被更换了，从而导致维 修费用上升。同时，将工作良好的部件更换，新换的部件中可能先天存在缺陷，从而在短期内导致 问题发生。预测维修，特别是振动监测技术，成为趋势。这种技术实际已经存在几十年了，然而当今的许 多维修人士依然把这当成全新的事物。原因可能是，采用当今先进的数字技术，同时不断更新给人 留下的印象。本文重点介绍振动监测。内容涉

3、及振动监测程序的建立，以及讨论如何利用振动分析检测机械 故障。什么是振动？振动是物体相对于参考点的运动。参考可以是轴承的中心，轴的中心，或者是轴承座的中心。 通过采集这类信息和分析数据，设备部件即将发生的故障，我们可以在其实际发生前提前预测。振动分析是预测维修的利器，是RBMtm理念中关键部分。其他工具包括：红外热成像，油液 分析，电机电流监测，以及对中和平衡。与其他技术和工艺量比较，振动能提供更多有关设备状态的信息。并且，设备正常运转的时 候，我们就可以采集数据。振动基础在建立振动检测程序时，必须首先了解一些基本概念。这些概念包括：使用的传感器类型、采 集准确数据的安装位置、最大分析频率、数

4、据采集的分辨率、采集和存储什么数据等等。换而言 之，我们必须了解可用的传感器，了解被监测设备的构成，以及采集何种数据。传感器当今工业最通用的传感器是加速度计。一个主要的原因是其频响范围比较宽。通常在 2 赫兹到 2 万赫兹。其最大频率取决于传感器的安装方式。如果是特殊用途，可以使用特殊的加速度计，例 如低频数据采集的加速度计。如今大部分的加速度计是被称为ICP加速度计。ICP的英文全称为Integrated Circuit Piezoelectric表示集成电路压电式。这类加速度计在某个频率会产生共振，从而影响频率响应的线 性度。安装方式改变其共振频率。通常我们知道三个因素影响共振频率：质量、

5、刚度和阻尼。最常 用的安装方式包括：栓接、快速接头、磁性座、或者手持。另一类传感器为速度传感器。其频响范围多少受到限制，通常为 10赫兹到 2千赫兹。其最大 的好处是工作时不需要外接电源。最后一种传感器是位移探头，或叫涡流探头。其频响范围在 0赫兹到 1千赫兹。每种类型的传感器各自都有优缺点，各自有适合的运用场合。因此，我们觉得，作为振动监测 程序，应该掌握多种传感器的使用。没有一种传感器可以全面满足所有的需要。传感器位置传感器的安装位置至关重要。必须确保振动能量由源头到传感器的传递路径通畅。振动能量在 从源头到传感器的过程中将经过其他物质。例如，轴承内圈故障频率在到达传感器前，将经过滚动 体

6、、轴承外圈、和轴承座。到达传感器时，信号被衰减，幅值很低。因此，振动分析更多依靠模式 辨识，而不是幅值判断。有些内圈故障的轴承损坏时，振动幅值通常只有 0.5毫米/秒甚至更低。许多故障发生时，特定的故障模式会表现在频域、时域、或者两者都有。当故障呈现时，要查 看幅值，同时参考设备的结构尺寸和具体的应用情况，最后给出您的建议。举例：一台小型非关键的 5 马力电机平衡不好， 1 倍频峰值为 12.7 毫米/秒，并不会引起特别 关注。然而， 150马力的关键电机如果平衡不好，同样 1倍频峰值12.7毫米/秒的振动，就会引起 很大关注。之所以有区别的原因，就是因为设备更关键以及结构更大。同样振动是 1

7、2.7 毫米/秒， 就设备而言，当然能量大的设备更需要被关注。知道在那里安装探头对采集“优质”数据至关重要。如果轴承座是上下两瓣的，测点避免在结 合部。电机的端盖通常不坚固，不能提供良好的传递路径，不要将测点安排在上面。推荐使用特定的方式标识测点，例如漆号笔、中心孔、固定螺栓、快速接头、或平垫圈。所有 方法的目的是使数据的采集保持一致和有重复性。i_s友情提示 采集数据时必须时刻保持警惕。数据采集的过程要求实施者进入各个区域监测各种类型设备。 不要因为采集数据而导致安全问题。 如果加速度传感器安装到位，或有冲击产生，需要有三到五秒的回位时间。数据采集数据采集的开始阶段，我们必须清楚需要采集什么

8、数据、如何存储、那些是有特殊分析需求的 数据等等。从传感器到进到分析仪的原始数据是时域波形，是相对于时间坐标的电压信号。电压值要被用 来除以传感器的灵敏度。所以准确设定灵敏度非常重要。计算的结果将以设定的单位显示。可能用于显示幅值的单位包括：加速度（G S、速度（mm/sec）和位移（mils）。当然也可 以以其他任何单位形式采集和存储。同时，频域数据的单位之间也可以相互转换。如果是时域波 形，单位将只能是采集时候的。正弦波的公式如下：1. V = 0.0031416 * f * D2. A =0,01146 * V * f3. A = 0.00003613 * D * f4.5.6.86.7

9、5 x318 47xfD =27,668D =可能用于显示幅值的单位包括：加速度（G S、速度（mm/sec）和位移（mils）。当然也可 以以其他任何单位形式采集和存储。同时，频域数据的单位之间也可以相互转换。如果是时域波 形，单位将只能是采集时候的。正弦波的公式如下：幅值可以用峰值、峰峰值、RMS、或平均值。通常，通频值的测量会使用RMS值。如果你选 择峰值、峰峰值、或平均值，这些值实际上是利用下面的公式计算的：Pk = 0 to A (Peak)P-P = 2.0 X A (Peak-to-Peak)RMS = 0.707 X Pk(Root Mean Square)Pk = 1.414

10、 X RMSAvg. = 0.637 X Pk以用加速度、位移、或速度。将加速度单位转换为速度或位移，是对数据进行积分运算。注意：上述转换只适用于正弦波。将位移转换为速度或加速度，数据所进行的是微分计算。加速度、速度、和位移测量间的关系如下图表示。tf一旦采集了时域数据，利用FFT （快速付利叶变换）将时域波形数据转换为频域显示。对设备进行诊断，频域数据比时域数据更易于使用。然而，时域波形中也包含有非常重要和有 益诊断的信息。特定的故障会在时域波形中具有特定的模式，帮助诊断故障。频谱图显示频率分布信息、频率的幅值、和分辨率细分相邻近频率峰值。频率可以表示为：赫 兹（CPS）、CPM、或阶次。当

11、以阶次显示，显示的是转速的倍数。阶次总是以采集数据的测量 点的转速为参考的。Frequencyos莎赢莎7频谱图可以划分为三个区域，分别为次同步、同步、非同步。次同步指频谱中低于设备转速的区域。某些故障出现在该区域，如油膜涡动、轴承保持架频 率、皮带频率、摩擦等。同步成分是与轴转速的相位锁定的。许多频率位于该区域。非同步成分指不是转速整数倍的区域。轴承故障、其他设备元件、甚至其他设备会引发。通过将频域信息划分为三个不同区域，可以或多或少简化分析过程。其他工具包括CSI的故障 频率设置。故障频率的定义针对特定的设备故障。故障频率将在频谱图上叠加显示，可以快速判断 是否有可以故障频率出现。故障频率

12、设置不是必须的，但是非常有用的分析工具。数据采集时，需要考虑选择平均方式。普通平均用于路径采集。峰值保持平均其实不是平均技 术，但被认为是一种平均方式。这种方式将保留每个频率单元中的最大幅值。 负平均是在去除噪音 的方法。时间同步平均将衰减所有与转速不同步的频率幅值。要求有转速表或频闪灯产生每转一次 的信号。最后是阶数跟踪，用于转速有变化的场合。转速的变化控制在 6%以内。如果没有阶数跟 踪，数据会被污染，峰值会被拉宽。同样，该种方式要有转速信号。数据采集时需要使用窗。分析仪中有两个选择，海宁窗和平顶窗。通常，平顶窗适用于瞬态场合。海宁窗用于通常的路径数据采集。 通频值计算和积分方式可以进行调

13、整。包括：模拟方式和数字方式。首先讨论通频值计算。当使用模拟方式时，使用时域波形频率范围从0到30K赫兹来计算通 频值。该方法仅受到分析仪器的最大频率限制。数字方式使用频域数据，受到频谱图中最大频率的 限制。积分方式与通频值计算类似。当使用模拟方式时，数据在时间域内积分，然后然后进行 FFT 运算，结果为频域显示结果。使用数字积分时，数据在频域中完成积分。先进行FFT运算。相位数据 相位数据可以提供另外一个有力的诊断工具。相位是两个事件的时间关系。在单通道振动分析 中，振动峰值信号与转速信号间的关系。时间差使用相位角度表示。Single Channel Phase Measurement 1

14、x RPM相位是最重要的振动分析工具之一。可以用于平衡转子时确定加重点。相位同样也可以确定不 平衡的类型、不对中、松动、软地脚、轴承不对中、共振、和其他机械故障。上图可以帮助理解相位的概念。标注有“T”的信号为转速表的脉冲信号。可以由频闪灯、转速表形成。标注有“DX”的为振 动信号，带不平衡特性（IxRPM明显）。前面提到相位是指两个信号之间关系，是由信号的时间差反映出来的。假定时间差值为“Dt”，从转速脉冲（参考信号）起始位置到不平衡信号（比较信号）。这个 时间用来确定两信号间的关系，用下面的公式。通过确定时域关系，可以增强对设备故障的分析手段。相位测量对诊断和处理设备不平衡非常重要。然而，

15、其他设备故障例如不对中和软地脚也可能 在 1xRPM 上与不平衡有类似特征。因此，理解各种故障的相位关系，可以帮助防止故障误判。以下是通用故障的相位特征。不平衡静不平衡，轴两端径向和径向（或水平和水平）相位差为零度，而同一轴承的垂直与水平有90 度（20 度）相位差。动不平衡轴两端径向和径向（或水平和水平）相位差取决于重量点的分 布。如果重量分布为 180 度的分布，那么相位差也是 180 度。不对中角度不对中的典型表现为接手两端轴向相位差 180 度（30 度）。位移不对中将会展现为接 手两端径向相位差 180 度（30 度）。轴承不对中，轴承一侧到另一侧，或轴承顶端到底部，将 表现为接手两端轴向相位差 180 度（30 度）。松动和软地脚松动时设备上各个点的相位读数会发生漂移。通常软地脚或装配松动，地脚与基座之间有相位 差，而且通常相位差大于 90 度。而且，各个地脚之间也有不同。共振低于共振频率到高于共振频率有 180 度相位差。共振频率处为 90 度的相位差。设备组成尽可能多地了解设备的组成是非常重要的。换句话说，要了解轴承类型（滑动还是滚动），每 个齿轮的齿数，叶片数等等。通过了解这些信息，分析数据的时候将会少些猜测。每个组成部件将 会产生可预知的频率。当分析数据的时候，利用这种可预测性，你能建立故障频率组，并