机械振动及信号

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1、机械动态监测与故障诊断第二章机械振动及信号幻灯片下载地址：cqudtjc@126.com密码：123456第二章机械振动及信号振动分析及测量在振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

2、机械的共性。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、按振动规律分是根据振动在时间历程内的变化特征来划分（如图下页图）大多数机械设备的振动是周期振动、准周期振动、窄带随机振动和宽带随机振动中的一种，或是某几种振动的组合。一般在启动或停机过程中的振动信号是非平稳的。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

3、号之中。若设备故障程度加剧，则随机振动中的周期成分就会加强，从而整台设备振动增大。因此，从某种意义上讲，设备振动诊断的过程，就是从随机信号中提取周期成分的过程。第二章机械振动及信号2、按振动的动力学特征分类设备产生振动的根本原因，在于存在一个或几个力的激励。不同性质的力激起不同类型的振动。了解振动动力学特征，不仅有助于对振动动力学性质作出分析，还有助于说明设备故障的机理。因此，掌握振动动力学知识对设备故障诊断具有重要的意义。因此，可将机械振动分为三种类型：（1）自由振动（2）强迫振动（3）自激振动第二章机械振动及信号（1）自由振动与固

4、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ξ当ξ<1时，是一种振幅按指数规律衰减的

5、振动，其振动频率与初始振动无关，振动频w率略小于固有频率wn()；当ξ≥1时，物体不会振动。第二章机械振动及信号（2）强迫振动和共振强迫振动：物体在持续周期变化外力作用下产生的振动，如不平衡（画图示）、不对中所引起的振动。其力学模型如图所示。第二章机械振动及信号其运动方程为：这是一个常系数线性非齐次微分方程，其解由通解和特解组成：前部为通解，衰减自由振动；后部为特解，稳态强迫振动。特点：衰减振动随时间的推移迅速消失，而强迫振动则不受阻尼影响，是一种和激振力同频率的振动。因此，强迫振动不仅与激振力的频率和振幅有关，而且与物体自身固有属性

6、有关。第二章机械振动及信号（3）自激振动自激振动定义：在非线性机械系统内，由非振荡能量转变为振荡激励能量所产生的振动。也即，设备在没有外力作用下，由系统自身原因所产生的激励而引起的振动。它是一种比较危险地振动，设备一旦发生自激振动，会使设备运行失去稳定性。自激振动也称为负阻尼振动。设备产生自激振动时，很小的能量即可产生强烈振动，只是由于系统的非线性，振幅才被限制在一定量值之内。小提琴琴弦的振动是随着你拨动的强度而变化的，属于自激振动。第二章机械振动及信号三种振动的主要使用领域对于结构件，因局部裂纹、紧固件松动等原因导致结构件的特性参数

7、发生改变的故障，多利用脉冲力所激励的自由振动来检测，以测定构件的固有频率、阻尼系数等参数的变化。对于减速箱、电机、低速旋转设备等机械的故障，主要以强迫振动为特征，通过对强迫振动的频率分析、振幅变化等特征参数的分析，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，还需要监测自激振动的特征参数。第二章机械振动及信号3、按振动频率分类按照振动频率的高低，通常把振动分为三类：低频振动：f<10Hz中频振动：f=10~1000Hz高频振动：f>1000Hz低频振动：主要测量的振幅是位移量。这是因为在低

8、频范围造成破坏的主要因素是应力的强度，位移量是与应变、应力直接相关的参数。中频振动：主要测量速度量。这是因为振动部件的疲劳进程与振动速度成正比，振动能量与振动速度的平方成正比。零件主要表现为疲劳破坏，如点蚀、剥落等。高频