振动基础知识.ppt

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1、振动和振动测试的基础知识内容提要简谐振动三要素振动波形频率分析和频谱图振动系统单自由度与多自由度系统振动系统的模态固有频率、振型、阻尼比自由振动与强迫振动共振旋转机械振动的测量传感器及其选用基频分量的幅值和相位旋转机械的振动图示定转速：波形图、频谱图、轴心轨迹变转速：波德图和极坐标图三维频谱图轴心位置图振幅A(Amplitude)偏离平衡位置的最大值。描述振动的规模。频率f(Frequency)描述振动的快慢。单位为次/秒(Hz)或次/分(c/min)。周期T=1/f为每振动一次所需的时间，单位为秒。圆频率=2f为每秒钟转过的角度，单位为弧度/秒初相角(Initi

2、alphase)描述振动在起始瞬间的状态。简谐振动的三要素振动位移、速度、加速度之间的关系振动位移(Displacement)速度(Velocity)加速度(Acceleration)位移、速度、加速度都是同频率的简谐波。三者的幅值相应为A、A、A2。相位关系：加速度领先速度90º;速度领先位移90º。xvaxva振动的时域波形名称波形名称波形正峰值负峰值平均绝对值有效值平均值峰峰值各幅值参数是常数，彼此间有确定关系峰值xp=A;峰峰值xp-p=2A平均绝对值xav=0.637A有效值xrms=0.707A平均值简谐振动的幅值参数复杂振动的幅值参数各幅值参数随时间变化，彼此间无明

3、确定关系正峰值负峰值峰峰值xrms常用的幅值参数及其单位位移峰峰值，单位为微米（m）速度有效值，又称烈度，单位为毫米/秒（mm/s）加速度峰值，单位为米/秒2（m/s2）振动信号的频率分析把振动信号中所包含的各种频率成分分别分解出来的方法。频率分析的数学基础是傅里叶变换和快速傅里叶算法（FFT）。频率分析可用频率分析仪来实现，也可在计算机上用软件来完成。频率分析的结果得到各种频谱图，这是故障诊断的有力工具。各种振动的频谱图名称波形频谱名称波形频谱时间域频率域FFTIFFT振动系统及其自由度能作振动的机械系统，在力学中称为振动系统。振动系统按复杂程度分为：单自由度系统多自由度系统确定系

4、统运动所需的独立坐标数称为系统的自由度。单自由度振动系统确定系统运动所需的独立坐标数称为系统的自由度多自由度振动系统图中数字为系统的自由度数53226振动系统的模态单自由度系统有一个模态模态参数为：固有频率（模态频率）阻尼比（模态阻尼）多自由度系统有多个模态模态参数为：固有频率nfn阻尼比n振型－各个坐标在振动中的比例模态参数包括：固有频率、振型和阻尼比。按固有频率从小到大排列，称为第1阶、第2阶模态。两自由度系统共有两阶模态。两自由度系统的模态举例第二阶模态第一阶模态节点三自由度系统的模态举例第二阶模态第三阶模态第一阶模态振型是各自由度坐标的比例值。振型具有正交性。节点振动系

5、统对激励的响应振动系统单自由度多自由度强迫振动自由振动持续激励初始激励激励响应由初始激励引起的响应，称为自由振动。由持续激励引起的响应，称为强迫振动。从响应中能看出系统的模态特性。单自由度系统的自由振动它是模态振动。振动的频率等于系统的固有频率。振幅大小决定于初始激励（初始位移和初始速度）。系统的阻尼比大，振幅衰减快；阻尼比小，振幅衰减慢。不同阻尼比的自由振动初始位移初始速度a—无阻尼b—小阻尼c—临界阻尼d—大阻尼由自由振动确定模态参数系统的自由振动为各阶模态振动的叠加。它一般不再是简谐的。各阶模态振动所占成分的大小，决定于初始条件。各阶模态振动衰减的快慢，决定于该阶的阻尼比。阻尼比

6、大，衰减快；阻尼比小，衰减慢。在衰减过程中，各阶的振型保持不变，即节点位置不变。多自由度系统的自由振动单自由度系统的强迫振动振动的频率等于激励的频率。振幅与激励的强弱成正比。激励频率接近固有频率时，发生共振现象，呈现为模态振动。阻尼小，共振峰高；阻尼大，共振峰低。位相上说，振动落后于激励。振幅和位相随激励频率而变化，变化规律用系统的幅频特性和相频特性来表示。单自由度系统的强迫振动幅频特性相频特性激励频率激励频率响应幅值响应位相由强迫振动确定模态参数振动的频率等于外激励的频率。振型为各阶振型的叠加。各阶振型所占的比例，决定于外激励的频率和作用点位置。激励频率接近某阶固有频率时，该阶振型增

7、大而占主导地位，呈现为该阶模态振动。共振峰大小决定于该阶阻尼比和激励的位置。作用在某阶节点上的激励力，不能激起该阶振动。多自由度系统的强迫振动与多个固有频率对应，有多个共振峰。某一阶共振时，该阶振型占主导地位，呈现为该阶模态振动。多自由度系统的强迫振动激励频率f振幅第1阶共振第3阶共振第2阶共振磁带记录仪频谱分析仪打印机存储设备绘图仪测量电路基频检测仪记录仪数据采集和分析系统汽轮机齿轮增速箱压缩机涡流传感器速度传感器加速度传感器键