1、安装设备振动分析主讲教师：徐向阳重庆大学网络教育学院2014年11月8日目录一、机械振动基础二、振动测量及频谱分析三、安装设备典型振动案例分析一、机械振动基础 自由振动自由振动没有外部激励，或者外部激励除去后，没有外部激励，或者外部激励除去后，系统自身的振动。系统自身的振动。 参激振动参激振动激励源为系统本身含随时间变化的参数激励源为系统本身含随时间变化的参数，这种激励所引起的振动。，这种激励所引起的振动。 自激振动自激振动系统由系统本身运动所诱发和控制的激系统由系统本身运动所诱发和控制的激励下发生的振动。励下发生的振动。 受迫振动受迫振动系统在作为时间函数的外部激励下发生系统在作为时间函数的
2、外部激励下发生的振动，这种外部激励不受系统运动的影响。的振动，这种外部激励不受系统运动的影响。 自由度与广义坐标自由度与广义坐标 自由度数自由度数: 完全确定系统运动所需的独立坐标数目完全确定系统运动所需的独立坐标数目称为自由度数。称为自由度数。 刚体在空间有刚体在空间有6个自由度：三个方向的移动和绕三个自由度：三个方向的移动和绕三个方向的转动，如飞机、轮船；个方向的转动，如飞机、轮船； 质点在空间有质点在空间有3个自由度：三个方向的移动，如高个自由度：三个方向的移动，如高尔夫球；尔夫球； 质点在平面有质点在平面有2个自由度：两个方向的移动，加上个自由度：两个方向的移动，加上约束则成为单自由度
3、。约束则成为单自由度。单自由度无阻尼自由振动方程单自由度无阻尼自由振动方程 xt0An2/nT系统固有的数值特征，与系统是否正在振动着以及如何进行振动的方式都毫系统固有的数值特征，与系统是否正在振动着以及如何进行振动的方式都毫无关系无关系 n：不是系统的固有属性的数字特征，与系统过去所受到过的激励和考察开不是系统的固有属性的数字特征，与系统过去所受到过的激励和考察开始时刻系统所处的状态有关始时刻系统所处的状态有关 ,A：无阻尼的质量弹簧系统受到初始扰动后，其自由振动是以无阻尼的质量弹簧系统受到初始扰动后，其自由振动是以 为振动频率的简为振动频率的简谐振动，并且永无休止。谐振动，并且永无休止。
4、n单自由度无阻尼自由振动单自由度无阻尼自由振动绳中的最大张力等于静张力与因振动引起的动张力之和绳中的最大张力等于静张力与因振动引起的动张力之和 ：动张力几乎是静张力的一半 nvkv km00( )sin()vx tt动张力表达式： 为了减少振动引起的动张力，应当降低升降系统的刚度 分析2 例：例： 重物落下，与简支梁做完全非弹性碰撞重物落下，与简支梁做完全非弹性碰撞梁长梁长 L，抗弯刚度，抗弯刚度 EI求：求：梁的自由振动频率和最大挠度梁的自由振动频率和最大挠度mh0l/2l/2解：解：由材料力学由材料力学 ：自由振动频率为自由振动频率为 ： 348mglEIg0取平衡位置取平衡位置以梁承受重
5、物时的静平衡位置以梁承受重物时的静平衡位置为坐标原点建立坐标系为坐标原点建立坐标系静变形静变形348EImlmh0l/2l/2x静平衡位置静平衡位置撞击时刻为零时刻，则撞击时刻为零时刻，则 t=0 时，有：时，有： 0 x则自由振动振幅为则自由振动振幅为 ：20020 xxA梁的最大扰度：梁的最大扰度： Amax)sin()cos()(00000txtxtx h22ghx20mh0l/2l/2x静平衡位置静平衡位置例：圆盘转动例：圆盘转动圆盘转动惯量圆盘转动惯量 I在圆盘的静平衡位置上任意选一根半径作为角在圆盘的静平衡位置上任意选一根半径作为角位移的起点位置位移的起点位置0kI Ik /0 扭
6、振固有频率扭振固有频率020 为轴的扭转刚度，定义为使得圆盘产生单位转为轴的扭转刚度，定义为使得圆盘产生单位转角所需的力矩角所需的力矩)/(radmN kkI由牛顿第二定律：由牛顿第二定律：由上例可看出，除了选择了坐标不同之外，由上例可看出，除了选择了坐标不同之外，角振动角振动与与直线振动直线振动的数学描述是完的数学描述是完全相同的。如果在弹簧质量系统中将全相同的。如果在弹簧质量系统中将 m、k 称为广义质量及广义刚度，则弹簧称为广义质量及广义刚度，则弹簧质量系统的有关结论完全适用于角振动。以后不加特别声明时，弹簧质量系统质量系统的有关结论完全适用于角振动。以后不加特别声明时，弹簧质量系统是广
7、义的是广义的 。0 kxxm mk /00kI Ik /0 kI0mx静平衡位置静平衡位置弹簧原长位置弹簧原长位置k 从前面两种形式的振动看到，单自由度无阻尼系统总包从前面两种形式的振动看到，单自由度无阻尼系统总包含着含着惯性元件惯性元件和和弹性元件弹性元件两种基本元件，惯性元件是感受加两种基本元件，惯性元件是感受加速度的元件，它表现为系统的质量或转动惯量，而弹性元件速度的元件，它表现为系统的质量或转动惯量，而弹性元件是产生使系统恢复原来状态的恢复力的元件，它表现为具有是产生使系统恢复原来状态的恢复力的元件，它表现为具有刚度或扭转刚度度的弹性体。同一个系统中，若惯性增加，刚度或扭转刚度度的弹性
8、体。同一个系统中，若惯性增加，则使固有频率降低，而若刚度增加，则固有频率增大。则使固有频率降低，而若刚度增加，则固有频率增大。 能量法能量法对于不计阻尼即认为没有能量损失的单自由度系统，也可以利用对于不计阻尼即认为没有能量损失的单自由度系统，也可以利用能量守恒原理能量守恒原理建建立自由振动的微分方程，或直接求出系统的固有频率。立自由振动的微分方程，或直接求出系统的固有频率。无阻尼系统为无阻尼系统为保守系统保守系统，其，其机械能守恒机械能守恒，即动能，即动能 T 和势能和势能 V 之和保持不变之和保持不变 ，即：即：constVT0VTdtd或：或：固有频率计算固有频率计算例：均质圆柱例：均质圆
9、柱质量质量m，半径，半径R与地面纯滚动与地面纯滚动在在A、B点挂有弹簧点挂有弹簧确定系统微振动的固有频率确定系统微振动的固有频率k1abRk1k2k2AB解：解：k1abRk1k2k2AB广义坐标：圆柱微转角广义坐标：圆柱微转角圆柱做一般运动，由柯希尼定理，圆柱做一般运动，由柯希尼定理，动能：动能：22)23(21mRT C点为运动瞬心点为运动瞬心势能：势能：CA点速度：点速度：)(aRvAB点速度：点速度：)(bRvB)(aRxA)(bRxB222221)(2(21)(2(21bRkaRkU解：解：k1abRk1k2k2AB动能：动能：22)23(21mRT 势能：势能：C222221)(2
10、(21)(2(21bRkaRkUmax0maxmaxmax,UT)1 ()1 (342/3)()( 222212222120RbkRakmmRbRkaRk)1 ()1 (3422210RbkRakml瑞利法 利用能量法求解固有频率时，对于系统的动能的计算只考虑了惯性元件的利用能量法求解固有频率时，对于系统的动能的计算只考虑了惯性元件的动能，而忽略不计弹性元件的质量所具有的动能，因此算出的固有频率是实际动能，而忽略不计弹性元件的质量所具有的动能，因此算出的固有频率是实际值的上限。这种简化方法在许多场合中都能满足要求，但有些工程问题中，弹值的上限。这种简化方法在许多场合中都能满足要求，但有些工程问
11、题中，弹性元件本身的质量因占系统总质量相当大的比例而不能忽略，否则算出的固有性元件本身的质量因占系统总质量相当大的比例而不能忽略，否则算出的固有频率明显偏高。频率明显偏高。mkx0例：弹簧质量系统例：弹簧质量系统设弹簧的动能设弹簧的动能: 221xmTtt 系统最大动能：系统最大动能： 2max2maxmax2121xmxmTt系统最大势能：系统最大势能： 2maxmax21kxVmax0maxxxtmmk 0若忽略若忽略 ，则，则 增大增大 tm02max)(21xmmttm弹簧等效质量弹簧等效质量 mtmkx0拉格朗日方程拉格朗日方程 本部分是将达朗伯原理和虚位移原理结合起来推导出动力学本
12、部分是将达朗伯原理和虚位移原理结合起来推导出动力学普遍方程和拉格朗日方程。动力学普遍方程中系统的运动是直角普遍方程和拉格朗日方程。动力学普遍方程中系统的运动是直角坐标来描述的，而拉格朗日方程是用广义坐标来描述系统的运动，坐标来描述的，而拉格朗日方程是用广义坐标来描述系统的运动，两者都是用来解决非自由质点系的动力学问题，它是用分析的方两者都是用来解决非自由质点系的动力学问题，它是用分析的方法解决动力学问题的出发点，因此它是分析力学的基础。对于解法解决动力学问题的出发点，因此它是分析力学的基础。对于解决复杂的非自由质点系的动力学问题，应用拉格朗日方程往往要决复杂的非自由质点系的动力学问题，应用拉格
13、朗日方程往往要比用动力学普遍方程简便得多。比用动力学普遍方程简便得多。对拉格朗日方程的评价对拉格朗日方程的评价 拉氏方程的特点（优点）：拉氏方程的特点（优点）： 是一个二阶微分方程组，方程个数与体系的自由度相同。形式简洁、是一个二阶微分方程组，方程个数与体系的自由度相同。形式简洁、结构紧凑。而且无论选取什么参数作广义坐标，方程形式不变。结构紧凑。而且无论选取什么参数作广义坐标，方程形式不变。 方程中不出现约束反力，因而在建立体系的方程时，只需分析已知方程中不出现约束反力，因而在建立体系的方程时，只需分析已知的主动力，不必考虑未知的约束反力。体系越复杂，约束条件越多，自由度的主动力，不必考虑未知
14、的约束反力。体系越复杂，约束条件越多，自由度越少，方程个数也越少，问题也就越简单。越少，方程个数也越少，问题也就越简单。 拉氏方程是从能量的角度来描述动力学规律的，能量是整个物理学的拉氏方程是从能量的角度来描述动力学规律的，能量是整个物理学的基本物理量而且是标量，因此拉氏方程为把力学规律推广到其他物理学领域基本物理量而且是标量，因此拉氏方程为把力学规律推广到其他物理学领域开辟了可能性，成为力学与其他物理学分支相联系的桥梁。开辟了可能性，成为力学与其他物理学分支相联系的桥梁。 拉氏方程的价值拉氏方程的价值 拉氏方程在理论上、方法上、形式上和应用上用高度统一的规律，描拉氏方程在理论上、方法上、形式
15、上和应用上用高度统一的规律，描述了力学系统的动力学规律，为解决体系的动力学问题提供了统一的程序化述了力学系统的动力学规律，为解决体系的动力学问题提供了统一的程序化的方法，不仅在力学范畴有重要的理论意义和实用价值，而且为研究近代物的方法，不仅在力学范畴有重要的理论意义和实用价值，而且为研究近代物理学提供了必要的物理思想和数学技巧。理学提供了必要的物理思想和数学技巧。l等效质量和等效刚度方法方法1：选定广义位移坐标后，将系统得动能、势能写成如下形式：选定广义位移坐标后，将系统得动能、势能写成如下形式： 221xMTe 221xKVe 当当 、 分别取最大值时：分别取最大值时：x x则可得出：则可得
16、出： maxTT maxVV eeMK /0 Ke：简化系统的等效刚度：简化系统的等效刚度Me：简化系统的等效质量：简化系统的等效质量 这里等效的含义是指简化前后的系统的动能和势能分别相等这里等效的含义是指简化前后的系统的动能和势能分别相等 等效质量：等效质量：使系统在选定的坐标上产生单位加速度而需要在此坐标方向上施加的使系统在选定的坐标上产生单位加速度而需要在此坐标方向上施加的力，叫做系统在这个坐标上的等效质量力，叫做系统在这个坐标上的等效质量 动能动能2221mlT 势能势能220mlmglka 22)(21mglkaV2mlMemglkaKe2零平衡位置零平衡位置1lmak/2k/2k1
17、abRk1k2k2AB动能动能势能势能22)23(21mRT 223mRMe22221)(2()(2(21bRkaRkU2221)(2()(2(bRkaRkKe2/3)()( 22222120mRbRkaRkl阻尼自由振动 前面的自由振动都没有考虑运动中阻力的影响，实际系统的机械能不前面的自由振动都没有考虑运动中阻力的影响，实际系统的机械能不可能守恒，因为总存在着各种各样的阻力。振动中将阻力称为阻尼，例可能守恒，因为总存在着各种各样的阻力。振动中将阻力称为阻尼，例如摩擦阻尼，电磁阻尼，介质阻尼和结构阻尼。尽管已经提出了许多数如摩擦阻尼，电磁阻尼，介质阻尼和结构阻尼。尽管已经提出了许多数学上描述
18、阻尼的方法，但是实际系统中阻尼的物理本质仍然极难确定。学上描述阻尼的方法，但是实际系统中阻尼的物理本质仍然极难确定。 最常用的一种阻尼力学模型是最常用的一种阻尼力学模型是粘性阻尼粘性阻尼。在流体中低速运动或沿润滑。在流体中低速运动或沿润滑表面滑动的物体，通常就认为受到粘性阻尼。表面滑动的物体，通常就认为受到粘性阻尼。 单自由度系统自由振动单自由度系统自由振动220nnxxxnkmkmc2固有频率固有频率相对阻尼系数相对阻尼系数有阻尼系统的固有圆频率或减幅振动圆频率有阻尼系统的固有圆频率或减幅振动圆频率ntAentAeTdA2A1衰减振动的周期：衰减振动的周期：引入阻尼比：引入阻尼比：得有阻尼自
19、由振动和相应的无阻尼自由振动间的关系：得有阻尼自由振动和相应的无阻尼自由振动间的关系：由此可见，由于阻尼的影响，使系统的固有频率由此可见，由于阻尼的影响，使系统的固有频率减小，振动周期增大，振动不再是简谐振动。减小，振动周期增大，振动不再是简谐振动。欠阻尼是一种振幅逐渐衰减的振动欠阻尼是一种振幅逐渐衰减的振动tAe0tAe0dTt)(txAA0评价阻尼对振幅衰减快慢的影响评价阻尼对振幅衰减快慢的影响1ii与与 t 无关，任意两个相邻振幅之比均为无关，任意两个相邻振幅之比均为 衰减振动的频率为衰减振动的频率为 ，振幅衰减的快慢取决于，振幅衰减的快慢取决于 n ，这两个重要的，这两个重要的特征反映
20、在特征方程的特征根的实部和虚部特征反映在特征方程的特征根的实部和虚部 d1,2dni 减幅系数减幅系数单自由度系统自由振动单自由度系统自由振动定义为相邻两个振幅的比值：定义为相邻两个振幅的比值： ()dntn t TAeAednTetAe0tAe0dTt)(txAA0实际中常采用实际中常采用对数衰减率对数衰减率 ：1lnlnidinT 11非周期蠕动，没有振动发生非周期蠕动，没有振动发生 kmc2临界阻尼系数临界阻尼系数crckmccr2tx(t)2 . 014 . 1临界也是按指数规律衰减的非周期运动，但比过阻尼衰减快些临界也是按指数规律衰减的非周期运动，但比过阻尼衰减快些 三种阻尼情况比较
21、：三种阻尼情况比较：111欠阻尼欠阻尼过阻尼过阻尼临界阻尼临界阻尼欠阻尼是一种振幅逐渐衰减的振动欠阻尼是一种振幅逐渐衰减的振动过阻尼是一种按指数规律衰减的非周期蠕动，没有振动发生过阻尼是一种按指数规律衰减的非周期蠕动，没有振动发生 小结：小结：0kxxcxm 动力学方程动力学方程1欠阻尼欠阻尼1过阻尼过阻尼1临界阻尼临界阻尼)sincos()(00000txxtxetxdddt201d)()(*000*00tshxxtchxetxt120* 按指数规律衰减的非周期蠕动按指数规律衰减的非周期蠕动 )()(00000txxxetxt kmccr2按指数规律衰减的非周期运动，比过阻尼衰减快按指数规律
22、衰减的非周期运动，比过阻尼衰减快 振幅衰减振动振幅衰减振动例：阻尼缓冲器例：阻尼缓冲器静载荷静载荷 P 去除后质量块越过平衡位置去除后质量块越过平衡位置得最大位移为初始位移的得最大位移为初始位移的 10 求：求：缓冲器的相对阻尼系数缓冲器的相对阻尼系数 kcx0 x0Pm平衡位置平衡位置解：解：由题知由题知 0)0(x 设设0)0(xx)sincos()(00000txxtxetxdddt求导求导 ：textxdtdsin)(0020设在时刻设在时刻 t1 质量越过平衡位置到达最大位移，这时速度为：质量越过平衡位置到达最大位移，这时速度为： 0sin)(102010textxdtddt1即经过
23、半个周期后出现第一个振幅即经过半个周期后出现第一个振幅 x121010011)(exextxxtkcx0 x0Pm平衡位置平衡位置由题知由题知 %102101exx解得：解得：59. 021010011)(exextxxt例：例：刚杆质量不计刚杆质量不计求：求：（1）写出运动微分方程）写出运动微分方程（2）临界阻尼系数，阻尼固有频率）临界阻尼系数，阻尼固有频率小球质量小球质量 mlakcmb解：解：阻尼固有频率：阻尼固有频率：无阻尼固有频率：无阻尼固有频率：m广义坐标广义坐标0bbkaacllm 力矩平衡：力矩平衡：0222kbcaml 220mlkbmklb0222mlca0222mlcak
24、mmlbca22201d42222421aclkmbml1mkablccr22受力分析受力分析acbklm 02200 xxx 0kxxcxm lakcmbkm0e系统在外界激励下产生的振动系统在外界激励下产生的振动。幅频特性曲线幅频特性曲线 kcmkcmFexrOxeO1kcmFexrOxeO12022-4-1976振动测量及频谱分析振动测量及频谱分析 一、振动的基本概念一、振动的基本概念 振动可分为机械振动、土木结构振动、运输振动可分为机械振动、土木结构振动、运输工具振动、武器、爆炸引起的冲击振动等。工具振动、武器、爆炸引起的冲击振动等。 从振动的频率范围来分，有高频振动、低频从振动的频率
25、范围来分，有高频振动、低频振动和超低频振动等。振动和超低频振动等。 从振动信号的统计特征来看，可将振动分为从振动信号的统计特征来看，可将振动分为周期振动、非周期振动以及随机振动等。周期振动、非周期振动以及随机振动等。 2022-4-1977二、测振传感器分类二、测振传感器分类 测振用的传感器又称拾振器，它有测振用的传感器又称拾振器，它有接触式和非接触式之分。接触式中有磁接触式和非接触式之分。接触式中有磁电式、电感式、压电式等；非接触式中电式、电感式、压电式等；非接触式中又有电涡流式、电容式、霍尔式、光电又有电涡流式、电容式、霍尔式、光电式等。下面介绍压电式测振传感器及其式等。下面介绍压电式测振
26、传感器及其应用。应用。2022-4-1978三、压电式振动加速度传感器的三、压电式振动加速度传感器的 结构及外形结构及外形 横向振动横向振动测振器测振器纵向振动纵向振动测振器测振器2022-4-1979四、压电振动加速度传感器的性能指标四、压电振动加速度传感器的性能指标（以某小型（以某小型“内装内装ICIC的压电加速度传感器的压电加速度传感器”为例）为例） 技术指标：技术指标：灵敏度：灵敏度：500mV/g 量程：量程：10g 频率范围：频率范围：4-4000Hz安装谐振点安装谐振点:15kHz 分辨力：分辨力：0.00004g 重量：重量：40g 安装螺纹：安装螺纹：M5 mm 线性：线性：
27、1%2022-4-1980五、压电加速度传感器的安装及使用五、压电加速度传感器的安装及使用 a)双头螺丝固定双头螺丝固定 b)磁铁吸附磁铁吸附 c)胶水粘结胶水粘结 d)手持探针式手持探针式 1压电式加速度传感器压电式加速度传感器 2双头螺栓双头螺栓 3磁钢磁钢 4粘接剂粘接剂 5顶针顶针 2022-4-1981六、压电振动加速度传感器应用六、压电振动加速度传感器应用 加速度传感器可以用于判断汽车的碰加速度传感器可以用于判断汽车的碰撞，从而使安全气囊迅速充气，从而挽救生撞，从而使安全气囊迅速充气，从而挽救生命；还可安装在气缸的侧壁上，尽量使点火命；还可安装在气缸的侧壁上，尽量使点火时刻接近爆震
28、区而不发生爆震，但又能使发时刻接近爆震区而不发生爆震，但又能使发动机输出尽可能大的扭矩。动机输出尽可能大的扭矩。 2022-4-1982七、振动的频谱分析及仪器七、振动的频谱分析及仪器 时域图形时域图形 测量时域图形用的是示波器，测量频域图形用频谱仪。测量时域图形用的是示波器，测量频域图形用频谱仪。2022-4-1983频谱仪频谱仪 频域图形频域图形 （频谱图（频谱图） 频谱图或频域图：它的横坐标为频率频谱图或频域图：它的横坐标为频率f，纵坐标，纵坐标可以是加速度，也可以是振幅或功率等。它反映了可以是加速度，也可以是振幅或功率等。它反映了在频率范围之内，对应于每一个频率分量的幅值。在频率范围之
29、内，对应于每一个频率分量的幅值。 2022-4-1984频谱仪外形（续）频谱仪外形（续）频域图频域图 （频谱图）（频谱图）（参考深圳安泰信电子有限公司资料）（参考深圳安泰信电子有限公司资料）2022-4-1985频域图形频域图形 对应于对应于时域波形时域波形（失真的（失真的正弦波）正弦波）的谱线图的谱线图 2022-4-1986振动时域振动时域/频域图形频域图形（参考东方振动和噪声技术研究所资料（参考东方振动和噪声技术研究所资料不同频率的正弦波频谱变化不同频率的正弦波频谱变化2022-4-1987振动时域振动时域/频域图形（续）频域图形（续）（参考东方振动和噪声技术研究所资料）（参考东方振动和
30、噪声技术研究所资料）包含高次谐波的频谱包含高次谐波的频谱2022-4-1988基波与三次谐波的频谱基波与三次谐波的频谱2022-4-1989基波与基波与3次谐波次谐波合成的波形合成的波形2022-4-1990方波可分解成同方波可分解成同频基波及频基波及3、5、7奇次谐波奇次谐波2022-4-1991 减速箱故障分析减速箱故障分析 a）时域波形）时域波形 b）频域波形）频域波形依靠频谱分析法进行故障诊断依靠频谱分析法进行故障诊断 2022-4-1992爆破振动记录仪爆破振动记录仪打印机打印机三、安装设备典型振动案例分析振动的基本概念振动的基本概念m xc xk xft() 惯性力 阻尼力 弹性力
31、 干扰力表征振动的三个要素：振动幅值、频率（周期）、相位 有阻尼的强迫振动及其特性有阻尼的强迫振动及其特性W/WoW/Wo现场设备实际的振动波形 振动信号的采集与处理用振动分析方法监测设备状态用振动分析方法监测设备状态分析方法分析方法 幅值分析：振动总值（振动水平、列度）、变化幅值分析：振动总值（振动水平、列度）、变化趋势、机械动态特性趋势、机械动态特性 频谱分析：引起设备振动原因的具体分析频谱分析：引起设备振动原因的具体分析 相位分析：设备振动原因的进一步确认、共振（相位分析：设备振动原因的进一步确认、共振（相频特性）、动平衡分析相频特性）、动平衡分析 波形分析：振动总值（峰值、峰峰值波形分
32、析：振动总值（峰值、峰峰值）、周期）、周期、拍节、拍节 峰值能量谱分析：轴承、齿轮峰值能量谱分析：轴承、齿轮振动分析的过程：振动分析的过程：问诊问诊 监测监测 诊断诊断 措施措施问诊：问诊：了解设备背景，列出可能引起振动的原因了解设备背景，列出可能引起振动的原因 设备结构（传动链参数，如齿轮齿数、轴承型号、皮带轮直径设备结构（传动链参数，如齿轮齿数、轴承型号、皮带轮直径 等）、设备的动态特性等信息等）、设备的动态特性等信息; ; 设备运行工况，过程参数：温度、压力、转速、负荷设备运行工况，过程参数：温度、压力、转速、负荷 设备维修档案设备维修档案监测监测: : 确定振动监测和分析方案确定振动监
33、测和分析方案 测试的工况（转速、负荷）；测点位置；测试参数（振动位移测试的工况（转速、负荷）；测点位置；测试参数（振动位移、速度、加速度）；绝对振动、相对振动、速度、加速度）；绝对振动、相对振动 测试振动的方向（测试振动的方向（H/V/AH/V/A） 数据类型（幅值、频谱、波形、相位）数据类型（幅值、频谱、波形、相位） 信号检测类型：峰值、峰峰值、有效值信号检测类型：峰值、峰峰值、有效值振动分析的过程：振动分析的过程：问诊问诊 监测监测 诊断诊断 措施措施诊断：诊断：引起振动的原因和部位引起振动的原因和部位 振动幅值趋势分析振动幅值趋势分析 振动波形识别振动波形识别 频谱分析、峰值能量谱分析频
34、谱分析、峰值能量谱分析 频响特性与相干分析频响特性与相干分析 瞬时频率变化与相位分析瞬时频率变化与相位分析措施：措施：给出结论给出结论 继续运行；还能运行多久继续运行；还能运行多久? ? 维修、检查；部位维修、检查；部位? ?不同设备故障的振动特点不同设备故障的振动特点 力不平衡 力偶不平衡 动不平衡 悬臂转子不平衡 角不对中 平行不对中 轴承不对中 联轴节故障 结构框架/底座松动 轴承座松动 轴承等部件松动 齿轮磨损 齿轮偏心 齿轮不对中质质 量量 不不 平平 衡衡A A 同频占主导，相位稳定。如果只有不平衡，1X幅值大于等于通频幅值的80，且按转速平方增大。 通常水平方向的幅值大于垂直方向
35、的幅值，但通常不应超过两倍。 同一设备的两个轴承处相位接近。 水平方向和垂直方向的相位相差接近90度。 典型的频谱 相位关系力 不 平 衡质质 量量 不不 平平 衡衡B B 典型的频谱 相位关系力 偶 不 平 衡同频占主导，相位稳定。振幅按转速平同频占主导，相位稳定。振幅按转速平方增大。需进行双平面动平衡。方增大。需进行双平面动平衡。偶不平衡在机器两端支承处均产生振动偶不平衡在机器两端支承处均产生振动，有时一侧比另一侧大，有时一侧比另一侧大较大的偶不平衡有时可产生较大的轴向较大的偶不平衡有时可产生较大的轴向振动。振动。两支承径向同方向振动相位相差两支承径向同方向振动相位相差180180。质质
36、量量 不不 平平 衡衡C C动不平衡是前两种不平衡的合成结果。仍是同频占主导，相位稳定。 两支承处同方向振动相位差接近 典型的频谱 相位关系动 不 平 衡质质 量量 不不 平平 衡衡 悬臂转子不平衡在轴向和径向都会引起较大1X振动。 轴向相位稳定，而径向相位会有变化。 悬臂式转子可产生较大的轴向振动，轴向振动有时甚至超过径向振动。 两支承处轴向振动相位接近。 往往是力不平衡和力偶不平衡同时出现 典型的频谱 相 位 关 系悬 臂 转 子 不 平 衡 偏偏 心心 转转 子子 当旋转的皮带轮、齿轮、电机转子等有几何偏心时，会在两个转子中心连线方向上产生较大的1X振动；偏心泵除产生1X振动外，还由于流
37、体不平衡会造成叶轮通过频率及倍频的振动。 垂直与水平方向振动相位相差为0或180。 采用平衡的办法只能消除单方向的振动。 典型的频谱 相 位 关 系 轴轴 弯弯 曲曲 振动特征类似动不平衡，振动以1X为主，如果弯曲靠近联轴节，也可产生2X振动。类似不对中、通常振幅稳定，如果2X与供电频率或其谐频接近，则可能产生波动。 轴向振动可能较大，两支承处相位相差180度。 振动随转速增加迅速增加，过了临界转速也一样。 典型的频谱 相位关系有资料表明现有企业在役设备有资料表明现有企业在役设备30305050存在不同程度的不对中，严重的不对中会存在不同程度的不对中，严重的不对中会造成设备部件的过早损坏，同时
38、会造成能造成设备部件的过早损坏，同时会造成能源的浪费。源的浪费。不对中既可产生径向振动，又会产生轴向不对中既可产生径向振动，又会产生轴向振动；既会造成临近联轴节处支承的振动振动；既会造成临近联轴节处支承的振动，也会造成远离联轴节的自由端的振动。，也会造成远离联轴节的自由端的振动。不对中易产生不对中易产生2X2X振动，严重的不对中有时振动，严重的不对中有时会产生类似松动的高次谐波振动。会产生类似松动的高次谐波振动。 相位是判断不对中的最好判据。相位是判断不对中的最好判据。 不不对对中中A A 角不对中产生较大的轴向振动，频谱成分为1X和2X；还常见1X、2X或3X都占优势的情况。 如果2X或3X
39、超过1X的30到50，则可认为是存在角不对中。 联轴节两侧轴向振动相位相差180度。 典型的频谱 相位关系角 不 对 中不不对对中中 B B 典型的频谱 相 位 关 系平 行不 对 中平行不对中的振动特性类似角不对中，但平行不对中的振动特性类似角不对中，但径向振动较大。径向振动较大。频谱中频谱中2X2X较大，常常超过较大，常常超过1X1X，这与联轴节，这与联轴节结构类型有关。结构类型有关。角不对中和平行不对中严重时，会产生较角不对中和平行不对中严重时，会产生较多谐波的高谐次（多谐波的高谐次（4X8X4X8X）振动。）振动。联轴节两侧相位相差也是联轴节两侧相位相差也是180180度。度。不不对对
40、中中 C C 轴承不对中或卡死将产生1X, 2X轴向振动，如果测试一侧轴承座的四等分点的振动相位，对应两点的相位相差180度。 通过找对中无法消除振动，只有卸下轴承重新安装。 典型的频谱 相位关系轴 承 不 对 中不不对对中中 D D联 轴 节 故 障 如果联轴节的短节过长或过短，通常会产生明显的3X振动。 齿型联轴节卡死会引起轴向和径向振动，通常轴向大于径向，频谱以1X为主，兼有其它谐频，也有出现4X为主的实例。 振动随负荷而变，1X明显。 松动的联轴节将引起啮合频率及叶片通过频率的振动，其周围分布1X旁瓣。对 中 不 良 设 备 的 轴 心 轨 迹松动本身不是纯粹 的故障，不会直接 产生振
41、动，但它可 放大故障的作用。A 结 构 框 架 或 底 座 松 动B 轴 承 座 松 动C 轴 承 等部 件 配 合松 动振动特征振动特征: : 类似不平衡或不对中，频谱主要以类似不平衡或不对中，频谱主要以1X1X为主。为主。 振动具有局部性，只表现在松动的转子上。振动具有局部性，只表现在松动的转子上。 同轴承径向振动垂直，水平方向相位差同轴承径向振动垂直，水平方向相位差0 0或或180180度。度。 底板连接处相邻结合面的振动相位相差底板连接处相邻结合面的振动相位相差180180度。度。 如果轴承紧固是在轴向，也会引起类似不对中的轴如果轴承紧固是在轴向，也会引起类似不对中的轴向振动。向振动。
42、 包括如下几方面的故障 支脚、底板、水泥底座松动/强度不够； 框架或底板变形；紧固螺丝松动。振动特征振动特征: : 主要以主要以2X2X为特征为特征( (主要是径向主要是径向2X2X超过超过1X1X的的50%)50%) 幅值有时不稳定幅值有时不稳定 振动只有伴随其它故障如不平衡或不对中时才有表现振动只有伴随其它故障如不平衡或不对中时才有表现，此时要消除平衡或对中将很困难。，此时要消除平衡或对中将很困难。 在间隙达到出现碰撞前，振动主要是在间隙达到出现碰撞前，振动主要是1X1X和和2X2X；出现碰；出现碰撞后，振动将出现大量谐频。撞后，振动将出现大量谐频。 包括如下几方面的故障 结构或轴承座开裂
43、 支承件长度不同引起的晃动 部件间隙出现少量偏差时(尚无碰撞) 紧固螺丝松动。振动特征振动特征: :常常出现大量的高次谐频，有时常常出现大量的高次谐频，有时10X10X，甚至，甚至20X20X，松动严重时还会出现半频及谐频松动严重时还会出现半频及谐频 (0.5X, 1.5X.) (0.5X, 1.5X.) 成分。成分。半频及谐频往往随不平衡或不对中等故障出现。半频及谐频往往随不平衡或不对中等故障出现。振动具有方向性和局部性。振动具有方向性和局部性。振动幅值变化较大，相位有时也不稳定。振动幅值变化较大，相位有时也不稳定。包括如下几方面的故障轴承在轴承座内松动轴承内圈间隙大轴承保持架在轴承盖内松动
44、轴承松动或与轴有相对转动转 子 摩 擦 转子在转动过程中与定子的摩擦会造成严重的设备故障转子在转动过程中与定子的摩擦会造成严重的设备故障 在摩擦过程中在摩擦过程中, , 转子刚度发生改变从而改变转子系统的固有频率转子刚度发生改变从而改变转子系统的固有频率, , 可能造成系统共振。可能造成系统共振。 往往会激起亚谐波振动往往会激起亚谐波振动(1/2X, 1/3X.), (1/2X, 1/3X.), 严重时出现大量的谐频严重时出现大量的谐频(1/2X, 1.5X, 2.5X.)(1/2X, 1.5X, 2.5X.)，并伴随有噪音。，并伴随有噪音。轴径和滑动轴承钨金干摩电动机转子与定子接触叶轮与扩压
45、器口接触汽轮机叶片与静叶严 重 摩 擦轻 微 摩 擦轴与汽封摩擦联轴器罩摩轴皮带摩擦皮带罩叶片摩擦外罩 润 滑 油 不 足 引 起 的 频 谱 有资料显示仅有1020的轴承达到或接近设计寿命. 其余部分因为如下各种原因达不到设计寿命: 润滑不当, 使用错误的润滑剂；润滑剂或轴承内混入赃物或杂质；运输或存放不当；选型不当、安装错误等. 振动监测的最终目的是通过跟踪轴承状态了解何时需要更换轴承.位移：不易用于轴承的监测。加速度：可早期发现轴承的故障征兆，应与速度联用。使用包络技术或gSE监 测 参 数 的 选 择 第一阶段： 轴承故障出现在超声段轴承故障出现在超声段2020 60KHz, 60KH
46、z, 它们可用它们可用gSEgSE、高频、高频(HFD)g(HFD)g来测量、评定。例如来测量、评定。例如：某轴承在第一阶段的尖峰：某轴承在第一阶段的尖峰能量值为能量值为0.25gSE(0.25gSE(实测数值实测数值与测试位置和机械转速有关与测试位置和机械转速有关) )。 第二阶段： 轻微的轴承故障开始轻微的轴承故障开始“敲击敲击”出轴承元件的固有频率段出轴承元件的固有频率段，一般在，一般在5005002KHz2KHz范围内范围内；本阶段后期表现为，在固；本阶段后期表现为，在固有频率附近出现边频（例：有频率附近出现边频（例：0.25gSE 0.25gSE 0.5gSE 0.5gSE ）滚 动
47、 轴 承 故 障 谱 特 征 (1)第三阶段第三阶段： 轴承出现磨损故障频率和轴承出现磨损故障频率和谐波出现；谐波出现； 磨损发展时磨损发展时出现更多故障频率谐波，出现更多故障频率谐波，并且边带数目增多，振动并且边带数目增多，振动尖峰能量值继续增大。尖峰能量值继续增大。第四阶段：第四阶段： 这一阶段甚至影响这一阶段甚至影响1X1X分量分量，并引起其它倍频分量，并引起其它倍频分量2X2X、3X3X等的增大。轴承故障等的增大。轴承故障频率和固有频率开始频率和固有频率开始“消消失失” 被随机振动或噪音被随机振动或噪音代替，高频量和尖峰能量代替，高频量和尖峰能量值很大。值很大。滚 动 轴 承 故 障
48、谱 特 征 (2)滚 动 轴 承 故 障 频 谱滚 动 轴 承 故 障 前 后gSE 谱滑滑 动动 轴轴 承承 滑动轴承摩擦后期通常出现一系列滑动轴承摩擦后期通常出现一系列倍频成分（多达倍频成分（多达10X10X20X20X）。）。 老的滑动轴承往往产生垂直方向比老的滑动轴承往往产生垂直方向比水平方向振幅更大的振动。水平方向振幅更大的振动。 间隙过大的滑动轴承可能会导致不间隙过大的滑动轴承可能会导致不平衡、不对中等引起的振动更大。平衡、不对中等引起的振动更大。摩擦/间隙过大的频谱油膜振荡 松动，1/2X, 1/3X等成分，随负荷变化较大 乌金脱落，1/2X及谐频，幅值小于松动谱 瓦块损坏，1/3X涡动，调油温有效滑 动 轴 承 损 坏 及 松 动 频 谱齿齿 轮轮 故故 障障 (1) 正常的频谱出现所有转轴的1X和啮合频率(GMF)。 齿轮啮合频率的两侧有转速边带，其峰值较小。 齿磨损：齿轮固有频率出现，且有磨损齿轮所在轴的转速边带 磨损明显时，啮合频率附近也会出现较高峰值的边带。齿齿 轮轮 故故 障障 (2) 齿轮偏心：啮合频率附近有较高幅值的边带往往说明齿轮偏心、游隙或轴不平行。 啮合频率峰值随负载的增大而增大。 齿轮不对中：几乎总是激起啮合频率二次或更高谐次的振动，且2X或3X啮合频率处峰值较大；它们都有转速的边带频率。谢 谢！
