1、xn振幅振幅 A(Amplitude)偏离平衡位置的最大值。描述振动的规模。n频率频率 f (Frequency)描述振动的快慢。单位为次/秒(Hz)或次/分(c/min)。周期周期 T=1/f 为每振动一次所需的时间，单位为秒。圆频率圆频率 =2 f 为每秒钟转过的角度，单位为弧度/秒n初相角初相角 (Initial phase)描述振动在起始瞬间的状态。简谐振动的三要素简谐振动的三要素 振动位移、速度、加速度之间的关系振动位移、速度、加速度之间的关系)2sin(ddtAtxv)sin(dd222tAtxatAx sinn振动位移振动位移(Displacement)n速度速度(Velocit
2、y)n加速度加速度(Acceleration)l位移、速度、加速度都是同频率的简谐波。l三者的幅值相应为A、A、A 2。l相位关系：加速度领先速度90;速度领先位移90。xvaxva振振 动动 的的 时时 域域 波波 形形 名 称 波 形 名 称 波 形 若干幅值参数的定义若干幅值参数的定义 n瞬时值瞬时值(Instant value)振动的任一瞬时的数值。n峰值峰值(Peak value)振动离平衡位置的最大偏离。n平均绝对值平均绝对值(Average absolute value)n均值均值(Mean value)又称平均值或直流分量。n有效值有效值(Root mean square va
3、lue)TtxTx0avd 1TtxTx0d 1TtxTx02rmsd 1xpx=x(t)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F峰值峰值 xp=A;峰峰值峰峰值 xp-p=2AF平均绝对值平均绝对值 xav=0.637AF有效值有效值 xrms=0.707AF平均值平均值简谐振动的幅值参数简谐振动的幅值参数0 x复杂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常用的幅值参数及其单位 n位移位移 峰峰值。峰峰值。单位为微米微米（m）n速度速度 有效值。有效值。单位为毫米毫米/秒秒（m
4、m/s）n加速度加速度 峰值。峰值。单位为米米/秒平方秒平方（m/s2）练习一练习一:n100 mil(Peak)=?微米(峰峰值)n2 G(Peak)=?m/s-2(RMS)n注:1 Inch=1000 mil=25.4mm=25,400 微米nG 为重力加速度=9.81 m/s-2振动信号的频率分析振动信号的频率分析n把振动信号中所包含的各种频率成分各种频率成分分别分解出来的方法。n频率分析的数学基础是傅里叶变换傅里叶变换和快速傅里叶算法（FFT）。n频率分析可用频率分析仪频率分析仪来实现，也可在计算机上用软件来完成。n频率分析的结果得到各种频谱图频谱图，这是故障诊断的有力工具。各种振动的
5、频谱图各种振动的频谱图名称 波 形 频 谱 名称 波 形 频 谱时间域时间域 频率域频率域FFTIFFT磁电速度传感器磁电速度传感器接收形式：惯性式变换形式：磁电效应典型频率范围：10Hz1000Hz典型线性范围：02mm典型灵敏度：20mV/mm/sn测量非转动部件的绝对绝对振动振动的速度。n不适于测量瞬态振动瞬态振动和很快的变速过程变速过程。n输出阻抗低，抗干扰力强。n传感器质量较大，对小型对象有影响。n在传感器固有频率附近有较大的相移。典型的磁电速度传感器及其特性典型的磁电速度传感器及其特性压电加速度传感器压电加速度传感器接收形式：惯性式变换形式：压电效应典型频率范围：0.2Hz10kH
6、z线性范围和灵敏度随各种不同型号可在很大范围内变化。n测量非转动部件的绝对振绝对振动动的加速度。n适应高频振动高频振动和瞬态振动瞬态振动的测量。n传感器质量小，可测很高振级。n现场测量要注意电磁场、声场和接地回路的干扰。压电加速度传感器的典型结构压电加速度传感器的典型结构晶体片晶体片质量块预紧环出线口底座出线口三角剪切型三角剪切型 中心压缩型中心压缩型预压簧片三角柱压电加速度传感器的典型特性压电加速度传感器的典型特性预紧环底座质量块出线口晶体片涡流位移传感器涡流位移传感器n不接触测量不接触测量，特别适合测量转轴和其他小型对象的相对位移。n有零频率响应零频率响应，可测静态位移和轴承油膜厚度。n灵
7、敏度与被测对象的电导率和导磁率有关。n相移很小。接收形式：相对式变换形式：电涡流典型频率范围：020kHz典型线性范围：02mm典型灵敏度：8.0V/mm(对象为钢)涡流位移传感器涡流位移传感器及前置器及前置器轴承振动的测点布置轴承振动的测点布置轴振动的测点布置轴振动的测点布置轴承振动与轴振动的比较轴承振动与轴振动的比较n基频基频是转速频率转速频率，记作 1R。n基频分量的幅值与转子的不平衡大小不平衡大小有关。n基频分量的相位与不平衡在转子上的方位不平衡在转子上的方位有直接对应关系。n基频大小和相位由基频分析仪或频率分析方法求得。基频分量的幅值和相位基频分量的幅值和相位键相与相位参考脉冲键相与
8、相位参考脉冲n在转子上刻印键相标记键相标记K，在轴承座上布置键相传感器键相传感器K（光电式或涡流式），其输出为相位参考脉冲参考脉冲。n参考脉冲是测量相位的基准。n参考脉冲也可用于测量转子的转速。KK1转t参考脉冲振动相位与转子转角的关系振动相位与转子转角的关系n从参考脉冲到第一个正峰值的转角 定义振动相位。n振动相位与转子的转动角度一一对应。这在平衡和故障诊断中有重要作用。振动信号参考脉冲n波形图波形图(Wave)时间域内的振动波形n频谱图频谱图(Spectrum)组成振动的各谐波成分n轴心轨迹轴心轨迹(Orbit)转轴中心的振动轨迹，由水平和铅垂两方向波形合成旋转机械的振动图示旋转机械的振动
9、图示(定转速定转速)波形图、频谱图及轴心轨迹波形图、频谱图及轴心轨迹波德图和极坐标图波德图和极坐标图n波德图(Bode Plot)和极坐标图(Polar Plot)两者所含信息相同，都表示基频振动的幅值和相位随机器转速的变化规律。第三个坐标也可以是时间时间(日期)、工艺参数等。三维频谱图三维频谱图（谱阵图）（谱阵图）轴心位置的测定轴心位置的测定n轴心位置图可以用x-y记录仪或计算机来绘制。涡流传感器的输出信号动态部分静态部分轴心轨迹轴心位置间隙变化平均间隙n在设备运行运行中或在基本不拆卸基本不拆卸的情况下，n通过各种手段，掌握设备运行状态掌握设备运行状态，n判定产生故障的部位和原因故障的部位和
10、原因，n并预测、预报设备未来的状态。什么是状态监测和故障诊断？什么是状态监测和故障诊断？_是防止事故和计划外停机的有效手段。_是预知维修的基础，是设备维修的发展方向。监测和诊断的各种手段监测和诊断的各种手段 振动：振动：适用于旋转机械、往复机械、轴承、齿轮等。温度（红外）：温度（红外）：适用于工业炉窑、热力机械、电机、电器等。声发射：声发射：适用于压力容器、往复机械、轴承、齿轮等。油液（铁谱）油液（铁谱）：适用于齿轮箱、设备润滑系统、电力变压器等。无损检测：无损检测：采用物理化学方法，用于关键零部件的故障检测。压力：压力：适用于液压系统、流体机械、内燃机和液力耦合器等。强度：强度：适用于工程结
11、构、起重机械、锻压机械等。表面：表面：适用于设备关键零部件表面检查和管道内孔检查等。工况参数：工况参数：适用于流程工业和生产线上的主要设备等。电气：电气：适用于电机、电器、输变电设备、电工仪表等。仪器分类仪器分类：n离线测量仪表 便携式测振表 数据采集器n在线测量系统 表盘式的 计算机化的监测和诊断仪器的分类和选用监测和诊断仪器的分类和选用仪器选用原则仪器选用原则：被监测对象在生产中的地位 生产的规模和产量 预计的投资 设备管理人员的水平和素质振动监测系统的分类和选择设备类型损坏后果推荐监测手段主 要 功 能大约价格关键设备完全停产100%计算机化的监测系统振动幅值、频谱的连续监测数据存储、数
12、据比较，数据文件管理趋势分析、谱趋势分析启、停车等瞬态过程数据收集超限报警、保护，事故记忆故障诊断，人工智能，联网，远程等数十万元以上重要设备部分停产50100%表盘式的监测系统振动幅值的连续监测超限报警、保护数据存储、比较，趋势分析几万数十万元一般设备部分停产或不停产050%数据采集器振动幅值、频谱的周期采集数据存储和管理数据比较，趋势分析几万元便携测振表振动幅值的采集简单的频率分析几千元监测和诊断仪器的分类和功能监测和诊断仪器的分类和功能监测和诊断仪器选用监测和诊断仪器选用在线监测数据自动采集离线监测数据周期采集25重要机器重要机器5关键机器关键机器30一般重要机器一般重要机器20次要机器
13、次要机器20普通机器普通机器不监测用坏为止透平机压缩机汽轮发电机组燃气轮机大电机大、中型泵风机齿轮箱小电机小型泵通风机频谱分析法频谱分析法n频谱分析法是最基本和最常用的故障诊断方法。n每种故障有其对应的特征频率。n根据特征频率及其变化确定机器的故障性质和严重程度。转动机械常见故障的频率特征转动机械常见故障的频率特征强迫振动类故障强迫振动类故障自激振动类故障自激振动类故障R:转动频率故障名称 频率特征 转动特征 故障名称 频率特征 转动特征 不平衡 1R 同步正进动 油膜涡动(0.40.49)R 正进动 永久弯曲 1R 同步正进动 油膜振荡 等于低阶固有频率 正进动 不对中 2R 正进动 气隙振
14、荡 等于低阶固有频率 正进动 磁拉力 不平衡 2NR N为磁极对数 正进动 内腔积液 失稳前0.5R 失稳后为低阶固有频率 正进动 松 动 1R,2R等 也有 1.5R,2.5R等 转子内阻 失稳前0.5R 失稳后为低阶固有频率 正进动 齿轮故障 啮合频率等于 齿数R，边带频率 径向摩擦 失稳前小于低阶固有频率 失稳后等于低阶固有频率 反进动 滚动轴承 外环故障 内环故障 滚珠故障 轴向摩擦 失稳前小于低阶固有频率 失稳后等于低阶固有频率 转子不平衡故障的频谱转子不平衡故障的频谱n波形为简谐波，少毛刺。n轴心轨迹为圆或椭圆。n1X频率为主。n轴向振动不大。n振幅随转速升高而增大。n过临界转速有
15、共振峰。透平风机TOTI齿轮箱1X频率(水平)1X频率(水平)1X频率(铅垂)1X频率(铅垂)轴向很小轴向很小转子不平衡的类型转子不平衡的类型不平衡类型 特 征 消除措施 质量不平衡 低速晃动小 平衡 永久弯曲 低速晃动大 静态校直 热弯曲 振动随负荷增大，但有滞后 找出原因 部件位移或脱落 振动阶跃增加，然后稳定 停车检查 部件结垢 振动缓慢增加，轴向振动和轴向推力增大，机器效率降低 清垢 联轴器不平衡 相邻轴承振动大，相位相同 平衡 转子不对中的类型转子不对中的类型正确对中 e=0,=0平行不对中 e 0,=0角度不对中 e=0,0综合不对中 e 0,0转子不对中故障的频谱转子不对中故障的
16、频谱 n出现 2X 频率成分。n轴心轨迹成香蕉形或8字形。n轴向振动一般较大。n本例中，出现叶片通过频率。电机水泵POPIMOMI1X 频率2X 频率叶片通过频率转子系统松动故障的频谱转子系统松动故障的频谱n波形出现许多毛刺。n谱图中噪声水平高。n出现精确的倍频2X，3X等成分。n松动结合面两边，振幅有明显差别。电机水泵POPI转速的精确倍频成分本例中最高出现16X成分噪声水平高松动故障引起的间入谐量松动故障引起的间入谐量n未松动时的未松动时的频谱频谱n松动时的频松动时的频谱谱 出现0.5X，1.5X，2.5X，3.5X.等频率成分松动结合面两边振动差别大松动结合面两边振动差别大5035381
17、5101218402558松动！松动！不松动不松动齿轮故障的频谱齿轮故障的频谱n齿轮啮合频率GMF等于齿数乘以齿轮转速频率。n齿轮啮合频率两边有边频，间距为1X。n随着齿轮故障发展，边频越来越丰富，幅值增加。n可用倒频谱作进一步分析。OUBSISOL齿轮箱上辊下辊输入轴啮合频率GMF上边频下边频2X带滑动轴承的机械的频谱特点带滑动轴承的机械的频谱特点不对中松动引起的谐波不平衡油膜涡动、碰摩0 2 4 6 8 10 12 14 16Frequency in orderDisplacement in m pk to pk12.510.07.55.02.50从油膜涡动发展到油膜振荡从油膜涡动发展到油
18、膜振荡涡动频率 c/min转子转速r/min油膜振荡的防治措施油膜振荡的防治措施临时措施临时措施 增加油温。更换粘度较低的油。减小轴承的宽度，以增 加比压。抬高失稳轴承的标高，增加轴承的负载。减小轴承的间隙。根本措施根本措施 改变轴瓦的结构。增加预负荷，开油槽，改变供油方式等 改用稳定性较好的轴承。圆瓦椭圆瓦多油叶瓦多油楔瓦可倾瓦 改变转子结构，将其临界转速提高到工作转速的一半以上。n轴承的故障诊断与状态监测是机械设备故障诊断技术的重要内容。n旋转机械的故障中轴承的损坏故障约占30%。n轴承的运行质量除轴承元件本身的加工质量外，轴承的安装及装配质量影响很大。滚动轴承的振动滚动轴承的振动滚动轴承
19、的失效形式滚动轴承的失效形式n疲劳点蚀:因受滚动压应力n磨损:因受压力又有与内外座圈的相对滑动 n腐蚀:润滑油中的水分几其它化学物质产生锈蚀n裂纹:由于磨削或淬火时作用而产生n磨粒磨损:由于磨屑作用而磨损D 节圆直径d 滚珠直径 接触角z 滚珠数R 轴的转速频率滚动轴承故障的特征频率滚动轴承故障的特征频率 dD外环故障频率内环故障频率滚珠故障频率保持架碰外环保持架碰内环RDdzf)cos1(2RDdzf)cos1(2RDddDf22cos)(1RDdf)cos1(21RDdf)cos1(21滚动轴承故障的频谱滚动轴承故障的频谱 n轴承每一种零件有其特殊的故障频率。n随着故障发展，它的幅值增加，
20、并有谐波；谐波两边产生边频。n还可用非频率域的诊断方法，如共振解调。电机离心泵PIPO1X2X频率故障基本频率6.71X基本频率的四个谐波带滚动轴承的机械的频谱特点带滚动轴承的机械的频谱特点 不平衡不对中松动滚动轴承故障频率0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50RFrequency in order3.53.02.52.01.51.00.50Velocity in mm/s pk倒频谱分析诊断法倒频谱分析诊断法n倒频谱分析用于识别频谱图中的周期结构n倒频谱的定义和有关的术语n倒频谱分析主要应用于滚动轴承和齿轮的故障诊断 倒频谱是对数功率谱的频谱。通俗地说，倒频谱是频谱图的
21、频谱。它突出了频谱图中的周期成分。倒频谱图的横坐标为倒频率（时间）。倒频谱的定义倒频谱的定义log(Fxx(f)c()FFT倒频谱分析的特点倒频谱分析的特点n能显示频谱图中不明显（被淹没）的复杂的周期频谱结构，并精确地确定其倒频率（振动周期）。n倒频谱的主要峰值是大量周期分量的平均值，数值较稳定，它可作为评定机械状态的一个指标。n对从振源到测点之间信号传递路径的变化不大敏感。倒频谱分析的应用倒频谱分析的应用齿轮信号中确定周期成分齿轮信号中确定周期成分(一一)n电机轴50Hz，63个齿n水泵轴121Hz，26个齿n频谱图中看到啮合频率3.15kHzn看不清周期结构电机离心泵齿轮箱n倒频谱图中清晰
22、可见若干尖峰，显示频谱图的周期结构n8.2ms(121Hz)及谐波为出轴齿轮转频n20ms(50Hz)为入轴齿轮的转频倒频谱分析的应用倒频谱分析的应用齿轮信号中确定周期成分齿轮信号中确定周期成分(二二)n频谱图仅看出啮合频率(4.3kHz)及其谐波n即使经高倍细化，也难以确定频谱图中的周期成分020kHz原频谱图3.513kHz细化频谱图倒频谱分析的应用倒频谱分析的应用齿轮信号中确定周期成分齿轮信号中确定周期成分(三三)n倒频谱图中清晰显示两组周期频谱族结构nAi为11.9ms(84.3Hz)及谐波；Bi为20ms(50Hz)及谐波n这是输入轴A和输出轴B的转速频率倒频谱图7.59.5kHz
23、细化频谱图倒频谱分析的应用倒频谱分析的应用齿轮信号中确定周期成分齿轮信号中确定周期成分(四四)11.9ms（84.3Hz）20ms（50Hz）倒频谱分析的应用倒频谱分析的应用对传递路径不敏感对传递路径不敏感n齿轮箱上两个不同的测点得到的频谱图差别很大n但两个倒频谱图差别很少，高倒频率区基本一样2.6kHz倒频谱图频谱图n正常状态正常状态：频谱无周期结构；倒频谱无明显峰。n故障状态：故障状态：倒频谱出现10.4Hz、35.6Hz及其倒谐波。10.4Hz最大为一惰轮的转频，表明它有故障，并可与输出轴频5.4Hz的两倍区别开来。故障状态故障状态 正常状态正常状态频谱图倒频谱图入轴35.6Hz惰轮10
24、.4Hz出轴5.4Hz倒频谱分析的应用倒频谱分析的应用卡车齿轮箱的诊断卡车齿轮箱的诊断相关产品相关产品-振通振通932932分析仪分析仪中文Window菜单显示，操作更方便大尺寸、彩色液晶屏幕，清晰美观12800线分辨率频谱，频率范围25kHz基于DSP的全功能高速动态分析双通道采集，14位AD采样USB 接口可配MCM2/3,SDES等软件高速记录起停车振值,幅值,相位,频谱标准数采器功能存储200测点,32K波形用硬件包络解调检测诊断轴承齿轮故障转速测量、噪声测量、相位测量、相位诊断共振解调法共振解调法n原理：故障所引起的低频（通常是数百HZ以内）冲击脉冲激起了高频（数十倍于冲击频率）共振
25、波形，对它进行包络、检波、低通滤波（即解调），会获得一个对应于低频冲击的而又放大并展宽的共振解调波形。共振解调法的示意图共振解调法的示意图共振解调法的优点：共振解调法的优点：n剔除了低频振动干扰n对于共振解调波，可作频谱分析实例：实例：n1、某变速箱输出轴后轴承（型号为50309）滚动体外圈有点蚀，n测试时发现：时域信号出现调制峰群 最简单是看最简单是看HFA 包络波有效值包络波有效值nHFA2 警惕警惕nHFA6 危险危险相关产品-909Z系列轴承故障检测仪 双参数振动检测 测量高频包络值,将低频率(不平衡、不对中、松动等振动滤除掉)，专用于轴承齿轮监测 测量振动速度真有效值,用于和ISO标准比较
