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振动分析基本理论与测试仪器.pdf

振动分析基本理论与测试仪器.pdf

上传者: gushimiqing 2012-07-25 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《振动分析基本理论与测试仪器pdf》,可适用于人文社科领域,主题内容包含振动振动和和振动测试振动测试的的基基础础知知识识内容提要„简谐振动三要素振幅、频率和初相位振动位移、速度和加速度„振动波形„频率分析和频谱图„振动系符等。

振动振动和和振动测试振动测试的的基基础础知知识识内容提要„简谐振动三要素振幅、频率和初相位振动位移、速度和加速度„振动波形„频率分析和频谱图„振动系统的模态特性固有频率、阻尼比ƒ自由振动与强迫振动共振ƒ旋转机械振动的测量ƒ传感器原理及其选用ƒ基频分量的幅值和相位ƒ振动相位的测量ƒ旋转机械的振动图示ƒ定转速:波形图、频谱图ƒ变转速:波德图和极坐标图三维频谱图简谐振动的三要素„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(cmin)。周期T=f为每振动一次所需的时间单位为秒。圆频率ω=πf为每秒钟转过的角度单位为弧度秒„初相角ϕ(Initialphase)描述振动在起始瞬间的状态。)sin()sin(ϕωϕπ==tAftAx旋转矢量波形曲线函数式位移、速度、加速度之间的关系)sin()onAccelerati()sin()Velocity()sin()ntDisplaceme(πϕωωπϕωωϕω=====tAxatAxvtAx加速度速度位移xvaωƒ位移、速度、加速度都是同频率的简谐波。ƒ三者的幅值相应为A、Aω、Aω。ƒ相位关系:加速度领先速度º速度领先位移º。各种振动的时域波形名称波形名称波形复杂振动的幅值参数正峰值负峰值峰峰值xrms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ƒ峰值xp=A峰峰值xpp=Aƒ平均绝对值xav=Aƒ有效值xrms=Aƒ平均值简谐振动的幅值参数=x常用的幅值参数及其单位„位移峰峰值单位为微米(µm)„速度有效值又称烈度单位为毫米秒(mms)„加速度峰值单位为米秒(ms)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通用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简单的振动系统*以单自由度振动系统为例振动系统的模态特性振动系统的模态特性有两个参数„固有频率fn(或ωn)单位Hz决定于振动系统的质量和刚度„阻尼比ζ无量纲决定于振动系统的阻尼ζ<称小阻尼ζ>称大阻尼mkfπn=*以单自由度振动系统为例。多自由度系统有多个模态。振动系统对激励的响应激励(外因)响应(结果)振动系统模态(内因)强迫振动自由振动持续激励初始激励ƒ由初始激励引起的响应称为自由振动。ƒ由持续激励引起的响应称为强迫振动。ƒ从响应中能看出系统的特性。自由振动的特点„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δπδζ=阻尼比iiln=XXδ对数减幅系数dnζ=ff无阻尼固有频率ddTf=阻尼固有频率强迫振动的特点„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。„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。幅频曲线和相频曲线幅频曲线(共振曲线)相频曲线激励频率激励频率由强迫振动确定模态参数nωωωζωω=阻尼比半功率带宽mnnmζπω=ζω=ωf固有频率共振频率旋转机械振动测量框图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c汽轮机d齿轮增速箱e压缩机f涡流传感器g速度传感器h加速度传感器i键相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:Hz~Hz典型线性范围:~mm典型灵敏度:mVmms„测量非转动部件的绝对振动的速度。„不适于测量瞬态振动和很快的变速过程。„输出阻抗低抗干扰能力强。„传感器质量较大对小型对象有影响。典型的磁电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:Hz~kHz线性范围和灵敏度随各种不同型号可在很大范围内变化。„测量非转动部件的绝对振动的加速度。„适应高频振动和瞬态振动的测量。„传感器质量小可测很高振级。„现场测量要注意电磁场、声场和接地回路的干扰。典型的压电加速度传感器晶体片晶体片质量块预紧环出线口底座出线口预压簧片三角柱三角剪切型中心压缩型压电传感器的安装频率预紧环底座质量块出线口晶体片涡流位移传感器„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。„有零频率响应可测静态位移和轴承油膜厚度。„灵敏度与被测对象的电导率和导磁率有关。接收形式:相对式变换形式:电涡流典型频率范围:~kHz典型线性范围:~mm典型灵敏度:Vmm(对象为钢)涡流传感器的工作原理输出电压u正比于间隙d且于测量对象的材质有关涡流位移传感器的特性传感器与转轴之间的间隙轴振动的测点布置轴承振动与轴振动的比较轴承振动轴振动测量设备•传感器易于安装、拆卸•测定振动容易•测量设备价格较低•传感器安装受限制•测定振动较轴承困难•测量设备价格高性能特点•测振灵敏度小(当轴轻而本体刚度大时对振动变化反映迟钝)•有关参考资料丰富掌握的限值范围广•测量设备可靠性高•测振灵敏度高(在任何情况下对振动变化反映较灵敏)•可直接测得基本界限值(如不平衡轴内应力等)•界限值不通用•测量设备(特别是传感器)可靠性低环境影响•测量结果受周围环境的影响小•测量结果受周围环境的影响大应用场合•监测机械的所有各种振动•能得到更详细的关于转子的振动信息可作高精度现场平衡数据„基频是转速频率记作R。„基频分量的幅值与转子的不平衡大小有关。„基频分量的相位与不平衡在转子上的方位有直接对应关系。„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键相与相位参考脉冲„在转子上刻印键相标记K′在轴承座上布置键相传感器K(光电式或涡流式)其输出为相位参考脉冲。„参考脉冲是测量相位的基准。„参考脉冲也可用于测量转子的转速。参考脉冲K’Kt转振动相位与转子转角的关系振动信号参考脉冲„从参考脉冲到第一个正峰值的转角ϕ定义振动相位。„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。旋转机械的振动图示(定转速)„波形图(Wave)时间域内的振动波形„频谱图(Spectrum)组成振动的各谐波成分„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波形图、频谱图及轴心轨迹旋转机械的振动图示(变转速)„轴心轨迹阵各转速下的轴心轨迹的组合„波德图与极坐标图(BodePolarPlot)升(降)速时基频幅值和相位的变化„三维频谱图(Cascade)各转速下的频谱图的集合„轴心位置(ShaftCenterPosition)判定轴颈静态工作点和油膜厚度轴心轨迹阵图汽轮发电机组一个轴承在不同转速下的轴心轨迹阵波德图和极坐标图„波德图(BodePlot)和极坐标图(PolarPlot)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。三维频谱图(谱阵图)„三维频谱图是频谱的集合。„它的第三个坐标是转速。„它表明在升、降速过程中振动频谱的变化。第三个坐标也可以是时间(日期)、工艺参数等。三维频谱图(谱阵图)轴心位置的测定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„轴心位置图可以用xy记录仪或计算机来绘制。从轴心位置的变化发现故障„升速时轴心位置逐渐升高。„到工作转速时偏心率为偏位角º。属正常。„以后数月轴承基础下沉导致轴心上浮偏心率减少偏位角接近º。„发生了油膜振荡。„监测轴心位置有助于发现机器的故障。汽轮发电机中压缸轴承讲演到此结束欢迎批评指正振动和振动测试的基础知识内容提要简谐振动的三要素位移、速度、加速度之间的关系各种振动的时域波形复杂振动的幅值参数常用的幅值参数及其单位振动信号的频率分析各种振动的频谱图时间域频率域简单的振动系统振动系统的模态特性振动系统对激励的响应自由振动的特点不同阻尼比的自由振动由自由振动确定模态参数强迫振动的特点幅频曲线和相频曲线由强迫振动确定模态参数旋转机械振动测量框图磁电速度传感器典型的磁电速度传感器压电加速度传感器典型的压电加速度传感器压电传感器的安装频率涡流位移传感器涡流位移传感器及其前置器涡流传感器的工作原理涡流位移传感器的特性轴承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基频分量的幅值和相位键相与相位参考脉冲振动相位与转子转角的关系旋转机械的振动图示(定转速)波形图、频谱图及轴心轨迹旋转机械的振动图示(变转速)轴心轨迹阵图波德图和极坐标图三维频谱图(谱阵图)三维频谱图(谱阵图)轴心位置的测定从轴心位置的变化发现故障

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