机械振动及信号.ppt

机械动态监测与故障诊断第二章 机械振动及信号 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。 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 第二章 机械振动及信号 2.2振动信号的描述 确定性振动的三要素：振幅，频率和相位。 1、振幅 s 简谐振动可用函数表示： s= A sin(2 PI × t / T + φ) 用角频率w表示，即w = 2 PI / T