振動(dòng)——異常振動(dòng)分析方法

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1、振動(dòng)——概述在機(jī)器設(shè)備的監(jiān)測(cè)和診斷中，振動(dòng)監(jiān)測(cè)是常用的監(jiān)測(cè)方法。任何機(jī)器運(yùn)行時(shí)都有振動(dòng)，振動(dòng)反應(yīng)了機(jī)器狀態(tài)。無(wú)論是高精度磨床、鏜床還是大功率的電機(jī)，乃至汽車輪胎等，時(shí)刻都伴隨著振動(dòng)。但當(dāng)機(jī)器內(nèi)部發(fā)生異常時(shí)，一般均會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)量和振動(dòng)波形的變化。因此根據(jù)振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量和分析，可在運(yùn)行過(guò)程中掌握和識(shí)別設(shè)備的劣化程度和故障特征。振動(dòng)——振動(dòng)監(jiān)測(cè)的傳感器在進(jìn)行振動(dòng)的測(cè)量和分析時(shí)，通常使用的傳感器是把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，使傳感器產(chǎn)生與機(jī)械振動(dòng)成函數(shù)關(guān)系的電信號(hào)。然后通過(guò)放大進(jìn)行記錄和顯示。振動(dòng)傳感器的種類很多，常用的有三種：即感受振動(dòng)位移的位移傳感器、

2、感受振動(dòng)速度的速度傳感器，以及感受加速度的加速度傳感器。振動(dòng)位移、速度和加速度三者之間有著微分、積分關(guān)系。只要獲得其中之一，便可換算求得另外兩個(gè)參數(shù)。在選擇測(cè)量參數(shù)時(shí)，通常應(yīng)選擇能得到最平坦的頻率參數(shù)，這樣可以使測(cè)量?jī)x器的可用動(dòng)態(tài)范圍最寬。1.加速度傳感器目前應(yīng)用最廣的是壓電式加速度計(jì)，由于它的頻率范圍與動(dòng)態(tài)范圍都比速度和位移傳感器寬得多，因此在一般設(shè)備監(jiān)測(cè)中總是優(yōu)先選用。而且它體積小，重量輕，穩(wěn)定性高，可以安裝在任何方位，無(wú)需電源供電，自身產(chǎn)生信號(hào)，無(wú)移動(dòng)元件，不易造成磨損，而且電路能容易地轉(zhuǎn)換成速度或位移信號(hào)。壓電式加速計(jì)的核心是壓電

3、晶體材料，通常是人工極化的鐵電陶瓷，當(dāng)受到應(yīng)力作用時(shí)，無(wú)論是拉伸、壓縮還是剪切，在它兩個(gè)極板上都會(huì)出現(xiàn)與所加應(yīng)力成正比的電荷。當(dāng)加速度計(jì)受到振動(dòng)時(shí)，內(nèi)部質(zhì)量塊的慣性力就作用在壓電晶體上，輸出的電荷量與振動(dòng)加速度成正比。壓電加速度計(jì)的主要結(jié)構(gòu)有正置壓縮型、倒置壓縮型、環(huán)形剪切型、三角形剪切型（如圖1所示）；圖1壓電加速度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖2.速度傳感器目前常用的是慣性式磁電速度傳感器，其工作原理是電磁感應(yīng)（圖2為其結(jié)構(gòu)示意圖）。圖2磁電速度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖固定在彈簧上的可動(dòng)線圈隨機(jī)器振動(dòng)作慣性振動(dòng)時(shí)，可動(dòng)線圈切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)從而輸出與

4、速度成正比的電壓。磁電速度傳感器靈敏度高，適合用于測(cè)量振動(dòng)量微小的高精度機(jī)械。3.位移傳感器電渦流傳感器用于測(cè)量軸的轉(zhuǎn)速、相位角、振動(dòng)頻率及轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)方向，它能有助于鑒別不同的機(jī)械故障和對(duì)故障分類以及在旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)平衡上起著重要作用。目前應(yīng)用最廣的是渦流位移傳感器（見(jiàn)圖3），這是一種非接觸式距離測(cè)量系統(tǒng)，它不斷測(cè)量傳感器頂端與被測(cè)對(duì)象表面之間的距離變化，并轉(zhuǎn)換成一個(gè)與之成正比的電信號(hào)。振動(dòng)——振動(dòng)的基本參數(shù)振動(dòng)是一種極其普遍的物理現(xiàn)象。物體圍繞平衡位置做往復(fù)運(yùn)動(dòng)就稱為振動(dòng)。為了說(shuō)明振動(dòng)的性質(zhì)，大多使用振幅、頻率、相位三種參數(shù)。用這些參數(shù)表示

5、振動(dòng)，可以對(duì)振動(dòng)的激烈程度、振動(dòng)的原因及不良部位等進(jìn)行定量的監(jiān)測(cè)。1.振幅振幅表示振動(dòng)體或質(zhì)點(diǎn)距離其平均中心的幅度。振幅有位移振幅、速度振幅和加速度振幅之分。表示方法有單振幅、雙振幅兩種。也有以最大值、平均值、有效值三種來(lái)表示振幅的。圖1表示了它們之間的相互關(guān)系。???????????圖1振幅2.頻率物體每振動(dòng)一次所需要的時(shí)間稱為周期。單位是秒，而每秒振動(dòng)的次數(shù)叫做頻率，其單位是次／秒，用Hz表示。頻率與振動(dòng)周期互為倒數(shù)，即頻率=1/周期3.相位所謂相位就是表示振動(dòng)的部分相對(duì)于其他振動(dòng)的部分或其他固定部分處于什么位置關(guān)系的一個(gè)量。兩個(gè)不同

6、的振動(dòng)源都會(huì)有各自的相位，、相同的相位可能引起合拍共振，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。如果相位相反，則可能引起振動(dòng)抵銷，起到減振作用。因此，相位也是振動(dòng)特征的重要信息。振動(dòng)——異常振動(dòng)分析方法1.以振動(dòng)總值法判別異常振動(dòng)這是一種最直接的方法，把傳感器放在設(shè)備應(yīng)測(cè)量的部位，測(cè)量機(jī)器的振動(dòng)值。振動(dòng)值可用加速度、速度或位移來(lái)表示，通常都選用振動(dòng)速度這個(gè)參數(shù)。將測(cè)得的數(shù)據(jù)以表格或圖樣表示其趨向，建立振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)管理，對(duì)照“異常振動(dòng)基準(zhǔn)”，判別實(shí)際測(cè)量值是否超過(guò)界限或極限規(guī)定值，以評(píng)價(jià)設(shè)備工作狀態(tài)的正常與否。在這種診斷方法中制定判斷標(biāo)準(zhǔn)是最主要的基礎(chǔ)工作。表1為1

7、SO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）的判斷標(biāo)準(zhǔn)。2.以頻率分析法診斷異常振動(dòng)用振動(dòng)總結(jié)法能判斷整機(jī)或部件的異常振動(dòng)，倘若把該振動(dòng)信號(hào)取出后再作頻率分析，就能進(jìn)一步查出異常的原因和位置，這種頻率分析工作可用普通型的振動(dòng)測(cè)量?jī)x和記錄分析儀組合一起來(lái)實(shí)現(xiàn)。通常是先采用測(cè)振儀進(jìn)行振動(dòng)總值的檢測(cè)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)振動(dòng)總值數(shù)據(jù)有較快增大時(shí)，并有接近或超出最大允許界限值的趨向時(shí)就可采用分析儀對(duì)實(shí)測(cè)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻率分析。由于一臺(tái)機(jī)器中各個(gè)零部件具有確定的振動(dòng)頻率，因此做出頻譜圖與其正常譜圖（或稱原始譜）進(jìn)行比較就能較方便地尋找振源，診斷出故障部位和嚴(yán)重程度。當(dāng)頻譜圖上出現(xiàn)新的譜

8、線時(shí)，就要考慮到是否機(jī)器發(fā)生了新的故障。3.以振動(dòng)脈沖測(cè)量法判斷異常振動(dòng)振動(dòng)脈沖測(cè)量法專門用來(lái)對(duì)滾動(dòng)軸承的磨損和損傷的故障診斷。其原理是利用滾動(dòng)軸承失效時(shí)由于滾道產(chǎn)生點(diǎn)蝕、剝落等缺陷使軸承內(nèi)外