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振动盘知识

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基本概念和基础知识 一、

常见的工程物理量 力、压力、应力、应变、位移、速度、加速度、转速等 

(一) 力:力是物 体间的相互作用,是一个广义的概念。物体承 受的力可以有加载力, 也可以有动态力,我们常 测试的力主要是动态力,即给结构施加力,激发结构的某些 特性,便于测 试了解其结构特性,如模态试验用的力锤。 

(二) 应力应变:材料或 构件在单位截面上所承受的垂直作用力称为应力。在外力作用 下,单位长 度材料的伸长量或缩短量,称为应变量。在一定的应力范围(弹性形变) 内,材料的 应力与应变量成正比,它们的 比例常数称为弹性模量或弹性系数。 

(三) 振动位移:位移就 是质量块运动的总的距离,也就是 说当质量块振动时,位移就 是质量块上、下运动有多远。位移的单位可以用 ?m 表示。进一步 可以从振动位移的 时间波 形推出振动的速度和加速度值。 1 可以是静态位移,可以是动态位移。通常我 们测试的都是动态位移量。有角位移、线位移 等。 

(四) 振动速度:质量块 在振荡过程中运动快慢的度量。质量块 在运动波形的上部和下 部极限位置时,其速度为 0,这是因 为质量块在这两点处,在它改 变运动方向之前, 必须停下来。质量块 的振动速度在平衡位置处达到最大值,在此点 处质量块已经加速 到最大值,在此点 以后质量块开始减速运动。振动速度的单位是用 mm/s 来表示。 

(五) 振动加速度:被定义 为振动速度的变化率,其单位是用有多少个 m/s2 或 g 来表 示。由下图 可见加速度最大值处是速度值最小值的地方,在这些 点处质量块由减速到 停止然后再开始加速。 

(六) 转速:旋转机械的转动速度 

(七)简谐振 动及振动三要素 振动是一种运动形式――往复运动 2 d=Dsin(2πt/T+Φ ) D――振动的最大值,称为振幅 T――振动周期,完成一 次全振动所需要的时间 f――单位时 间内振动的次数,即周期 的倒数为振动频率, f = 1/T (Hz) (1) 频率 f 又可用角频率来表示,即 ω = 2π/T (rad/s) ω 和 f 的关系为 ω = 2πf f = ω/2π (rad/s) (Hz) (2) (3) 将式(1)(2)(3)代入式可得 、 、 d = Dsin(ωt+Φ )=Dsin(2πft+Φ ) 可以用 正玄或余玄函数描述的振动过程称之为简谐振动 3 振动三要素:振幅 D、频率 f 和相位Φ (八) 、表示振动的参数:位移、速度、加速度 振动位移: d = Dsin ? t D 振动速度: v = D ? cos ? t =Vsin( ? t + V= D ? 振动加速度:a = -D ? 2sin ? t =Asin( ? t +π) A=-D ? 2 (九) 1、 ? ) 2 振动三 要素在工程振动中的意义 振幅 ○ 振幅~物体动 态运动或振动的幅度。 ★ 振幅是 振动强度和能量水平的标志, 是评价 机器运转状态优劣的主要指标。 即“有没有问题看振幅” 。 ○ 峰峰值、单峰值、有效值 振幅的 量值可以表示为峰峰值(pp) 、 单峰值 (p) 有效值 、 (rms) 或平均值 (ap) 。 峰峰值 是整个振动历程的最大值,即正峰 与负峰之间的差值;单峰值是正峰或负峰 的最大值;有效值即均方根值。 ○ 振动位移、振动速度、振动加速度 振幅分别用振动位移、振动速度、振 动加速度值加以描述、度量,三者相 互之间可以通过微分或积分进行换算。在振动测量中, 除特别注明外,习惯上: 4 ○ 振动位 移的量值为峰峰值,单位是微米[μm]或毫米 [mm]; ○ 振动速 度的量值为有效值(均方根值) ,单位是毫米/秒[mm/s]; ○ 振动加速度 的量值是单峰值,单位是米/秒平方 [m/s2]或重力加速度 [g],1[g] = 9.81[m/s2]。 ○ 峰峰值、有效值、单峰值 三者之间的量值关系 单峰值=峰峰值/2, 有效值=0.707 峰峰值(峰峰值=1.414 有效值) 平均值=0.637 峰峰值, 平均值应用较少。 △ 在低频范围内,振动强 度与位移成正比; △ 在中频范围内,振动强 度与速度成正比; △ 在高频范围内,振动强 度与加速度成正比。 频率低意味着振动体在单位时 间内振动的次数少、过程时间长,速度、加速度的数值 相对较小,因此振 动位移能够更清晰地反映出振动强度的大小;而频率高,意味着振动 次数多、过程短,速度、尤其是 加速度的数值及变化量大,因此振 动强度与振动加速度 成正比。 △ 振动位 移反映了振动距离(间隙)的大小,振动速 度反映了振动能量的大小,振动 加速度 反映了振动冲击力的大小。 在实际应用中: △ 大型旋 转机械的振动用装在轴承座上的涡流式位移传感器来测量转子(轴)的振动, 用振动位移的峰峰值[μm]表示; △ 一般转 动设备的振动用速度传感器、 如今主 要是加速度传感器在壳体上靠近轴承处来 测量,用振动速度的有效值[mm/s]表示; △ 齿轮的 振动用加速度传感器在壳体上测量,用振动 加速度的单峰值[m/s2]或[g]表示, 或用振 动速度的有效值[mm/s]表示。 2、频率 ○ 频率 f ~物体每 秒钟振动循环的次数,单位是赫兹 [Hz]。 ★ 频率是 振动特性的标志,是分析 振动原因的重要依据。 即“有没有问题看振幅,什么问题看频率” 。 ○ 周期 T 是物体 完成一个振动过程所需要的时间,单位是秒 [s] 。例如一个单摆,它的 周期就 是重锤从左运动到右,再从右 运动回左边起点所需要的时间。 频率与周期互为倒数,f=1/T。 对旋转机械来说,转子每 旋转一周就是完成了一个振动过程,为一个周期,或者说振动 循环变化了一次。因此转速 n、角速度 ω 都可以看作频率,称为旋转频率、转速频率、圆频 率,或 n、ω、f 不分,都直接简称为频率,它们之 间的换算关系为:f = n/60,ω=2πf= 5 2πn/60≈0.1n,其中转速 n 的单位为转/分钟[r/min],角速度 ω 的单位为弧度/秒[rad/s]。 ○ 倍频、一倍频、二倍频、0.5 倍频、工频、基频、转频 许多振 动往往与转速相关,因此振 动频率也可以用转速频率的倍数来表示。 倍频就 是用转速频率的倍数来表示的振动频率。 如果振 动频率为机器实际运行转速频率的一倍、二倍、三倍、0.5 倍、0.43 倍、?时,则 称为一倍频 (习惯上又称为 1X, 1× 、 或 ) 二倍频 (2X、 ) 三倍频 2× 、 (3X、 ) 0.5 倍频 3× 、 (0.5X、 0.5× 、0.43 倍频(0.43X、0.43× 、?等。其中,一倍频,即实际 运行转速频率又称为工频、 ) ) 转频、基频,0.5 倍频又称为半频。 例如,某机器 的实际运行转速 n 为 6000 r/min,那么,转速频率=n/60=6000/60=100Hz,其工频为 100Hz,二倍频为 200Hz,半频为 50Hz。 3、相位 ○ 相位~给定时 刻振动体被测点相对于固定参考点的角位置,单位是度〔° 〕进一步的理解 后续再介绍。 (十) 波形与频谱的关系 FFT 变换原理 6 FFT 变换示意图 二 振动测量用传感器 如何检 测到振动信号呢?测试系 统采集的都是电压信号,如何将 物理量转换为电量呢? 这就需 要各种类型的传感器。 

1、 传感器作用:传感器 就是将被测物量的变化转换成电信号的转换器。 

2、 传感器分类:传感器 根据被测物量的不同分为:温度传感器、压力传感器、力 传感器、应变计、振动传感器(位移传感器、速度传感器、加速度传感器) 、转速传感器以及 噪声传感器等;

 3、 传感器常用技术指标: 最常用的指标:灵敏度:传感器 将物理量转换成电量后,我们测到的是电压,如 何知道 真实物理量变化了多少呢?这就是 传感器的灵敏度指标要告诉我们的。灵敏 度就是 单位物理量变化产生的电量大小。 如位移 传感器灵敏度指标: 7.87mv/um。 单 位:V/EU

 4、 电涡流式位移传感器 外形图 7 用于测量轴的振动。 灵敏度:200mv/mil=7.87mv/μ m≈8 mv 5、 电动式速度传感器 用于测 量轴承座的振动速度。 灵敏度:500mv/in/s = 19.6mv/mm/s 8 6、 压电式加速度传感器 灵敏度: 25mv/g Bently 公司标准型 三、 振动标准 △ 振动评价 评价设 备运行状态是否正常、有无发生故障,除查看转速、流量、压力、温度、电流等 运行参数外,主要是 看设备的振动状况,看振幅值的大小。 ○ 振动烈度 振动烈 度是振动标准中的通用术语,是描述 一台机器振动能量状态的特征量。在国内外 振动标准中,几乎都 规定振动烈度的度量值为振动速度的有效值。因此,可以认为振动烈度 就是振 动速度的有效值。 由于只 有振动烈度才有振动标准可以参照(大机组不完全如此) ,评价机 器运转状态的优 劣时才 能做到有据可依。所以在 对一般旋转机械进行振动检测时,应测量 振动速度的有效值 (而不是振动位移) ,并要求 在靠近轴承位置处的水平、垂直、轴向三 个方向上都进行测量, 最后取 最大值作为振动烈度。 烈度标准 9 10 11

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