第一章 振动基础知识..doc

振动基础知识
一、振动的种类及其特点
各种机器设备在运行中,都不同程度地存在振动,这是运行机械的共性。然而,不同的机器,或同一台机器的不同部位,以及机器在不同的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,这又体现了设备振动的特殊性。我们可以从不同的角度来考察振动问题,常把机械振动分成以下几种类型。
按振动规律分类
按振动的规律,一般将机械振动分为如图2-2几种类型
这种分类,主要是根据振动在时间历程内的变化特征来划分的。大多数机械设备的振
动类型是周期振动,准周期振动,窄带随机振动和宽带随机振动,以及某几种振动类型的组合。一般在起动或停车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。
按产生振动的原因分类
机器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的
振动类型。据此,可将机械振动分为三种类型:
自由振动给系统一定的能量后,系统所产生的振动。若系统无阻尼,则系统
维持等幅振动;若系统有阻尼,则系统为衰减振动。
受迫振动元件或系统的振动是由周期变化的外力作用所引起的,如不平衡、
不对中所引起的振动。
自激振动在没有外力作用下,只是由于系统自身的原因所产生的激励而引起
的振动,如油膜振荡、喘振等。
因机械故障而产生的振动,多属于受迫振动和自激振动。
按振动频率分类
机械振动频率是设备振动诊断中一个十分重要的概念。在各种振动诊断中常常要分析
频率与故障的关系,要分析不同频段振动的特点,因此了解振动频段的划分与振动诊断的关系很有实用意义。按着振动频率的高低,通常把振动分为3种类型:

图2-2 振动按规律分类
这里应当指出,目前对划分频段的界限,尚无严格的规定和统一的标准。不同的行业,或同一行业中对不同的诊断对象,其划分频段的标准都不尽一致,我们在各类文献中可见到多种不同的划分方法。在通常情况下进行现场振动诊断,我们可参照这里介绍的资料使用。
二、振动三要素及其在振动诊断中的应用
机械设备的振动形式是多种多样的,所以从时域上显示的振动波形千姿百态,几乎找不到振动形态完全相同的两个振动。造成这种情况的内在原因,在于决定振动的基本要素不同。
构成一个确定性振动有3个基本要素,即振幅d,频率f 和相位φ。即使在非确定性振动中,有时也包含有确定性振动。振幅、频率、相位,这是振动诊断中经常用到的三个最基本的概念。现在,我们以确定性振动中的简谐振动为例,来说明振动三要素的概念、它们之间的关系经及在振动诊断中的应用。
振幅
简谐振动可以用下面函数式表示:
(2-1)
式中——最大振幅,指振动物体(或质点)在振动过种中偏离平衡位置的最大距离。(在振动参数中有时也称峰峰值或单峰值。2D称为峰峰值、双峰值或简称双幅)(um,或mm
——时间()
——周期,振动质点(或物体)完成一次全振动所需要的时间(s)
——初始相位(rad)
由于可以用角频率表示,即,所以式(2-1)又可写成:
(2-2)
简谐振动的时域图像如图2-3所示。
图2-3 简谐振动的时域图像
振幅不仅用位移,还可以用速度和加速度表示。将简谐振动的位移函数式(2-1)
进行一次微分即得到速度的函数式:
(2-3)
式中——速度最大幅值(mm/s)。
再对速度函数式(2-3)进行一次微分,即得到加速度的函数式:
(2-4)
式中——加速度最大幅值(m/s2)。
从式(2-2)、式(2-3)、式(2-4)可知,速度比位移的相位超前900;加速度比位移的相位超前1800,比速度超前900,参见图2-3。
在这里,必须特别说明一个与振动幅值有关的物理量即速度有效值Vrms, 亦称速度均方根值。这是一个经常用到的振动测量参数。目前许多振动标准都是采用Vrms作为判别参数,因为它最能反映振动的烈度。
对于简谐振动来说,速度的最大幅值VP(峰值)与速度有效值Vrms、速度平均值Vav之间的关系如图2-4所示。
可见,速度有效值是介于幅值和平均值之间的一个参数值。用代数式表示,三者有如下关系:
(2-5)
幅值反映振动的强度,振幅的平方常与物质振动的能量成正比,振动诊断标准都是用振幅来表示的。
频率ƒ
振动物体(或质点)每秒钟振动的次数称为频率,用ƒ表示,单位为Hz。振动频率在
数值上等于周期T的倒数,即:
ƒ= (2-6)
式中——周期,即质咪再现相同振动的最小时间间隔(s或ms)
频率还可以用角频率来表示,即:
ƒ = (2-7)
我国交流电源的频