振动分析基础知识
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振动基础必学知识点
以下是振动基础必学的知识点:
1. 振动的定义:振动是物体围绕某个平衡位置来回周期性地运动。
2. 振动的周期和频率:振动的周期是振动一个完整循环所需要的时间,单位是秒;频率是单位时间内振动的次数,单位是赫兹。
它们之间有
以下关系:频率 = 1/周期。
3. 振动的幅度:振动的幅度是指物体离开平衡位置的最大距离。
4. 简谐振动:简谐振动是指物体在没有阻力的情况下,围绕平衡位置
做匀速往复运动的振动。
简谐振动的特点是周期恒定、频率固定且幅
度不断变化。
5. 谐振:谐振是指当外力作用频率与物体固有频率相同时,物体容易
发生共振现象,振幅会明显增大的现象。
6. 弹簧振子:弹簧振子是指一个质点通过与弹簧连接,形成一个可以
进行振动的系统。
弹簧振子的运动方程可以用简谐振动的方程表示。
7. 摆钟:摆钟是指一个由质点与一个固定的绳或杆连接,形成可以进
行振动的系统。
摆钟的运动方程可以用简谐振动的方程表示。
8. 声音的传播和振动:声音是由物体的振动引起的机械波。
声音的传
播需要介质的存在,并且介质中的分子通过相互振动来传递能量。
9. 波动的特征:波动的特征包括传播速度、波长、频率和振幅。
10. 波的类型:根据波动传播介质的性质,波可以分为机械波和电磁波两种类型。
以上是振动基础必学的知识点,掌握这些知识可以帮助理解振动和波动以及它们在不同物理现象中的应用。
振动分析1. 引言振动分析是一种研究和分析物体振动行为的方法。
振动是指物体在固有频率下的周期性运动。
振动分析可以应用于各个领域,如工程、物理学、机械等,以帮助我们理解和掌握物体的振动特性。
本文将介绍振动分析的基本概念、方法和应用。
2. 振动分析方法2.1 自由振动自由振动是指物体在无外力作用下以自身固有频率振动的现象。
自由振动可以用简谐振动模型来描述。
简谐振动是指物体在恢复力作用下按正弦或余弦函数的规律周期性振动。
2.2 强迫振动强迫振动是指物体在外力作用下振动的现象。
外力作用会改变物体原来的振动特性,使振动频率改变。
强迫振动可以通过叠加法和复合振动模型来描述。
2.3 阻尼振动阻尼振动是指物体在有耗散力的情况下振动的现象。
耗散力会使振动逐渐减弱,最终停止。
阻尼振动可以通过阻尼振动模型来描述。
2.4 频域分析频域分析是指将振动信号转换到频域进行分析的方法。
频域分析可以通过傅里叶变换将时域信号转换成频谱图,以研究振动信号中的频率成分和幅度。
频域分析常用于诊断和解决振动问题。
2.5 时域分析时域分析是指在时间轴上分析振动信号的方法。
时域分析可以通过绘制波形图、自相关函数和互相关函数来分析振动信号中的时间特性。
时域分析常用于振动信号的处理和特征提取。
2.6 模态分析模态分析是指通过确定物体的振动模态和固有频率来分析其振动特性的方法。
模态分析可以通过模态测试和有限元法进行,以确定物体的振动模态和模态参数。
模态分析可以帮助我们了解和设计物体的振动特性。
3. 振动分析应用振动分析在各个领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的振动分析应用:3.1 结构健康监测振动分析可以用于结构健康监测,以检测和评估结构的损伤和变形情况。
例如在桥梁和建筑物中安装振动传感器,通过实时监测结构的振动信号,可以及时发现和诊断可能存在的结构问题。
3.2 故障诊断振动分析可以用于故障诊断,以检测和诊断机械设备的故障和异常情况。
通过分析机械设备的振动信号,可以判断是否存在轴承故障、不平衡、松动等问题,从而进行及时维修和更换。
振动知识点总结一、振动的基本概念振动是指物体或系统在围绕某一平衡位置或状态发生往复移动的现象。
振动是一种常见的物理现象,几乎存在于自然界的各个领域,比如机械系统、电气系统、声学系统、光学系统等。
振动的基本特征包括振幅、周期、频率、相位等。
1. 振幅(Amplitude)是指在振动过程中物体偏离平衡位置的最大距离,通常用A表示。
振幅越大,振动的幅度越大。
2. 周期(Period)是指振动完成一个完整的往复运动所需的时间,通常用T表示。
周期与频率有倒数关系,即T=1/f。
3. 频率(Frequency)是指单位时间内振动完成的往复运动次数,通常用f表示。
频率与周期有倒数关系,即f=1/T。
4. 相位(Phase)是指在振动过程中某一时刻相对于参考位置的偏移角度。
相位可以用角度或弧度表示。
振动的种类有很多,基本可以分为自由振动、受迫振动和阻尼振动。
二、自由振动自由振动是指物体在不受外力作用的情况下,由于初位移或初速度引起的振动。
自由振动的特点是振幅大小不受外界影响,周期和频率由系统固有的物理参数决定。
自由振动的系统通常可以用简谐振动模型描述。
1. 简谐振动简谐振动是指物体沿着直线或围绕平衡位置作简谐往复运动的现象。
简谐振动的特点包括振动物体的加速度与位移成正比,加速度与位移的方向相反,振动物体的速度与位移成正弦关系。
简谐振动的运动方程可以用以下公式表示:x(t) = A*cos(ωt+φ)其中,x(t)表示位移与时间的函数关系,A表示振幅,ω表示角频率,φ表示初始相位。
2. 振幅与能量在简谐振动中,振幅和能量之间存在一定的关系。
振动系统的总能量等于势能和动能之和,在振动过程中,势能和动能不断转化,但总能量保持不变。
振动系统的总能量与振幅的平方成正比,即E=1/2*k*A^2,其中E表示总能量,k表示振动系统的刚度,A表示振幅。
3. 振动的衰减在现实中,自由振动的系统往往受到阻尼和摩擦的影响,导致振动幅度逐渐减小。
振动学知识点总结振动学知识点总结如下:一、振动的基本概念1. 振动的定义:指物体在某一平衡位置附近作来回运动的现象。
2. 振幅:振动物体在做往复运动时,离开平衡位置的最远距离。
3. 周期:振动物体完成一个完整的往复运动所需要的时间。
4. 频率:振动物体每秒钟完成的往复运动次数。
5. 相位:描述振动物体在振动周期中的位置关系。
二、单自由度振动系统1. 单自由度振动系统的概念:由一个自由度由一个自由度运动的质点和它的运动机构构成。
2. 自由振动:指单自由度振动系统在没有外力作用下的振动。
3. 阻尼振动:指单自由度振动系统的振动受到阻尼力的影响。
4. 强迫振动:指单自由度振动系统受到外力作用的振动。
三、非线性振动1. 非线性振动的概念:指振动系统的振动特性不满足线性振动方程的振动现象。
2. 非线性系统的分类:按系统的非线性特征分为几何非线性、材料非线性和边界非线性等。
3. 非线性振动的分析方法:包括解析法和数值法等。
四、多自由度振动系统1. 多自由度振动系统的概念:由多个自由度组成的振动系统。
2. 自由振动:指多自由度振动系统在没有外力作用下的振动。
3. 阻尼振动:指多自由度振动系统的振动受到阻尼力的影响。
4. 特征值问题:多自由度振动系统的固有振动特征。
5. 模态分析:多自由度振动系统振动特征的分析方法。
五、控制振动1. 振动控制的目的:减小系统振动、防止系统振动引起的损伤。
2. 主动振动控制:通过主动装置对系统进行振动控制。
3. 被动振动控制:通过被动装置对系统进行振动控制。
4. 半主动振动控制:融合了主动和被动振动控制的特点。
六、振动信号与分析1. 振动信号的特点:包括时间域特征、频域特征和相位特征等。
2. 振动信号采集与处理:使用传感器采集振动信号,并通过信号处理方法对其进行分析。
3. 振动分析方法:包括频谱分析、波形分析、振动模态分析和振动信号诊断分析等。
七、振动与工程应用1. 振动在机械领域的应用:包括减振、振动吸收、振动监测及振动诊断等。
振动学知识点归纳总结1. 振动的基本概念振动是指物体在一定时间内来回或往复运动的现象。
振动可以是机械系统、电磁场系统、声场系统以及量子力学中的原子和分子系统等特有的运动形式。
振动的基本要素包括振幅、周期、频率和相位,它们分别代表着振动的振幅大小、周期的长度、振动的频率以及相位的大小。
振动还可表现为往复振动、旋转振动和波动等形式。
2. 自由振动自由振动是指物体在受到外力作用之后,不再受到外力的干扰而自行振动的过程。
对于线性弹簧振子系统而言,自由振动的周期与该系统的质量、弹簧的刚度和振幅有关,产生自由振动的物体称为振动体。
3. 受迫振动受迫振动是指振动体受到外力作用时的振动过程。
当振动体受到强迫振动时,它会与外力同频振动,当频率接近振动体的固有频率时,振动体可能产生共振现象。
4. 谐振动谐振动是指振动体在受到外力作用时,如果外力的频率与振动体的固有频率相等或接近,振动体便会产生谐振现象,即振幅较大,这一现象在机械工程、电子电路、音响等领域有着广泛的应用。
5. 阻尼振动阻尼振动是指振动体在振动过程中受到阻尼力的作用,通过与外界环境的摩擦力相互作用,使振动体逐渐减弱、停止振动并回到平衡位置的过程。
阻尼振动可分为欠阻尼振动、临界阻尼振动和过阻尼振动三种情况。
6. 共振现象共振是指振动体在受到频率相同或接近的外力作用时,振幅急剧增大的现象。
共振现象广泛存在于物理、工程、地震学和生物学等领域,如桥梁共振振动、建筑结构共振破坏、音乐乐器共鸣等。
7. 振动的能量振动体在振动过程中的能量变化主要包括动能和势能的转换。
在自由振动中,当振动体距离均衡位置最远时,动能最大,势能最小;当振动体通过均衡位置时,动能最小,势能最大。
振动的能量守恒定律形成了机械振动中的一个重要原理。
8. 振动的控制与应用振动的控制手段包括消除外力、减小振幅、增大阻尼和改变系统的固有频率等方法。
振动学在工程、航空航天、地震学、声学和生物学等领域都具有重要的应用价值,如利用振动传感器检测机械故障、利用振动分析技术改善建筑结构的抗震性能、利用谐振技术改善声音品质等。
振动分析引言振动分析是研究物体在受到外力作用时产生的振动现象的科学研究领域。
振动分析被广泛应用于各个领域,包括机械工程、土木工程、航空航天工程等等。
在这篇文档中,我们将介绍振动分析的基本概念、方法以及在工程实践中的应用。
振动的基本概念振动是物体在受到外力作用时以一定频率来回运动的现象。
在振动分析中,我们通常关注以下几个重要概念:1.振动周期(周期T):振动一次所经过的时间。
2.振动频率(频率f):单位时间内振动的次数。
3.振幅(A):振动的最大偏离距离。
4.相位(φ):反映振动的相对位置。
这些概念可以用数学公式来表示,如下所示:T = 1 / ff = 1 / T其中,T表示周期,f表示频率。
振动分析的方法振动分析的方法多种多样,常见的方法包括:1.频率域分析:将信号变换到频域,通过分析信号的频谱特征来研究振动的性质。
2.时域分析:对信号在时间上的变化进行分析,包括振动的周期、振幅、相位等。
3.模态分析:研究物体的固有振动特性,包括固有频率、固有振型等。
不同的方法适用于不同的振动分析需求。
例如,频率域分析适用于研究多频振动、共振等问题;时域分析适用于研究瞬态振动、时变振动等问题;模态分析适用于研究结构动力学问题。
振动分析的应用振动分析在工程实践中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域:1.机械工程:在机械系统中,振动分析可以用于判断设备的正常运行状态、诊断故障、优化设计等。
例如,在发动机振动分析中,可以通过监测振动信号来判断发动机的工作状态以及是否存在异常情况。
2.土木工程:在建筑结构中,振动分析可以用于评估结构的稳定性和安全性。
例如,在地震工程中,可以通过振动分析来评估建筑物在地震中的响应情况,从而指导抗震设计。
3.航空航天工程:在飞行器设计中,振动分析可以用于评估飞行器的结构可靠性、减轻重量、提高性能等。
例如,在航空发动机设计中,振动分析可以用于预测叶片振动情况,从而进行结构优化。
除了以上的应用领域,振动分析还被广泛应用于汽车工程、电力工程、电子工程等领域。
振动学知识点总结归纳一、振动学基础知识1.1 振动的基本概念振动是物体在某一平衡位置附近来回作周期性运动的现象。
当物体在平衡位置周围出现微小偏离时,物体受到恢复力的作用,使其朝着平衡位置运动,从而形成振动。
1.2 振动的分类振动可分为自由振动和受迫振动。
自由振动是指物体在没有外力作用下的振动,而受迫振动是指物体受到外力作用下的振动。
1.3 振动的描述振动可以通过振幅、周期、频率等指标进行描述。
振幅是指振动过程中物体偏离平衡位置的最大距离,周期是指物体完成一次完整振动所需的时间,频率是指单位时间内振动的次数。
1.4 振动的动力学方程物体在振动过程中受到恢复力和阻尼力的作用,可以通过动力学方程进行描述。
动力学方程可以用来描述物体的振动规律,求解物体的振动响应。
二、单自由度系统2.1 单自由度系统的基本模型单自由度系统是指只有一个自由度可以发生振动的系统,它是振动学研究的基本模型之一。
单自由度系统的受力分析和振动方程可以通过牛顿定律和动能定理进行推导。
2.2 单自由度系统的自由振动单自由度系统在没有外力作用下的振动是自由振动,它可以通过解振动方程得到振动的时间变化规律。
自由振动的特点是振幅不变,频率固定。
2.3 单自由度系统的受迫振动单自由度系统受到外力作用时会发生受迫振动,外力的作用使得系统产生特定的振动响应。
受迫振动可以通过傅立叶分析和频谱分析进行研究,得到系统的振动响应特性。
2.4 单自由度系统的阻尼振动单自由度系统在振动过程中会受到阻尼力的作用,阻尼振动是指系统在振动过程中能量不断减少的现象。
阻尼振动的特点是振幅逐渐减小,频率不变。
2.5 单自由度系统的参数对振动的影响单自由度系统的质量、刚度和阻尼等参数对振动的影响是振动学研究的重要内容。
通过改变系统的参数,可以调控系统的振动特性,实现对系统振动的控制和优化。
三、多自由度系统3.1 多自由度系统的基本概念多自由度系统是指具有多个自由度可以发生振动的系统,它是振动学研究的扩展和深化。
振动测量分析基础知识振动测量分析是指对物体振动特性进行测量和分析的过程,常用于工程领域的振动分析、故障诊断和结构健康监测。
在进行振动测量分析时,需要掌握一些基础知识,包括振动的基本概念、振动测量的方法、振动信号的分析与处理等。
一、振动的基本概念1.振动:物体围绕其中一位置或平衡位置作往复或周期性运动的现象。
2.振动的主要参数:振幅、周期、频率、相位和相位差。
3.振动的分类:自由振动和受迫振动,以及简谐振动和非简谐振动。
二、振动测量的方法1.直接法:通过直接接触目标物体或其附近的测点,使用传感器实时测量振动信号。
常用的传感器有加速度计、位移传感器和速度计等。
2.非接触法:通过无线传感技术、光学传感技术或红外线传感技术等,对远离目标物体的振动信号进行测量。
常用的传感器有激光测振仪、红外线摄像机和毫米波雷达等。
3.振动传感网络:通过多个传感器分布在目标物体上,实现多点同时测量和数据采集,进行全局振动监测和分析。
三、振动信号的分析与处理1.时域分析:通过对振动信号的波形进行观察和分析,得到信号的振幅、周期、频率以及时间变化规律。
2.频域分析:将时域信号转换为频域信号,通过傅里叶变换等方法,得到信号的频率成分和能量分布,可进行频谱分析和频率响应分析。
3.相位分析:通过测量不同测点的相位差,可以获得信号的相位关系和振动传播速度。
4.整频带法:对振动信号进行整个频率范围的分析,用于诊断和评估整个系统的振动特性。
5.专频法:对振动信号在特定频率范围内的分析,用于更精确地检测特定故障或异常情况。
振动测量分析在工程领域有着广泛的应用,例如在机械设备的故障诊断中,可以通过振动信号的分析来判断设备的健康状况和故障原因;在建筑物结构健康监测中,可以通过振动传感器对结构的振动参数进行实时监测,预防和诊断结构损伤等。
随着传感器技术和信号处理算法的不断发展,振动测量分析的精度和应用范围也在不断扩大,对振动的研究和应用产生了积极的推动作用。
振动基础知识点总结一、基础概念1. 振动的定义振动是指物体相对固定位置或平衡位置的周期性运动。
当物体相对于平衡位置发生周期性移动时,我们就称其为振动。
在自然界和日常生活中,我们可以观察到很多不同形式的振动,比如弹簧的拉伸振动、弦的横向振动、机械系统的转子振动等。
2. 振动的分类振动可以根据其运动形式、引起振动的原因、系统的特性等多种方式进行分类。
常见的分类方式包括:- 按运动形式可分为直线振动、旋转振动和复合振动;- 按引起振动的原因可分为自由振动、受迫振动和阻尼振动;- 按系统的特性可分为单自由度振动和多自由度振动等。
3. 振动的基本参数在描述振动时,常用的基本参数包括振幅、周期、频率、角频率、相位等。
这些参数描述了振动的幅度、速度和相位关系,是分析和描述振动运动特性的重要工具。
二、自由振动1. 自由振动概念自由振动是指系统在没有外力作用下的振动运动。
在自由振动的过程中,系统的振幅会随着时间不断变化,最终趋于稳定。
自由振动的运动方程一般为二阶线性微分方程,解析求解需要用到振动的基本理论知识。
2. 自由振动的特性自由振动的特性主要包括振动频率、振幅和相位。
对于简谐振动系统,其振动频率和振幅与系统的质量、刚度和阻尼相关。
而相位描述了系统中各个振动部件之间的相对位置关系。
3. 自由振动的应用自由振动的应用非常广泛,比如桥梁的结构振动、地震的振动运动、建筑物的自由振动等。
通过对自由振动的分析,可以评估结构的稳定性和安全性,为工程设计和地震防护提供重要参考。
三、受迫振动1. 受迫振动概念受迫振动是指系统在外部周期性力作用下的振动运动。
在受迫振动的过程中,系统受到外部力的影响,振动的频率和振幅会受到外部力的调控,产生共振等现象。
2. 受迫振动的特性受迫振动的特性与外部激励力的频率和幅度有关。
当外部激励力的频率接近系统的固有频率时,系统会产生共振现象,振动幅度会急剧增大。
另外,受迫振动也与系统的阻尼特性相关,阻尼会削弱系统的受迫振动响应。
振动基础知识分析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µm 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。
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 (rad/s)(2)f =ω/2π(Hz)(3)将式(1)、(2)、(3)代⼊式可得d =D sin(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 = DsinωtDπ)振动速度:v = Dωcosωt =Vsin(ωt +2V= Dω振动加速度:a = -Dω2sinωt =Asin(ωt +π)A=-Dω2(九)振动三要素在⼯程振动中的意义1、振幅○振幅~物体动态运动或振动的幅度。
振动分析师培训课件Contents目录•振动分析概述•振动分析基础知识•振动分析技术•振动分析案例•振动分析软件与工具•振动分析师的职业发展与认证01定义高效的运行。
目的振动分析的定义和目的振动信号的测量振动信号的分析振动模型的建立振动预测和控制01020304通过传感器测量振动信号,如加速度、速度和位移等。
对测量得到的振动信号进行分析,包括时域分析和频域分析。
根据实际系统的结构和动力学特性,建立振动模型,如线性模型和非线性模型。
基于建立的模型和实际测量得到的信号,预测和控制系统的振动性能。
02振动系统的分类线性系统是指其输出响应与输入激励成正比的系统,如弹簧-质量-阻尼器系统。
非线性系统是指其输出响应与输入激励不成正比的系统,如摩擦力、磁滞等。
时变系统是指系统的参数随时间变化的系统,如受温度影响的弹性模量。
随机系统是指其输出响应具有随机性质的系统,如地震、海浪等。
线性系统非线性系统时变系统随机系统时域分析频域分析时频分析特征提取振动信号的描述和分析方法时频分析是同时考虑时间和频率特性的分析方法,如短时傅里叶变换、小波变换等。
特征提取是从振动信号中提取出能够反映系统特性的参数或指标的方法,如频率、幅值、相位等。
传感器数据采集器是用来采集和记录振动信号的设备,如示波器、数据采集卡等。
数据采集器激振器抗干扰技术是用来减小测量误差和干扰的影响,如信号调理、滤波等。
抗干扰技术振动测试设备与测量技术03通过时域波形图,可以观察到振动信号随时间的变化情况,了解振动的幅值和趋势。
时域波形图峰值检测平均值计算峰值检测是时域分析中的重要手段,通过检测信号中的峰值,可以了解振动信号的最大值和最小值。
平均值计算是评估振动信号总体“平均”水平的重要方法,通常用于评估设备的平均运行状态。
030201频谱分析障和异常。
频谱图频率成分的信号。
滤波器设计模态振型通过模态分析,可以识别出结构的模态类型和模态参数,为结构的动态特性和稳定性分析提供依据。
振动知识点总结简洁易懂一、振动的基本概念振动是指物体在某一平衡位置附近以一定频率来回摆动的运动形式。
物体在振动过程中会不断地改变位置,即从平衡位置到最大位移再到平衡位置,然后又达到最大位移再到平衡位置再往复循环。
振动可以是机械振动,也可以是电磁振动,是一种常见的自然现象。
二、振动的分类1.按照振动形式的特点,可以分为简谐振动和非简谐振动。
简谐振动是指物体在振动过程中,其位移与时间的关系呈正弦函数规律变化,振动的周期性较强;而非简谐振动则是指物体在振动过程中,其位移与时间的关系不一定呈正弦函数规律变化,振动的周期性较弱。
2.按照振动形式的不同,可以分为机械振动和电磁振动。
机械振动是指物体在外力作用下产生的振动,比如弹簧振子、摆锤振动等;而电磁振动则是指电磁场中电荷的振动,比如天线的振动、电磁波的传播等。
3.按照振动的自由度,可以分为一维振动、二维振动和三维振动。
一维振动是指物体在振动过程中只能向一个方向运动,比如弹簧振子;二维振动是指物体在振动过程中能够向平面内的两个方向运动,比如摆锤振动;三维振动则是指物体在振动过程中能够在空间内的三个方向上同时运动,比如球形振子。
三、振动的基本规律1.振动的标准形式是正弦函数。
物体在振动过程中,其位移与时间的关系一般可以用正弦函数来表示:y=A*sin(ωt+ϕ),其中y表示位移,A表示振幅,ω表示角频率,t表示时间,ϕ表示初相位。
2.振动的频率与周期的关系。
振动的频率是指单位时间内振动的次数,用f来表示,单位是赫兹(Hz);而振动的周期是指完成一个完整振动所需的时间,用T来表示,与频率的关系可以用公式f=1/T来表示。
3.振动的能量转换。
在振动过程中,物体的动能和势能不断地相互转化。
当物体位移最大时,动能最大、势能最小;当物体经过平衡位置时,动能为零、势能最大。
因此,振动系统的能量守恒。
四、振动的参数与特性1.振幅是振动的一个重要参数,是指物体在振动过程中离开平衡位置的最大位移。
旋转机械振动分析基础
汽轮机、发电机、燃气轮机、压缩机、风机、泵等都属于旋转机械,是电力、石化和冶金等行业的关键设备。
这些设备出现故障后,大多会带来严重的经济损失。
振动在设备故障中占了很大比重,是影响设备安全、稳定运行的重要因素。
振动又是设备的“体温计”,直接反映了设备健康状况,是设备安全评估的重要指标。
一台机组正常运行时,其振动值和振动变化值都应该比较小。
一旦机组振动值变大,或振动变得不稳定,都说明设备出现了一定程度的故障。
振动对机组安全、稳定运行的危害主要表现在:
(1)振动过大将会导致轴承乌金疲劳损坏。
(2)过大振动将会造成通流部分磨损,严重时将会导致大轴弯曲。
统计数据表明,汽轮发电机组60%以上的大轴弯曲事故就是由于摩擦引起的。
(3)振动过大还将使部件承受大幅交变应力,容易造成转子、联结螺栓、管道、地基等的损坏。
正因为振动对设备安全运行相当重要,人们对振动问题都很重视。
目前大型机组上普遍安装了振动监测系统,并将振动信号投了保护。
振动超标时,保护动作,机组自动停机,从而保证设备的绝对安全。
一、振动分析基本概念
振动是一个动态量。
图所示是一种简单的振动形式-简谐振动,即振动量按余弦(或正弦)函数规律周期性地变化,幅值反映了振动大小;频率反映了振动量动态变化的快慢程度;相位反映了信号在t=0时刻的初始状态。
可见,为了完全描述一个振动信号,必须同时知道幅值、频率和相位这三个参数,人们称之为振动分析的三要素。
振动是一个动态变化量。
为了突出反映交变量的影响,振动监测时常取波形中正、负峰值的差值作为振动幅值,又称为峰峰值。
简谐振动是一种简单的振动形式,实际机组上发生的振动比简谐振动要复杂得多。
不管振动多么复杂,由信号分析理论可知,都可以将其分解为若干具有不同频率、幅值和相位的简谐分量的合成。
旋转机械振动分析离不开转速,为了方便和直观起见,
常以1x 表示与转动频率相等的频率,又称为工(基)频;以0.5x、2x、3x 等表示与转动频率的0.5 倍、2 倍和3 倍等相等的频率,又称为半频、二倍频、三倍频。
采用信号分析理论中的快速傅立叶变换(FFT)可以快速、方便地求出复杂振动信号中所含频率分量的幅值和相位。
该过程称为频谱分析,并已成为振动故障分析领域᳔基本和常用的工具。
频谱分析所起的作用可以概括为以下两点:
(1)不同故障所对应的频率不同。
例如:转子不平衡故障的频率为工频,汽流激振和油膜振荡等故障的频率为低频,电磁激振等故障的频率为高频等。
频率特征是故障判断的必要条件。
某种故障必然具备相应的频率特征。
因此,根据频谱分析结果可以对故障性质作一个初步、定性判断。
本书第3~5 章将详细介绍每一种故障的频率特征。
(2)多种故障的频率特征具有很强的相似性,频率特征并不是故障判断的充分条件。
例如,热变形、不平衡、共振、刚度不足、摩擦等故障的特征频率都是工频,仅根据频率特征无法将故障原因进一步定量细化。
为了能确诊故障原因,振动分析必须结合过程参数和相关试验数据进行,突出相似故障之间的微小差别。
二、振动位移、速度和加速度
除了振动位移外,振动分析时还经常用到振动速度和加
速度。
将位移信号对时间求一次和两次导数,可以分别得到振动速度和加速度;反之,对振动加速度信号进行一次和二次积分可以分别得到速度和位移信号。
(1)振动位移、速度和加速度信号的频率相同。
不管采用何种表示方式,故障性质不会变化,都可以用于振动监测。
三种方式在旋转机械振动分析中都有广泛应用。
(2)在相同位移幅值下,频率越高,振动所产生的交变应力越大,对设备的危害也越大。
因此,故障频率越高,位移幅值应该控制得越严格。
对于旋转机械而言,转速越高,振动标准越严。
(3)振动速度(或加速度)幅值是振动位移和频率(或频率平方)的乘积,幅值中同时反映了振动频率和位移幅值的影响,较单纯的振动位移幅值更全面。
(4)振动加速度相位超前振动速度相位90o,振动速度相位又超前振动位移相位90o。
采用不同表示方式时,必须考虑相互之间的相位差。
(5)值得指出的是,同一种故障在振动位移、速度和加速度频谱中表现出来的故障特征不完全相同。
于高频振动故障,为了在故障的早期能够比较明显地反映出振动变化,采用振动速度或加速度监测比较有效。
对于低频振动故障,监测振动位移更能够突出反映振动变化。
(6)振动位移、速度和加速度之间可以相互转换。
虽然将位移信号对时间求导可以得到速度信号和加速度信号,但是由于求导过程中误差有可能会放大,实际上很少进行这样的转换。
信号积分过程中误差是收敛的,因此,目前采用得比较多的是由加速度或速度信号积分求出位移信号。
一些采用加速度传感器的振动仪表,可以通过积分同时测量出振动加速度、速度和位移值。
三、旋转机械振动标准
振动直接影响到大型旋转机械的安全、稳定运行。
目前,大型旋转机械振动评定尺度主要有轴承座振动位移、轴承
座振动烈度和轴径向位移三种。
(一)、轴承座振动
轴承座振动,又称为轴承振动或瓦振,它是以轴承座垂直、水平和轴向三个方向中的最大振动为评定依据。
振动位移和振动烈度是轴承座振动监测所主要采用的两个尺度。
1、轴承座振动位移
表3 给出了我国《电力工业技术管理法规》中给出的汽轮发电机组轴承振动标准。
该标准以轴承振动位移信号峰峰值为尺度,在我国电力行业得到了广泛应用,是汽轮发电机组轴承座振动评判的主要依据。
表3 汽轮发电机组轴承振动标准(单位:μm)
2、轴承振动烈度
振动速度幅值同时反映了振动位移幅值和频率的影响,因此又称为振动烈度。
对于高频振动或冲击型振动,监测振动烈度比振动位移更为有效。
支承刚度对轴承振动的影响很大。
相同激励力下,支承刚度越小,轴承振动越大。
因此,轴承振动烈度评定时,针对刚性支承和柔性支承给出了不同标准。
刚性支撑通常
指的是支撑系统固有频率高于激振力频率,柔性支撑通常指的是支撑系统固有频率低于激振力频率。
ISO10816:1996 规定:如在测量方向上机器与支撑系统组合的᳔低自振频率至少大于主激振频率(大多数情况下为旋转频率)25%,则支撑系统在该方向上可看作刚性支撑,其它支撑系统都可看作柔性支撑。
例如:大型电动机、泵和小型汽轮发电机组一般是刚性支承,大型汽轮发电机组部分轴承座则采用柔性支承。
某些情况下,支撑部件可能在某一测量方向上为刚性,而在其它方向上为柔性。
(二)、转轴振动标准
轴承座振动并不能完全反映转轴在轴瓦内的振动(轴振)。
轴承振动和轴振的比值与轴承支承刚度有关。
激振力一定时,支承刚度越大,轴承座振动越小,轴振越大。
即使在不大的轴承振动下,转轴仍有可能存在较大的相对振动。
转轴振动过大,可能使轴承乌金疲劳损坏并导致动、静部件碰磨。
振动评定标准中应充分考虑该因素。
为弥补轴承振动不能全面反映转轴振动的不足,大型旋转机械一般考虑以转轴振动作为机组振动状态评定标准的尺度。
大型汽轮发电机轴振标准(峰峰值,GB/T 11348.2-1997)
μm
四、大唐集团转动设备振动标准
1轴承振动标准:
μm
1.1以振幅为标准(峰值pp)
表中:当轴承振幅大于B而小于C时,不发报警,但应设法消除。
1.2以振动烈度为标准(有效值rms)
表中
A—新投产机器应达到标准
B—机器可以长期运行
C—机器尚可短期运行,但必须采取补救措施
D—停机,不允许运行
2转轴振动标准
注:(1)具体机组的振动限值应根据机组设计、长期运行特点确定后,由厂总工程师批准后执行;
(2)按两个互成90°的传感器的大值考核;
(3)相对轴振增减超过40μm 或绝对轴振增减超过50μm 时应报警;
(4)新投产机组的轴振水平应在(A)以内;
3机组通过临界转速的振动标准
3.1轴承振动:合格值50μm 打闸值l00μm
3.2转轴振动:
(1)相对轴振:合格值80μm 打闸值260μm
(2)绝对轴振:合格值100μm 打闸值320μm 4机组起动过程中,在中速暖机之前,轴承振动超过30μm或轴振动超过100μm立即打闸停机;通过临界转速时,轴承振动超过100μm,相对轴振超过200μm应立即打闸停机。
严禁强行通过临界转速或降速暖机,打闸后严密监测大轴晃度和高点位置变化,在矢量变化不超过制造厂的规定值或原始值的±0.02mm的情况下才能进行再次冲车。
5机组定速和并网运行后,要求轴承振动不超过30μm 或相对轴振动不超过80μm,超过时应设法消除;当轴承振动变化超过15μm、相对轴振动变化超过±50μm或突然变化超过原始基数的50%以上时,必须设法查明原因消除;当轴承和转轴振动突然上升到打闸值时应立即打闸停机。