機(jī)械振動與信號

在冶金、化工、機(jī)械等企業(yè)中旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備約占80％，這些旋轉(zhuǎn)設(shè)備主要包括發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、透平制氧機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、大型軋鋼機(jī)等，在眾多的診斷技術(shù)中，沒有任何技術(shù)能比振動信號分析對機(jī)器設(shè)備狀況提供更深刻的了解。另外，由于旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行中易出現(xiàn)不對中或受外力作用而產(chǎn)生振動的現(xiàn)象，其大小與安裝質(zhì)量和使用中的故障有直接關(guān)系。由此可見，振動分析及測量在診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械中有著重要的地位。

一般所進(jìn)行的振動測量大致有以下兩方面的內(nèi)容：

● 振動基本參數(shù)的測量，測量振動構(gòu)件上某點(diǎn)的位移、速度、加速度、頻率和相位，用于識別該構(gòu)件的運(yùn)動狀態(tài)是否正常。

● 結(jié)構(gòu)和部件的動態(tài)特性測量，這種測量方式以某種激振力作用在被測體上，使被測件產(chǎn)生受迫振動，測量輸入（激振力）和輸出（被測體振動響應(yīng)），從而確定被測體的固有頻率、振型等動態(tài)參數(shù)。

一、機(jī)械振動的分類

1.按振動規(guī)律分類

這種分類，主要是根據(jù)振動在時間歷程內(nèi)的變化特征來劃分的。

2.按振動的動力學(xué)特征分類

(1) 自由振動與固有頻率

(2) 強(qiáng)迫振動和共振

(3) 自激振動

自激振動有如下特點(diǎn)：

隨機(jī)性。因為能引發(fā)自激振動的激勵（大于阻尼力的失穩(wěn)力）一般都是偶然因素引起的，沒有一定規(guī)律可循。

● 振動系統(tǒng)非線性特征較強(qiáng)，即系統(tǒng)存在非線性阻尼、元件（如油膜的粘溫特性，材料內(nèi)摩擦）、非線性剛度元件（柔性轉(zhuǎn)子、結(jié)構(gòu)松動等）才足以引發(fā)自激振動，使振動系統(tǒng)所具有的非周期能量轉(zhuǎn)為系統(tǒng)振動能量。

● 自激振動頻率與轉(zhuǎn)速不成比例，一般低于轉(zhuǎn)子工作頻率，與轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速相符合。只是需要注意，由于系統(tǒng)的非線性，系統(tǒng)固有頻率會有一些變化。

● 轉(zhuǎn)軸存在異步渦動。

● 振動波形在暫態(tài)階段有較大的隨機(jī)振動成分，而穩(wěn)態(tài)時，波形是規(guī)則的周期振動，這是由于共振頻率的振值遠(yuǎn)大于非線性影響因素所致；與一般強(qiáng)迫振動近似的正弦波（與強(qiáng)迫振動激勵源的頻率相同）有區(qū)別。

● 自由振動、強(qiáng)迫振動、自激振動這三種振動在設(shè)備故障診斷中有各自的主要使用領(lǐng)域：

● 對于結(jié)構(gòu)件，因局部裂紋、緊固松動等原因?qū)е陆Y(jié)構(gòu)件的特性參數(shù)發(fā)生改變的故障，多利用脈沖力所激勵的自由振動來檢測，測定構(gòu)件的固有頻率、阻尼系數(shù)等參數(shù)的變化。

● 對于減速箱、電動機(jī)、低速旋轉(zhuǎn)設(shè)備等機(jī)械故障，主要以強(qiáng)迫振動為特征，通過對強(qiáng)迫振動的頻率成分、振幅變化等特征參數(shù)分析，來鑒別故障。

● 對于高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備以及能被工藝流體所激勵的設(shè)備，除了需要監(jiān)測強(qiáng)迫振動的特征參數(shù)外，還需監(jiān)測自激振動的特征參數(shù)。

按振動頻率分類

二、振動信號的描述

構(gòu)成一個確定性振動有3個基本要素，即振幅s，頻率f (或ω) 和相位φ。即使在非確定性振動中，有時也包含有確定性振動。振幅、頻率、相位，這是振動診斷中經(jīng)常用到的三個基本的概念。

三、設(shè)備狀態(tài)信號的物理表現(xiàn)

以傳遞力和運(yùn)動的設(shè)備，如齒輪箱、軋鋼機(jī)、切削、擠壓設(shè)備等，附加能量損耗的初始形式也以力和運(yùn)動表現(xiàn)出來，這就是振動、摩擦。附加能量損耗的二次形式是發(fā)熱，由此將損耗的能量散發(fā)出去。

設(shè)備狀態(tài)信息中主要的物理量是力和運(yùn)動，它也有多種形式，包含作功的力、作功的運(yùn)動（位移、速度等）、損耗的力和運(yùn)動，以振動及摩擦熱的形式表現(xiàn)。

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