机械故障诊断—Ch04--旋转机械的振动监测与诊断.ppt

Ch4旋转机械的振动监测与诊断;一机械振动

1旋转机械振动与故障之间的关系

1o振动存在具有广泛性

即任何机械设备在动态下都会或多或少地产生一定的振动。

2o振动监测的有效性

当设备发生异常或故障时，振动将会发生变化，一般表现为振幅加大。这就使人们可以从振动信号中获取诊断信息。

3o振动的可识别性

由不同类型、性质、原因和部位产生的故障所激发的振动将具有不同的特征，表现为频率成分、幅值大小、相位差异、波形形状、能量分布状况等，这一点使人们可以从振动信号中识别故障。;4o振动信号性质、特征不仅与故障有关，而且与机械系统的固有特性有关：

1’同一故障对不同的转子系统，其振动的幅值和相位可能相差很大；

2’同一故障发生在不同部位，振动信号可能相差很大；

3’同一故障在不同位置布置测点，所得的振动信号亦会有较大差异。

在机械故障诊断中，振动信号够更迅速、更直接的反映机械设备的运行状态，据统计，70％以上的故障都是以振动形式表现出来。为了便于分析，因此首先介绍有关振动的一些概念。;2机械振动及其种类

机械振动：机械构件在其平衡位置附近所作的往复运动。

1o按振动产生的原因分：

自由振动－给系统一定能量后，系统所产生的振动。假设系统无阻尼，那么维持等幅振动，反之，为衰减振动；

受迫振动－系统在外界持续力作用下，被迫产生的振动〔刚性转子系统〕；

自激振动－系统从本身运动中吸收能量转变成交变力维持的振动〔柔性转子系统〕；;2o按振动规律分：

1’稳态振动

1``周期振动

简谐振动、非简谐振动

2``非周期振动〔瞬态振动〕

2’随机振动

3o按振动系统的自由度分：

单自由度、多自由度和无限自由度振动系统的振动;3简谐振动及其性质

简谐振动指随时间变化按正弦或余弦规律变化的周期性振动，是最根本的周期振动，简谐振动的运动规律可用谐波函数表示，即质点的运动规律为

y=Asin(2πt/T+φ)＝Asin(2πft+φ)=Asin(ωt+φ)

式中，y—质点位移；t—时间：

A—振动位移的最大值，称为振幅；

f—振动频率；ω—振动角频率；

T—振动周期，为频率f的倒数；

φ—初始相位角。;

简谐振动的速度和加速度分别为：

v=dy/dt=ωAcos(2πft+φ)

a=dv/dt=-ω2Asin(2πft+φ)=-ω2y

可见，速度超前位移90o，而加速度超前位移180o。;4周期振动及其性质

波形按周期T不断重复的振动，称为周期振动。可以写作

y(t)=y(t+nT)

周期振动包括不按正弦或余弦规律变化的一般周期性振动和准周期振动。

旋转机械按固定的转速运动，同时由于随机干扰，也伴随着许多随机振动信息，所以，旋转机械的振动过程是一个以周期振动为主导的随机过程。

根据函数的傅里叶级数展开定理，周期函数可以展开为傅里叶级数，即

可知，任何周期振动都可以看作为简谐振动叠加而形成的。

;可知，任何周期振动都可以看作为简谐振动叠加而形成的，进一步简化可写成

y(t)=A0+A1sin(ωt+φ1)+A2sin(ωt+φ2)+???+Ansin(ωt+φn)+???

式中第一项A0为均值或直流分量，第二项为根本振动或基波，第三项及以下总称为高次谐波振动。由于旋转机械振动时具有上述特性，故可用前面章节所介绍的频谱分析方法进行研究。;二转子振动与转子临界转速

根据转子系统在坐标平面内发生的振动形式，转子的振动可分为：

1o横向振动——振动发生在包括转轴在横向平面内；

2o轴向振动——振动发生在转轴的轴线方向上；

3o扭转振动——沿转轴轴线发生的扭振。

旋转机械大多数故障所激发的振动为横向振动，是主要的研究对象。;

转子系统是多自由度振动系统，它具有多个横向固有频率。当转子的转速到达横向振动的固有频率附近时，将出现振动急剧增大的现象，有时甚至在工作转速下振动也比较强烈。此时的转速即为临界转速。;在无阻尼的情况下，转子的临界转速等于其横向固有频率，因此转子的临界转速个数与转子的自由度相等。对实际转子来说，理论上有无穷多个临界转速，但由于转子的转速限制，往往只能遇见数个临界转速。