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正弦振動(dòng)與隨機(jī)振動(dòng)狀態(tài)參數(shù)解釋 作者:北京萬博振通 發(fā)布時(shí)間:2020-04-28 已訪問:957 次


來源:摘錄自百度文庫《附錄5 機(jī)器振動(dòng)監(jiān)測(cè)和分析》

各種機(jī)器的振動(dòng)信號(hào)成分可以簡(jiǎn)單地分為三類:正弦振動(dòng),隨機(jī)振動(dòng)及沖擊振動(dòng)。


一、正弦振動(dòng)的參數(shù)

1. 振幅是表示機(jī)器振動(dòng)嚴(yán)重程度或性能質(zhì)量的重要指標(biāo)。


如果振幅很小就沒有必要去考慮它的頻率成分、相位變化及振型。


對(duì)機(jī)器振動(dòng)嚴(yán)重程度的理解是不統(tǒng)一的,有振動(dòng)位移、振動(dòng)速度或振動(dòng)加速度之分。不同行業(yè)制定振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)可能采用位移、速度或加速度。不管采用何種標(biāo)準(zhǔn),振幅的度量又可分為峰值 (Peak)、峰峰值 (P—P) 或有效值 (RMS) 三種。對(duì)于單一頻率的純正弦振動(dòng),有效值等于峰值的0.707倍。


習(xí)慣上,位移振幅單位為μm,采用峰峰值;速度振幅單位為mm/s,采用有效值;加速度振幅單位mm/s2或g,采用峰值。但也不盡然,例如,著名的GE公司對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)出廠試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)卻是以軸承座上速度值的峰值為依據(jù)的。


因?yàn)檎駝?dòng)位移比較直觀,人們往往在測(cè)量出速度振幅后還希望折算到振動(dòng)位移值,它們之間的一個(gè)簡(jiǎn)單的換算方法是:

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式中,Dp-p 是位移的峰峰值,Vrms 是速度幅值的均方根值,f  是正弦振動(dòng)的頻率 (Hz)。例如,振動(dòng)速度的均方根值等于1mm/s,則對(duì)應(yīng)的位移峰峰值等于4.5μm。


實(shí)際機(jī)器的振動(dòng)絕不可能是單一頻率的正弦振動(dòng)。這種情況下,振動(dòng)的峰值或峰峰值變得十分復(fù)雜,往往在某一個(gè)相等的短時(shí)間間隔內(nèi),它們不是一個(gè)常值,有時(shí)甚至變化很大。上式換算出來的位移振幅只是一個(gè)當(dāng)量值,并不真實(shí)代表振動(dòng)位移的最大值。有的機(jī)組出廠標(biāo)準(zhǔn)采用位移的真峰峰值,這種情況下,振動(dòng)讀數(shù)會(huì)比按上式的標(biāo)準(zhǔn)高得多。


2. 頻率是分析振動(dòng)原因的主要依據(jù)。


不同的振源引起不同頻率的振動(dòng),這也是為什么頻率分析是振動(dòng)故障分析的主要方法受到特別重視的原因。對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng),根據(jù)振動(dòng)頻率分為同步振動(dòng)和非同步振動(dòng)。同步振動(dòng)的頻率是機(jī)器運(yùn)行轉(zhuǎn)速的整倍數(shù)或分?jǐn)?shù),典型的同步振動(dòng)有1X,2X,1/2X以及0.43X。


3. 相角實(shí)際機(jī)器振動(dòng)十分復(fù)雜,討論機(jī)器上某一點(diǎn)振動(dòng)的相角是沒有意義的。


只有單一頻率純正弦振動(dòng)才有相角的概念。例如,軸振動(dòng)的工頻分量(與轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的頻率)與軸上某一固定標(biāo)志的相位差,轉(zhuǎn)子“高點(diǎn)”就是基于相角測(cè)量。所謂“高點(diǎn)”是軸上的某一點(diǎn)(方向),當(dāng)該點(diǎn)轉(zhuǎn)到徑向振動(dòng)位移傳感器的位置時(shí),振動(dòng)正好是正峰值。通過確定轉(zhuǎn)子上高點(diǎn)的位置,能確定轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)及殘余不平衡量的位置。


4. 機(jī)器振型十分復(fù)雜,即使穩(wěn)定振動(dòng),其振型也是瞬時(shí)變化的。


模態(tài)分析經(jīng)過參數(shù)識(shí)別獲得的是機(jī)器的固有振型。實(shí)際機(jī)器承受一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)頻率,是一個(gè)或多個(gè)強(qiáng)迫振動(dòng)以及隨機(jī)噪聲的迭加。轉(zhuǎn)軸振型則有實(shí)際意義,在一定轉(zhuǎn)速下,轉(zhuǎn)軸沿軸向的振動(dòng)變形就是轉(zhuǎn)子振型。對(duì)于單個(gè)轉(zhuǎn)子而言,經(jīng)過某一階臨界轉(zhuǎn)速,振型發(fā)生變化;對(duì)于多跨轉(zhuǎn)子,每隔一定距離放置一組互相垂直的徑向位移傳感器,并利用基準(zhǔn)相位信息就可以獲得轉(zhuǎn)子沿軸向的振動(dòng)形狀,它有助于估計(jì)轉(zhuǎn)子與固定部件之間的間隙以及節(jié)點(diǎn)位置。


二、隨機(jī)振動(dòng)的狀態(tài)

隨機(jī)振動(dòng)的狀態(tài)是瞬時(shí)變化不確定的,無法用振幅、頻率和相位振型來描述。任何一個(gè)機(jī)器的實(shí)際振動(dòng)信號(hào)中,既有以正弦振動(dòng)為特征的周期振動(dòng),又有以隨機(jī)振動(dòng)為特征的環(huán)境振動(dòng)和噪聲。描述隨機(jī)振動(dòng)用統(tǒng)計(jì)量均值、均方根值及峭度等。


均值:

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均方根值:

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峭度 (Kurtosis)

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典型信號(hào)的峭度系數(shù)如下表:

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表中,為脈沖的占空系數(shù),即脈沖的寬度與重復(fù)周期之比。一般運(yùn)轉(zhuǎn)平衡、無明顯周期干擾的,其振動(dòng)信號(hào)的幅值概率密度函數(shù)接近于正態(tài)分布。因此,峭度系數(shù)應(yīng)為3左右,和振動(dòng)強(qiáng)弱無關(guān)。


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