【文章內(nèi)容簡介】 的好處：①將振動信號保存起來，在需要時可以隨時復(fù)現(xiàn)；②當振動測試的現(xiàn)場環(huán)境比較惡劣，不適于信號分析儀等精密儀器工作時，通過磁帶記錄儀可在實驗室內(nèi)對振動信號進行分析研究；③對于沒有信號分析儀、計算機的單位，可通過磁帶記錄儀到其它單位分析研究。對結(jié)構(gòu)或部件進行動態(tài)特殊分析的測試系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性可用頻率響應(yīng)函數(shù)表示 (2—4)式中為激振力的傅里葉變換，為振動響應(yīng)的傅里葉變換。頻率響應(yīng)函數(shù)是一個復(fù)數(shù)，它既包含幅值的信息，也包含相位信息。所以通過試驗測定了系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)后，就可用解析的方法確定該系統(tǒng)的各階固有頻率、振型以及各階模態(tài)參數(shù)。圖24 頻率響應(yīng)函數(shù)測試分析裝置框圖頻率響應(yīng)函數(shù)測試裝置的框圖如圖24所示 。它的工作原理：由信號發(fā)生器發(fā)出激勵信號，經(jīng)功率放大器放大后去控制激振器，使其產(chǎn)生按某種規(guī)律變化的激振力，系統(tǒng)在此力作用下產(chǎn)生受迫振動。由測振傳感器將機械振動轉(zhuǎn)換為電量變化，經(jīng)放大、濾波等電路后與激振信號一起輸入信號分析儀進行各項分析，即可得到所需的信息；然后用顯示、記錄儀器將試驗結(jié)果顯示或記錄下來。測定系統(tǒng)動態(tài)特性的幾種方法(1)穩(wěn)態(tài)正弦波頻率掃描法在結(jié)構(gòu)上選擇某些點用激振器進行正弦穩(wěn)態(tài)激振，保持激振力幅值恒定進行激振頻率掃描，在結(jié)構(gòu)的不同位置上安裝傳感器檢測振動響應(yīng)，從而可得到結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)曲線。如在結(jié)構(gòu)的各階共振時移動傳感器的位置，則可測得結(jié)構(gòu)的各階固有振型。為了使試驗更準確，可利用反饋控制裝置使激振力或測點的加速度幅值保持不變。（2）機械阻抗法與上法不同之處在于它不僅要測得振動響應(yīng)，而且還要同時測量激振力（不要求激振力幅值恒定），然后根據(jù)這兩者幅值和相位關(guān)系得到結(jié)構(gòu)頻率響應(yīng)函數(shù)。應(yīng)當指出，頻率掃描的速度應(yīng)使系統(tǒng)的響應(yīng)能接近穩(wěn)態(tài)振動，過快就會影響試驗的精度。（3）快速等幅正弦波頻率掃描此法屬于瞬態(tài)激勵，利用快速頻率掃描的正弦波發(fā)生器，在幾秒鐘內(nèi)產(chǎn)生0—20kHz范圍內(nèi)（可調(diào)）的衡幅線性頻率掃描激振。根據(jù)測得的激勵與響應(yīng)的數(shù)據(jù)可以得到結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)函數(shù)。（4）隨機激振試驗法本法用隨機信號發(fā)生器輸出寬頻帶的白噪聲信號，驅(qū)動激振器對結(jié)構(gòu)進行激振，將測得的激振力與振動響應(yīng)信號，經(jīng)放大、濾波后輸入信號分析儀，即可得到結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)函數(shù)。（5）脈沖激振法此法也屬于瞬態(tài)激振。方法是用在撞擊部裝有力傳感器的錘頭快速撞擊結(jié)構(gòu)物，將力傳感器與加速度傳感器所檢驗到的力與振動的信號輸入信號分析儀，即可求得此結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)函數(shù)。由振動分析可知：脈沖越寬（即撞擊時間越短），其包含的頻率成分就越豐富，頻率范圍的上限就越高，在此頻率范圍內(nèi)的功率譜幾乎是一水平線。為了激勵感興趣的結(jié)構(gòu)的高階固有頻率，應(yīng)使撞擊時間比該高階頻率對應(yīng)的振動周期短。但撞擊時間越短，其激勵的能量水平就越低，從而可能激勵不出結(jié)構(gòu)的各階模態(tài)。因此，并不是撞擊時間越短越好，如果僅對結(jié)構(gòu)的低階模態(tài)感興趣，不妨撞擊的持續(xù)時間略長些。這可通過改變錘頭撞擊部的硬度來改變撞擊的時間（如撞擊部的材料可以分別采用鋼、鋁、塑料、橡膠等）。硬度越大，撞擊時間就越短。四、齒輪故障的振動診斷齒輪傳動在機器中使用得非常廣泛，其運行狀況直接影響整個機器或機組的工作，因此展開齒輪故障診斷對降低維修費用和防止突發(fā)性事故具有實際意義。齒輪振動信號的頻率特征振動和噪聲信號是齒輪故障特征信息的載體，目前能夠通過各種振動信號傳感器、放大器及其它測量儀器測量出齒輪箱的振動和噪聲信號，通過各種分析和處理方法提取其故障特征信息，從而診斷出齒輪的故障。很多情況下，從齒輪的嚙合波形也可以直接觀察出故障。（1）嚙合頻率在齒輪傳動過程中，每個齒輪周期地進入和退出嚙合。以直齒圓柱齒輪為例，其嚙合區(qū)分為單齒嚙合區(qū)和雙齒嚙合區(qū)。在單齒嚙合區(qū)內(nèi)，全部載荷由一對齒副承擔；當一旦進入雙齒嚙合區(qū)，則載荷分別由兩對齒副按其嚙合剛度的大小分別承擔。很顯然，在單、雙齒嚙合區(qū)的交變位置，每對齒副所承受的載荷將發(fā)生突變，這必將激發(fā)齒輪的振動；同時，在傳動過程中，每個輪齒的嚙合點均從齒根向齒頂（主動齒輪）或齒頂向齒根（從動齒輪）逐漸移動，由于嚙合點沿齒高方向不斷變化，各嚙合點處齒副的嚙合剛度也隨之變化，相當于變剛度彈簧，這也是齒輪產(chǎn)生振動的一個原因；此外，由于齒輪的受載變形，其基節(jié)發(fā)生變化，在輪齒進入嚙合和退出嚙合時，將產(chǎn)生齒入沖擊和齒出沖擊，這更加劇了齒輪的振動。對斜齒圓柱齒輪，產(chǎn)生振動的原因基本相同，但由于同時嚙合的齒數(shù)較多，傳動較平穩(wěn)，所產(chǎn)生的嚙合振動的幅值相對較低。齒輪嚙合產(chǎn)生的振動是以每齒嚙合為基本頻率進行的，該頻率稱為嚙合頻率。其計算公式為 （25）式中，為主、從動齒輪的齒數(shù)；為主、從動齒輪的轉(zhuǎn)速。當齒輪的運行狀態(tài)劣化之后，對應(yīng)于嚙合頻率及其諧波的振動幅值會明顯增加，這為齒輪的故障診斷提供了有力的依據(jù)。（2）齒輪振動信號的調(diào)制由于齒輪的故障，加工誤差如齒距不均，安裝誤差如偏心等，使齒面載荷波動，影響振幅而造成幅值調(diào)制。由于齒輪載荷不均、齒距不等及故障造成載荷波動，除了影響振幅之外，同時也必然產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩波動，使齒輪轉(zhuǎn)速波動。這些波動就是振動上的頻率調(diào)制（也稱相位調(diào)制）。所以，任何導(dǎo)致幅值調(diào)制的因素也同時會導(dǎo)致頻率調(diào)制。頻率調(diào)制現(xiàn)象對小齒輪副尤為突出。齒輪振動信號的調(diào)制中包含了許多故障信息。從頻域上看，調(diào)制的結(jié)果是在齒輪嚙合頻率及其諧波周圍產(chǎn)生以故障齒輪的旋轉(zhuǎn)頻率為間隔的邊頻帶，且其振幅隨故障的惡化而加大。（3）齒輪的振動測量齒輪所發(fā)生的低頻和高頻振動中，包含了診斷各種異常振動非常有用的信息。齒輪發(fā)生的振動中，有固有頻率、齒輪軸的旋轉(zhuǎn)頻率及輪齒嚙合頻率等成分，其頻帶較寬。利用包含這種寬帶頻率成分的振動進行診斷時，要把所測的振動按頻帶分類，然后根據(jù)各類振動進行診斷。通常在進行齒輪振動測定時，可選用頻率范圍較寬的加速度傳感器。（4）齒輪的簡易診斷方法齒輪的簡易診斷，主要是通過振動與噪聲分析法進行的，包括聲音診斷法、振動診斷法及沖擊脈沖法等。簡易診斷通常借助一些簡易的振動檢測儀器，對振動信號的幅域參數(shù)進行測量，通過監(jiān)測這些幅域參數(shù)的大小或變化趨勢，判斷齒輪的運行狀態(tài)。①齒輪的振幅監(jiān)測 監(jiān)測齒輪的振動強度，如峰值、有效值等，可以判別齒輪的工作狀態(tài)。判別標準可以用絕對標準或相對標準，也可以用類比的方法。②齒輪無量綱診斷參數(shù)的監(jiān)測 為了便于診斷，常用無量綱幅域參數(shù)指標作為診斷指標。它們的特點是對故障信息敏感，而對信號的絕對大小和頻率變化不敏感。這些無量綱診斷參數(shù)有：波形指標、峰值指標、脈沖指標、裕度指標及峭度指標。這些指標各適用于不同的情況，沒有絕對優(yōu)劣之分。（5）齒輪的精密診斷方法由于齒輪動態(tài)特性及故障特性的復(fù)雜性，齒輪的故障診斷通常需要進行較為細致的信號分析與處理，通過前后對比得出診斷結(jié)論。《冶金機械設(shè)備維修》教案學習情景1：設(shè)備狀態(tài)檢測與故障診斷授課日期授課時數(shù)4授課形式項目教學法模塊二振動監(jiān)測與診斷教學目的了解振動基本知識。掌握振動診斷技術(shù)的原理和振動監(jiān)測方法。了解振動診斷的作用及意義。培養(yǎng)學生職業(yè)責任感及自學能力。教學重點、難點重點：振動診斷技術(shù)的原理和監(jiān)測方法難點：振動監(jiān)測的實際運用課外作業(yè)閱讀專業(yè)雜志及書籍，多參加實際鍛煉課后體會講授方法得當，層次分明，重點突出，啟發(fā)思維，互動良好授課主要內(nèi)容或綱要使用教具、掛圖或其它教學手段時間分配●課程介紹、學習要求： 振動診斷是設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷常用技術(shù)之一。通過學習，訓練學生針對冶金機電設(shè)備的常用旋轉(zhuǎn)零件進行振動診斷，能合理確定診斷策略，選取恰當?shù)脑\斷方法，并能熟練使用各種常見檢測儀器?！窨偨Y(jié) 講解了振動相關(guān)基礎(chǔ)知識及振動診斷方法。結(jié)合實際講解振動診斷的應(yīng)用。●布置作業(yè) 振動診斷實施要點演示文檔（PPT）、機電設(shè)備載體、各類維修技術(shù)工器具和材料、技術(shù)資料引題5分鐘；授課40分鐘；實訓30分鐘；總結(jié)5分鐘 振動監(jiān)測與診斷機械振動是工程中普遍存在的現(xiàn)象，機械設(shè)備的零部件、整機都有不同程度的振動。機械設(shè)備的振動往往會影響其工作精度，加劇機器的磨損，加速疲勞破壞；而隨著磨損的增加和疲勞損傷的產(chǎn)生，機械設(shè)備的振動將更加劇烈，如此惡性循環(huán)，直至設(shè)備發(fā)生故障、破壞。由此可見，振動加劇往往是伴隨著機器部件工作狀態(tài)不正常、乃至失效而發(fā)生的一種物理現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計，有60%以上的機械故障都是通過振動反映出來的。因此，不用停機和解體，通過對機械振動信號的測量和分析，就可對其劣化程度和故障性質(zhì)有所了解。另外，振動的理論和方法比較成熟，且簡單易行。所以在機械設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)中，振動檢測技術(shù)是一種普遍被采用的基本方法。研究振動問題時，一般將研究對象（如一部機器、一種結(jié)構(gòu)）稱為系統(tǒng)；把外界對系統(tǒng)的作用或機器自身運動產(chǎn)生的力，稱為激勵或輸入；把機器或結(jié)構(gòu)在激勵作用下產(chǎn)生的動態(tài)行為，稱為響應(yīng)或輸出。振動分析（理論或?qū)嶒灧治觯┚褪茄芯窟@三者間的相互關(guān)系。所謂振動診斷，就是對正在運行的機械設(shè)備進行振動測量，對得到的各種數(shù)據(jù)進行分析處理，然后將結(jié)果與事先制訂的某種標準進行比較，進而判斷系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞、裂紋、開焊、磨損、松脫及老化等各種影響系統(tǒng)正常運行的故障，依此采取相應(yīng)的對策來消除故障、保證系統(tǒng)安全運行。振動診斷還包含對其環(huán)境的預(yù)測，即已知系統(tǒng)的輸出及系統(tǒng)的參數(shù)（質(zhì)量、剛度、阻尼等）來確定系統(tǒng)的輸入，以判斷系統(tǒng)環(huán)境的特性，如尋找振源等問題的研究。一、振動診斷基本知識 圖 21 重物隨時間的運動圖什么是振動振動是物體的一種運動形式，它是指物體在平衡位置上作往復(fù)運動的現(xiàn)象。例如圖21所示的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)中重物的運動就是振動的一個典型例子。重物從平衡位置移動到上極限位置，再返回經(jīng)過靜平衡位置移動到下極限位置，又返回移動到靜平衡位置，為一個運動循環(huán)，即往復(fù)振動一次。這個運動循環(huán)連續(xù)不斷重復(fù)就是該重物的振動。圖右面是重物振動位移隨時間變化的運動圖，它是一條正弦（或余弦）曲線。這種正弦振動，稱之為“簡諧振動”，它是一種最簡單的振動。各種機器設(shè)備是由許多零部件和各種各樣的安裝基礎(chǔ)所組成，這些都可認為是一個彈性系統(tǒng)。某些條件或因素可能引起這些物體在其平衡位置附近做微小的往復(fù)運動，這種每隔一定時間的往復(fù)性機械運動，稱為機械振動。由于各種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)不同，系統(tǒng)所受的激勵不同，系統(tǒng)所產(chǎn)生的振動規(guī)律也各不相同。根據(jù)振動規(guī)律的性質(zhì)及其研究方法，振動可分為確定性振動和隨機振動兩大類。確定性振動的規(guī)律可以用某個確定的數(shù)學表達式來描述，其振動的波形具有確定的形狀。其振動位移是時間t的函數(shù)，可用簡單的數(shù)學解析式來表示，為：x=x(t)。隨機振動不能用確定的數(shù)學表達式來描述，其振動波形呈不規(guī)則的變化，只能用概率統(tǒng)計的方法來描述。在機械設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷中，常遇到的振動多為周期振動、準周期振動、窄頻帶隨機振動和寬頻帶隨機振動等，以及其中幾種振動的組合。周期振動和準周期振動屬確定性振動范圍，由簡諧振動及簡諧振動的疊加構(gòu)成。 振動的表示方法（1）確定性振動1）簡諧振動簡諧振動是機械振動中最簡單最基本的振動形式，了解它的特性，對了解其它振動的特性和掌握振動監(jiān)測診斷技術(shù)都十分重要。若物體振動時其位移隨時間變化的規(guī)律可用正弦（或余弦）函數(shù)表示，則這種周期振動就稱為簡諧振動。其數(shù)學表達式為 （2—1）式中 ——物體相對平衡位置的位移； ——振幅（又稱峰值），表示物體偏離平衡位置的最大距離（2A稱為峰峰值）；單位為毫米（）； ——振動的角頻率，表示秒內(nèi)的振動次數(shù)或稱圓頻率； ——振動的初相位角，用以表示振動物體的初始位置，單位為弧度（） 。振幅A表示振動的大小，而角頻率表示振動的快慢。如果已知某物體作簡諧振動，且已知（或測出）、及，就可以完全確定該物體在任何瞬時的位移X。簡諧振動是確定性振動，其特性取決于、三個參數(shù)，這三個參數(shù)在設(shè)備診斷中有著重要的意義，因此，、及稱為簡諧振動的三要素。2）周期振動若振動波形按周期T重復(fù)出現(xiàn)，也就是 （2—2）成立時，稱為周期振動，相對簡諧振動而言，一般它是一個復(fù)雜的周期振動，是由一個靜態(tài)分量和無限個諧波余弦分量（振幅為，相角為）組成，實踐中產(chǎn)生復(fù)雜周期振動的情況遠多于產(chǎn)生簡諧振動的情況。事實上，簡諧振動往往是復(fù)雜周期振動的一種近似表示。3）準周期振動所謂準周期振動，也是由一些不同周期的簡諧振動合成的振動。這一點與復(fù)雜周期振動相類似。但是，準周期振動沒有周期性，組成它的簡諧分量中總會有一個分量與另一個分量的頻率之比值為無理數(shù)。而復(fù)雜周期振動的各簡諧分量中任何兩個分量的頻率之比是有理數(shù)。準周期振動是一種非周期振動，可用如下的函數(shù)描述： （2—3）（2）隨機振動隨機振動是一種非確定性振動，不能用精確的數(shù)學關(guān)系式描述。隨機振動過程雖不能預(yù)知，也不能重復(fù)，但隨機振動具有一定的統(tǒng)計規(guī)律，因此可以用概率統(tǒng)計的方法來研究隨機振動，用統(tǒng)計特征參數(shù)來描述隨機振動的特性，用隨機信號來描述隨機振動。二、振動監(jiān)測參數(shù)與標準振動參數(shù)及其選擇如前所述，通常用來描述振動響應(yīng)的三個參數(shù)是位移、速度和加速度。為了提高振動測試的靈敏度，在測試時應(yīng)根據(jù)振動頻率的高低來選用相應(yīng)的參數(shù)（或傳感器）。從測量的靈敏度和動態(tài)范圍考慮，低頻時的振動強度用位移值度量；中頻時的振動強度用速度值度量；高頻時的振動強度用加速度值度量。從異常的種類考慮，沖擊是主要問題時應(yīng)測量加速度；振動能量和疲勞是主要問題時應(yīng)測量速度；振動的幅度和位移是主要問題時，應(yīng)測量位移。對大多數(shù)機器來說，速度是最佳參數(shù)，這也是許多標準采用該系數(shù)的原因之一。但是另外一些標準都采用相對位移參數(shù)進行測量