【正文】 振動需要更高的測試條件和技術(shù)，其中最基本的條件是能夠合理地安裝傳感器。一般說來，監(jiān)測軸比測試軸承座或機殼的振動信息更為直接和有效。對于軸承和齒輪部件的高頻振動監(jiān)測來說，加速度卻是最合適的監(jiān)測參數(shù)。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。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。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。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。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)。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。2）周期振動若振動波形按周期T重復出現(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)生復雜周期振動的情況遠多于產(chǎn)生簡諧振動的情況。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。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。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。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)。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。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運動，這種每隔一定時間的往復性機械運動，稱為機械振動。這種正弦振動，稱之為“簡諧振動”，它是一種最簡單的振動。這個運動循環(huán)連續(xù)不斷重復就是該重物的振動。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。振動診斷還包含對其環(huán)境的預測，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。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。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。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?！癫贾米鳂I(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。●總結(jié) 講解了振動相關(guān)基礎(chǔ)知識及振動診斷方法。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。了解振動診斷的作用及意義。《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。這些指標各適用于不同的情況，沒有絕對優(yōu)劣之分。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。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。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)。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。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。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。頻率調(diào)制現(xiàn)象對小齒輪副尤為突出。這些波動就是振動上的頻率調(diào)制（也稱相位調(diào)制）。（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。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。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。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。（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。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。硬度越大，撞擊時間就越短。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。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。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)。（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)。（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。（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)。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。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。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 。頻率響應(yīng)函數(shù)是一個復數(shù)，它既包含幅值的信息，也包含相位信息。采用磁帶記錄儀的好處：①將振動信號保存起來，在需要時可以隨時復現(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。把振動信號記錄到磁帶上。可得到所需各種信息；最后對信號分析結(jié)果進行記錄、顯示和打印，如圖23所示。測量物體上某點振動的測振系統(tǒng)框圖如圖22所示 圖22 機械振動測試系統(tǒng)框圖工作原理是：將傳感器安裝在測振點上，通過傳感器將機械振動轉(zhuǎn)換為電信號，若傳感器的輸出阻抗很大（壓電式加速度計），則在傳感器之后接一前置放大器，起阻抗變換及信號放大作用；然后將信號輸入測振放大器（功率放大器），將信號進一步放大，并將信號進行微分或幾分變換，得到所需的具有一定功率的信號（位移、速度和加速度信號）。顯然，不同的部件其固有頻率是不同的。但是，當機器有故障時，往往產(chǎn)生新的激勵，如果激勵是一種脈沖，則其包含的頻率成分是十分豐富的。當機器發(fā)生故障時，在敏感點的振動參數(shù)的峰值、有效值往往有明顯的變化，或者出現(xiàn)新的振動分量。（2）進行結(jié)構(gòu)或部件的動態(tài)特性分析。三、振動監(jiān)測 振動測試的類型和測試系統(tǒng)工程中所進行的振動測試工作主要有下列兩類：（1）測量振動物體上某點的振動。需要注意的是，絕對判定標準是在規(guī)定的檢測方法的基礎(chǔ)上制定的標準，因此必須注意其適用頻率范圍，并且必須按規(guī)定的方法進行振動檢測。（3）類比判斷標準 數(shù)臺同樣規(guī)格的設(shè)備在相同條件下運行時，通過對各設(shè)備相同部件的測試結(jié)果進行比較，可以確定設(shè)備的運行狀態(tài)。相對標準是應(yīng)用較為廣泛的一類標準，其不足之處在于標準的建立周期不常，且檻值的設(shè)定可能隨時間和環(huán)境條件（包括載荷情況）而變化。常用的振動判斷絕對標準有ISO237ISO349VDI205BS467GB/T —199ISO10816等。振動監(jiān)測標準衡量機械設(shè)備的振動標準，一般可分為絕對判斷標準、相對判斷標準和類比判斷標準三大類。因此，應(yīng)綜合考慮技術(shù)上的需要和經(jīng)濟上的合理性來確定合理的檢測周期。（3）長期連續(xù)監(jiān)測 對部分大型關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)進行在線監(jiān)測，一旦測定值超過設(shè)定的門檻值即進行報警，進而對機器采取相應(yīng)的保護措施。（2）隨機檢驗 對不重要的設(shè)備，一般不定期地進行檢測。通常有以下幾類：（1）定期檢測 即每隔一定的時間間隔對設(shè)備檢測一次，間隔的長短與設(shè)備類型及狀態(tài)有關(guān)?？紤]到測量效率及經(jīng)濟性，一般應(yīng)根據(jù)機械容易產(chǎn)生的異常情況來確定重點測量方向。在監(jiān)測中還可以根據(jù)實際需要和經(jīng)驗增加特定測點。如機座、軸承座，一般都選為典型測點。特別是高頻振動，測點對測定值的影響更大。一般測點應(yīng)選在接觸良好、表面光滑、局部剛度較大的部位。其次應(yīng)確定測點位置。而對低中速、小設(shè)備來說，常常不具備這種條件，在此情況下，可以選擇在軸承座或機殼上放置傳感器進行測試。測量轉(zhuǎn)子振動的非接觸式渦流傳感器安裝前一般需要加工設(shè)備外殼，保證傳感器與軸頸之間沒有其他物體。在出現(xiàn)故障時，轉(zhuǎn)子上振動的變化比軸承座或機殼要敏感得多。 測量位置的選定首先應(yīng)確定是測量軸振動還是軸承振動。但是另外一些標準都采用相對位移參數(shù)進行測量，這在發(fā)電、石化工業(yè)的機組振動監(jiān)測中用的最多。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。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）。隨機振動過程雖不能預知，也不能重復，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。而復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)。這一點與復雜周期振動相類似。事實上，簡諧振動往往是復雜周期振動的一種近似表示。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。振幅A表示振動的大小，而角頻率表示振動的快慢。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。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。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。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。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。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)。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。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)，即往復振動一次。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運動的現(xiàn)象。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。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。另外，振動的理論和方法比較成熟，且簡單易行。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。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。結(jié)合實際講解振動診斷的應(yīng)用。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。培養(yǎng)學生職業(yè)責任感及自學能力。掌握振動診斷技術(shù)的原理和振動監(jiān)測方法。面向21世紀，我們將面臨更加嚴峻的考驗，尤其是在充分強調(diào)“管理創(chuàng)新、科技創(chuàng)新”的今天，狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷已成為設(shè)備管理水平提升的迫切需要，而一個脫穎而出的設(shè)備故障診斷新事業(yè)，也必將順應(yīng)和推動現(xiàn)代企業(yè)制度進步的潮流，并以其強大的生命力展現(xiàn)在現(xiàn)代企業(yè)管理之林。4