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振動的基本參量:幅值、周期(頻率)和相位

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振動測試行業術語

a.幅值:表示物體動態運動或振動的幅度,它是機械振動強度的標志,也是機器振動嚴重程度的一個重要指標。機器運轉狀態的好壞絕大多數情況是根據振動幅值的大小來判別的。振幅的大小可以表示為峰-峰值(P-P)、單峰值(0-P)、有效值(RMS)或平均值(Average)。峰-峰值等于正峰和負峰之間的最大偏差值,峰值等于峰-峰值的1/2。只有在純正弦波的情況下,均方根值才等于峰值的0.707倍,平均值等于峰值的0.637倍。而平均值在振動測量中一般則很少使用。

振動的基本參量:幅值、周期(頻率)和相位 1故障診斷

它們之間的換算關系是:峰峰值=2×單峰值=2×21/2×有效值
表述振動幅值的大小通常采用振動的位移、速度或加速度值為度量單位。一般在振動測量中,除特別注明外,振動位移(D)以峰-峰值表示,單位一般是微米(μm)或密耳(mil);振動速度(V)常用有效值表示,單位用毫米/秒(mm/s)或英寸/秒(IPS)。振動速度的有效值又稱為“振動烈度”。有的行業的設備振動標準就是以“振動烈度”來作為基礎的。振動加速度(A)積分一次即為振動速度;而振動速度再積分一次就成了振動位移。
即:???V=2πfD;???A=2πfV=(2πf)2D
以上僅僅是對簡諧振動而言是正確的,因其頻率f值為一常數;而對于一個復雜振動或波形來說,由于其振動頻率f值的多重性而會帶來誤差。
b.周期:物體完成一個完整的振動所需要的時間,以T0表示。單位一般是用“秒”來表示。例如一個單擺,它的周期就是重錘從左運動到右,再從右運動回左邊起點所需要的時間。
c.頻率:是指振動物體在單位時間(1秒)內所產生振動的次數,即Hz,以f0表示。很顯然,f0=1/T0。對于旋轉機械的振動來說,存在下述令人感興趣的頻率:a)轉動軸的旋轉頻率;b)各種振動分量的頻率;c)機器自身和基礎或其它附著物的固有頻率。
由于某些機器故障僅僅在某些特定的頻率下才產生振動,這種現象就有助于區別各種不同種類的機器故障。例如:不平衡故障的結果一定會導致工頻能量的異常升高。但是,反過來我們必須注意到,振動頻率和機器故障的關系并不是一一相對應的。也就是說,某一特定頻率的振動,可能和多種機器的故障有關聯。因此,我們不要企圖將某一固定的振動頻率與某一特定的機器故障建立直接的聯系。在對旋轉機械進行振動分析與故障診斷時,振動的頻率是非常重要的參量,是分析振動原因的重要依據,它有助于我們對機器的故障進行判別,根據振動頻率可以初步查明振動的性質和來源。但是,它僅僅只是一種參量而已。為了得到正確的診斷結論,我們還必須對機器所有的參量進行估計和分析。振動頻率可采用赫茲(HZ)、周/?分鐘(CPM)、?轉/分鐘(RPM)等度量單位,或以相對于轉速頻率的倍數為度量單位,?如一倍頻(1X)、二倍頻(2X)、半頻(0.5X)……,等等。
d.相位:是指旋轉機械測量中某一瞬間機器的選頻振動信號(如基頻)與軸上某一固定標志(如鍵相器)之間的相位差。相位可用來描述某一特定時刻機器轉子的位置,一個好的相位測量系統能夠確定每一個傳感器所在的機器轉子上“高點”相對機器軸系上某一固定的標志點的位置。而平衡狀態的變化將會引起“高點”位置的變化,這種變化也會通過相位角的變化而表示出來。相位的度量單位為度(°),通常振動相位在0°~360°范圍之間變化。振動的相位在振動分折中十分重要,它不僅反映了不平衡分量的相對位置,在動平衡中必不可少,而且在故障診斷中也能發揮重要作用。
下面專門說一下振動位移、速度、加速度三者之間的相位關系。以單擺的簡諧振動為例:

振動的基本參量:幅值、周期(頻率)和相位 2

把一個單擺橫向來看,當重錘向上擺,通過起始點0時,其位移為零,而速度為正方向最大,加速度為零;當重錘運動到上死點時,位移為正方向最大,此時速度為零,加速度為負方向最大;重錘向下回零時,位移為零,速度為負方向最大,加速度為零;當重錘運動到下死點時,位移為負方向最大,而此時速度為零,加速度為正方向最大。
結論:

振動速度相位超前振動位移90°;

振動加速度相位超前振動速度90°;

振動加速度相位超前振動位移180°。
相位如果沒有明確指明,其角度增加的方向總是與轉子的轉動方向相反。

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