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[心得体会] 了解线性和非线性系统的概念有利于故障分析

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发表于 2016-2-29 22:50 | 显示全部楼层 |阅读模式

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linear or non-lineqr ?

线性和非线性系统,本身对于振动来说很重要,我们在分析设备故障时,往往会忽略这些概念,但它们无时无刻都存在于我们周围,理解这些概念,更有利于我们分析故障。且看下文作者对此的描述!
发表于2014年9月11日,来自azimadli.com
线性和非线性系统
为了帮助理解机器的振动时怎样传输的,有必要探讨线性的概念,线性系统和非线性系统是什么,理解这些概念对于振动的理解具有指导意义。迄今,我们已经讨论了线性和对数振幅以及频域,但是,术语“线性”是指一种系统,该系统具有输入和输出信号的特性。“系统”是任何设备或结构,可以接受任何形式的输入或激励,并产生相应的输出或响应。系统,譬如磁带记录仪和放大器,操作对象是电信号;机械结构,其输入是振动力,输出是振动位移,速度或加速度。
线性系统的定义
线性系统必须满足两个关键条件:
1,如果输入x,系统输出X,输入2x,系统输出2X。换句话说,该系统输出的幅度正比于系统的输入的幅度。
2,如果输入x产生输出X,输入y,输出Y,那么输入x + y将产生输出X + Y。换言之,该系统处理两个同步且独立的输入,并且它们互补影响。毫无疑问,线性系统的标准是,输出不会产生任何输入信号中不包含的信号。
请注意,没有任何判断准则说,系统的输出和输入一样,即使它和输入信号类似。举个例子,输入可能是一个电信号,输出可能是一个温度。那机械设备来说,输入是一个振动力,输出是被测量振动信号。
非线性系统
现实中,不存在绝对完美的线性系统。有许多不同类型的非线性系统,它们不同程度的存在于所有的机械系统中,但许多实际系统接近线性系统的特性,特别是小输入电平。如果一个系统不是完全线性的,它的输出中会产生输入中不存在的频率信号。例如,立体声放大器或磁带记录仪,其输出的信号会产生很多的谐波,这被称为“谐波失真 “,回放时,音乐的品质被降低了。在高电平时,谐波失真情况更糟。小收音机就是个很好的例子,低音量时,听起来比较“干净”,高音量时,严重失真。
小信号输入,许多系统都非常接近线性系统,一旦输入高水平的激励信号,就成为非线性系统了。两者间存在一个阈值。例如,输入放大器的“限幅” 信号,此时它的输入信号超过电源电压或供电电源的电流摆动。这类似一个机械系统,其中的一部分是可以自由移动,直到它遭遇一个约束,就像松动的轴承箱体,连接螺栓没有把紧前,能后自由运动一定的距离。
非线性的旋转机械
正如前面多讨论的,机器的振动实际上是使机器部件移动的力的响应。我们在机器不同位置测量振动,并从这些振动信号上推断力的大小。在测量振动的频率时,我们假设力和响应的频率一致,测得的信号与力的大小成一比例。这个理论假定机器受力和响应是线性的强制函数,对大多数机器来说,这是一个合理的假设。
然而,当一个机器磨损和间隙的增加时,或者如果它产生裂纹或松动,其响应将不再是线性的,其结果是,所测量的振动明显区别于强制函数。例如,不平衡的转子在轴承上会产生频率 1X的正弦波,该力不包含任何其它频率。如果机器的机械结构是非线性的,这正弦力会被扭曲,所测振动将出现1X的谐波。谐波分量的程度和幅度,是机器非线性系统程度的一种度量。例如,滑动轴承间隙增大时,会出现越来越多的谐波,幅值也越来越大。
当存在不对中时,弹性联轴器就是非线性系统,这就是振动信号中包含2X主导频率的原因所在。不对中的联轴器,磨损后会产生明显的3X。当两种不同频率的受力以一种非线性方式作用在机器上时,其结果就会产生和频和差频,这个新的频率成分并不存在于输入信号的受力函数内。这些和差频会以边带的形式出现在有缺陷的齿轮箱频谱、滚轴轴承频谱上。
以齿轮箱为例,一个受力的频率是齿轮啮合频率,另一个是齿轮的转速。如果齿轮偏心或其他变形,转速将调制齿轮啮合频率,形成边带。调制总是一个非线性过程,它产生一个新的频率,这个频率不存在于受力函数。

来源: VIBSOS振乎
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发表于 2016-3-1 11:11 | 显示全部楼层
学习                 
发表于 2016-10-11 15:15 | 显示全部楼层
对于非旋转机械,哪些原因会产生非线性呢?摩擦?不对中?所出现的倍频是什么原因呢,怎么找到产生相应倍频的原因呢?

点评

sd
飞旋转机械?我只听说过转子非线性 哈哈 见笑啦  详情 回复 发表于 2016-10-12 08:37
发表于 2016-10-12 08:37 | 显示全部楼层
打铁书生 发表于 2016-10-11 15:15
对于非旋转机械,哪些原因会产生非线性呢?摩擦?不对中?所出现的倍频是什么原因呢,怎么找到产生相应倍频 ...

飞旋转机械?我只听说过转子非线性   哈哈  见笑啦

点评

应该说,现实中的振动都是非线性的吧,而不是以旋转非旋转为区分标准的。只要存在非线性因素,那么应该就属于非线性振动问题的范畴。不知是否正确,至于如何解决这些非线性因素的影响,自然应该根绝不同情况再具体问  详情 回复 发表于 2016-10-12 14:49
发表于 2016-10-12 14:49 | 显示全部楼层
sd 发表于 2016-10-12 08:37
飞旋转机械?我只听说过转子非线性   哈哈  见笑啦

应该说,现实中的振动都是非线性的吧,而不是以旋转非旋转为区分标准的。只要存在非线性因素,那么应该就属于非线性振动问题的范畴。不知是否正确,至于如何解决这些非线性因素的影响,自然应该根绝不同情况再具体问题具体分析。

点评

sd
恩 你说的对 线性只是一种理想情况 或者说是近似  详情 回复 发表于 2016-10-13 09:17
发表于 2016-10-13 09:17 | 显示全部楼层
打铁书生 发表于 2016-10-12 14:49
应该说,现实中的振动都是非线性的吧,而不是以旋转非旋转为区分标准的。只要存在非线性因素,那么应该就 ...

恩 你说的对  线性只是一种理想情况  或者说是近似
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