振动分析参数的选择

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一、振动参量的选择

1、从转速角度
  · 位移：在低于600转（10Hz）的设备上使用是比较敏感的参量。

  · 加速度：通常用于故障频率在5000Hz以上的场合比较敏感，这些振动源包括齿轮啮合频率、笼条通过等频率及其谐波。

仅仅靠幅值还不能准确评价振动强度。例如峰峰值50μ在3600转速，比在300转速时的情况要糟糕的多。加速度也有类似的缺点，如在300转时的2g要比3000转时的情况要糟糕很多。

而振动速度在一个比较宽的频率范围内 (10～2000Hz) 与频率不是那么紧密相关。在10～1670Hz范围，振动速度幅值可以直接反映设备的状态，而不管转速的范围，这就是大多振动绝对标准选用振动速度的原因。

2、从故障角度

上图说明，在不明确设备问题所在时，应该同时测量振动的各参量，用速度或位移反映低频振动，用加速度或冲击反映高频振动，而后根据三者的结果进行综合判断。

3、从频率角度

二、振幅的表示方法和选用

常用的振幅表示方法有三种：峰值、峰峰值、有效值。

振幅的选用与振动参量有以下搭配关系：

注：O 常用；V 偶尔用；X 不用

三、振动的数值分析

尽可能全面记录各测点的峰值和有效值。例如：

1#CDQ B吊车1#卷上减速箱测点布置示意图

1、观察各振动参量—故障分类
  · 位移大：气体喘振、基础松动、油膜涡动等；

  · 速度大：不平衡、不对中、共振等；

  · 加速度大：齿轮、叶片、电机笼条、轴承等；

  · 冲击大：轴承、摩擦、磨损、介质冲击等。

2、观察各振动方向—故障判定
  · V——垂直方向：基础松动；

  · H——水平方向：不平衡、共振、轴承、齿轮；

  · A——轴向：不对中、弯轴、斜齿轮、推力轴承的磨损、偶不平衡。

3、观察各测点的大小—故障部位
  · 一点最大：局部问题，如轴承；

  · 多点大：齿轮、联轴节等问题；

齿轮故障

轴承故障

4、观察振动参量之比—无量纲指标
用振动峰值或者有效值都能诊断异常，结论基本上是一致的。一般情况下，考虑到显示值的稳定性，用有效值进行诊断。但转速低时（300rpm以下）有效值变化小，正常、异常难以判断，此时使用峰值诊断更敏感。

通过看峰值、有效值（或平均值）比值的大小关系：

  · P/A值大时，轴承有损伤（图a）；

  · P/A值小时，往往是润滑不良或者有磨损异常（图b）。

实际上，P/A为一种无量纲指标——峰值指标（冲击指数）。

（a）轴承有损伤

（b）润滑不良、磨损

四、振动的波形分析

1、时域分析
时域波形分析是最直观的诊断方法，对于某些有明显特征的故障，可以利用时域波形作初步和直观的判断。时域波形主要看：

  · 信号的平稳性；

  · 信号频率成分的复杂性；

  · 振动信号幅值的变化范围；

  · 有无明显冲击或调制成分。

在冲击场合，用时域反映更直观。

例题：

断齿故障波形的冲击信号

摩擦故障波形的削波信号

时域信号举例：

（a）

（b）

（c）

（d）

2、频域分析
反映振动的频率组成及各频率成分的大小。

具有代表性的特征频率：

  · 啮合频率：齿轮问题、过载

  · 轴承特征频率：轴承问题

  · 叶片通过频率：叶片与介质的撞击

  · 与转速相关：共振、不平衡

  · 与负荷相关：联轴器、轴承、齿轮、对中不良、裂纹

  · 与负荷相关：联轴器、轴承、齿轮、对中不良、裂纹

  · 有明显方向性：裂纹、支撑刚度或基础问题

  · 高次谐波：碰擦、松动

  · 启停车试验：区分机械还是电气问题

五、振动分析参数的选择

1. 几个重要参数

数据长度N；采样时间T；分析频率fm；谱线数L。其中有如下的关系：

时间域和频率域的样本

N/L 为Nyquist 系数。

由上述公式看出：

  · 时域点数（数据程度N）与频谱点数（谱线数L）的关系，涉及到时域、频域的分析精度；

  · 在谱线数L已定的条件下，T×fm 是常数见下图，因此二者要兼顾；

  · 分析频率 fm 根据对象的转速和怀疑的故障确定；T 受采样频率和数据长度N 的牵制，N 取大了将增加计算量和存储空间的开销。

2. 分析参数的选择步骤及必要知识

  · 大致什么问题？
  · 了解与对象有关的故障模式；

  · 大体频率范围？
  · 估算这些故障有什么样的频率；

  · 转速多少？齿数多少？轴承型号？
  · 计算设备基础参数；

  · 确定分析频率。
  · 高频尽量覆盖这些频率；

  · 确定分析长度。
  · 满足低频分析和分析精度的要求。

小  结

  · 尽可能多的测试各振动参量；

  · 明确振动数值、时域波形、频谱各自的用途；

  · 对于较复杂的振动分析系统，会选择分析参数：掌握数据长度、采样时间、采样频率、分析频率、谱线数之间的关系；

  · 对诊断对象的故障模式和频率范围要有移动了解。

来源：摘录自《机械振动分析技术》，作者：万年红。

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表里加速度有效值和峰值之间的换算关系是什么？有公式吗