6第六章振动测试方法-PPT精品文档

传感器
传感器是能够感受物体运动并将物体运动转换为模拟电信号的一种灵敏的换能 元件。传感器的种类很多，而且有不同的分类方法，按坐标系的不同可分为绝对式 与相对式传感器；按工作方式的不同可分为接触式和非接触式传感器；按工作原理 的不同可分为惯性式和参数式传感器。按测量参数的不同又可分为位移、速度和加 速度传感器。这里我们仅简单讨论机械振动测量中常用的惯性式（磁电式）速度传 感器、压电式加速度传感器和电涡流位移传感器。 速度传感器 以振动体的振动速度为测量目标的传感器称为速度传感器。速度传感器为接触 式传感器，适用于测量壳体和轴的绝对振动等。常用的速度传感器为（具有弹簧－ 质量系统的）磁电式传感器，它测量的信号是被测振动物体相对于大地或惯性空间 的绝对振动。因此称之为惯性式速度传感器或地震式传感器。
传感器的选择
振动幅值测量
振动幅值是一般振动测量中最感兴趣的测试内容，它一般包括图5.26所示的四种情况：
转子径向相对振动的测量
图5.27是利用电涡 流传感器测量转子径向 相对振动的示意图，通 常以圆轴的转动表面在 某一半径方向的振动作 为轴心在该方向的振动。 其中（a）表示用电涡 流传感器测得的转轴振 动信号（电压），该信 号由交流分量和直流分 量两部分组成。交流分 量表示传感器探头与转 轴表面的动态电压信号， 直流分量则代表了平均 间隙电压，由此可确定 轴心在轴承中的平均位 置。 当转轴存在偏心， 即被测轴段与轴颈不同 心时，也可以利用电涡 流传感器在转轴低速旋 转时测得其偏心的大小。
轴心轨迹测量
利用电涡流传感器测量轴心轨迹对分析转轴的工作状 态是十分有用的，是振动测量中的一个十分重要的内容。 轴心轨迹是指机组在一定转速下轴心相对于轴承座在轴线 垂直平面内的运动轨迹。图5.28为轴心轨迹测试图，一般 多采用传感器与水平成45°角的安装方式。
相位测量
相位包括相对相位和绝对相位。相对相位是以角度来表示从一个信号波形
引起机械振动的原因有很多，概括起来主要有：
（1）转动部件不平衡 （2）轴承联轴器和安装不对中 （3）轴弯曲 （4）轮磨损、偏心或损坏
（8）电磁力 （9）空气动力 （10）水动力 （11）松动
（5）传动带或传动链损坏
（6）轴承损坏 （7）扭矩变化
（12）摩擦
（13）油膜涡动和油膜振荡
任何振动工程问题都可以用图5.2来概 括说明。这里的输入是指作用在系统上的激 励或干扰，输出也称为响应。对于机械振动 而言，激励大多为力，而常用的响应物理量 一般分为位移、速度和加速度。
的某一点到另一个信号最近的对应点之间的关系。如图5.30（a）所示。绝对 相位则是指从键相器信号触发到振动信号第一个正峰值之间的角度，如图5.30 （b）所示。 图5.31为测量绝对相位角的示意图。可见参考信号是由轴上的凹槽经过传 感器探头时形成的脉冲，该脉冲频率与转轴频率同步。在这里传感器可以是电 涡流称奇，也可以是光象无所不在，是工程技术和我们日常生活中的一种常见物理现象。 例如，当我们乘坐在运行中的汽车或火车上，就会感觉到振动；工厂中的机器、家中 的家用电器（如洗衣机、脱排油烟机等）工作时也会产生振动，并使我们听到嗡嗡的 声音。
涉及振动的工程应用分为消除振动和应用振动进行工作两种。
振动测试的力学原理
机械系统在外力作用下的运动称为该系统对此作用力的响应，此作用力称为激励力。
如图5.7和图5.10所示的单自由度振动系统，是从复杂振动系统中抽象出来的一
种简单力学模型。该系统的全部质量m〔kg〕集中在一点，并由一个刚度为k 〔N/m〕的弹簧和一个粘性阻尼系统为c〔N/ms－1〕的阻尼器支撑。讨论中假设系 统呈线性，系数m、k和c不随时间变化。
多数情况下，振动是有害的。振动影响机器设备的工作性能和寿命，产生损害机械设 备结构和建筑物的动载荷，并能直接地或通过产生噪声间接地危害人类的健康。因此， 除某些利用振动原理工作的机器设备（如：夯实机、捣固机、清洗机等）外，一切都 必须力求将振动量级控制在允许的范围之内。即使对那些利用振动原理工作的机器设 备，也必须采取适当的措施，将其振动的影响尽量控制在有限的空间范围内，以免危 害人类和其它结构。 从力学的角度来看，振动可以定义为：物体围绕某一固定位置来回摆动并随时间变 化的一种运动。
特征--振幅、周期、频率、相位
1、振幅（A） 距离平衡位置的最大响应值称为振幅A。根据测量形式的不同，分为位移幅值、 速度幅值和加速度幅值。在实际测量时，平衡位置的坐标往往不易确定，因此也使用 响应正负最大峰值差的量值作为振幅，称为峰－峰值（P－P）。当振幅为位移时，单 位常用微米（μ m）或密耳（mil）表示，对于速度则用毫米／秒（mm/s）或英寸／秒 （ips）表示，对于加速度一般用g表示。
（5.19电涡流作用原理图 ） （5.21电涡流传感器系统）
（5.20电涡流传感器结构图） （5.22稳频调幅检波式线路原理图）
振动参数的测量
1. 测量系统的组成 机械设备振动测量系统 的框图如图5.25所示。 这样的测量系统一般由 两大部分组成。一部分为传 感器测量系统，它包括各种 振动传感器、温度、压力传 感器及其有关测量部分，其 作用是拾取表征机器状态的 各种信号或参数，并使之变 成标准的电压或电流信号； 另一部分即为测量数据显示、 处理及分析系统，其作用是 将获得的信号显示出来，同 时还可利用计算机进行进一 步的处理、分析。
2、周期（T） 周期振动中一个循环所需的时间称为周期T。 3、频率（f） 单位时间内振动循环的次数称为频率f。频率与周期是倒数 1 关系，即 f T 频率的单位是次／秒，也称为赫兹，协作Hz，有时也使用 cpm。
4、相位（φ ） 相位表示在给定时刻振动部件被测点相对于某一固定参考点或其它振动部件的位 置。在实际应用中，相位主要用于比较不同振动运动之间的关系，或确定一个部件相 对于另一个部件的振动状况。
转速测量
转速是指旋转体每分钟的转数