振动基础知识

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1、基本概念和基础知识一、常见的工程物理量力、压力、应力、应变、位移、速度、加速度、转速等一） 力：力是物体间的相互作用， 是一个广义的概念 。物体承受的力可以有加载力， 也可以有动态力，我们常测试的力主要是动态力，即给结构施加力，激发结构的某 些特性，便于测试了解其结构特性，如模态试验用的力锤。二） 应力应变 ：材料或构件在单位截面上所承受的垂直作用力称为应力。在外力作用下，单位长度材料的伸长量或缩短量，称为应变量。在一定的应力范围（弹性形 变）内，材料的应力与应变量成正比，它们的比例常数称为弹性模量或弹性系数。三） 振动位移： 位移就是质量块运动的总的距离，也就是说当质量块振动时，位移 就是质

2、量块上、下运动有多远。位移的单位可以用 m 表示。进一步可以从振动位 移的时间波形推出振动的速度和加速度值。可以是静态位移，可以是动态位移。通常我们测试的都是动态位移量。有角位移、线位移等。四） 振动速度 ：质量块在振荡过程中运动快慢的度量。质量块在运动波形的上部和下部极限位置时，其速度为 0，这是因为质量块在这两点处，在它改变运动方向之前，必须停下来。质量块的振动速度在平衡位置处达到最大值，在此点处质量块已 经加速到最大值，在此点以后质量块开始减速运动。振动速度的单位是用mm/s来表示。（五）振动加速度： 被定义为振动速度的变化率，其单位是用有多少个 m/s2 或 g 来 表示。由下图可见加

3、速度最大值处是速度值最小值的地方， 在这些点处质量块由减 速到停止然后再开始加速。（六）转速 ：旋转机械的转动速度（七）简谐振动及振动三要素振动是一种运动形式往复运动dDsin （ 2t/T ）D振动的最大值，称为振幅T振动周期，完成一次全振动所需要的时间f 单位时间内振动的次数 , 即周期的倒数为振动频率，f 1/T（ Hz）（1）频率 f 又可用角频率来表示，即 2 /T （ rad/s ） 和 f 的关系为 2 f( rad/s )(2)将式（ 1）、（2）、（3）代入式可得d Dsin （ t ） Dsin （2ft ） 可以用正玄或余玄函数描述的振动过程称之为简谐振动 振动三要素：振

4、幅 D、频率 f 和相位（八）、表示振动的参数： 位移、速度、加速度 振动位移： d = Dsin tD振动速度： v = D cos t =Vsin（ t + ）2V= D2 振动加速度： a = -D 2sin t =Asin（ t + ）-D九） 振动三要素在工程振动中的意义1、振幅 振幅物体动态运动或振动的幅度 振幅是振动强度和能量水平的标志，是评价机器运转状态优劣的主要指标 峰峰值、单峰值、有效值即“有没有问题看振幅”振幅的量值可以表示为峰峰值（ pp）、 单峰值（p）、有效值（rms）或平均值（ap）。 峰峰值 是整个振动历程的最大值，即正峰 与负峰之间的差值； 单峰值 是正峰或负

5、峰 的最大值； 有效值 即均方根值。 振动位移、振动速度、振动加速度振幅分别用振动位移、振动速度、振动加速度值加以描述、度量，三者相互之间可以通过微分或积分进行换算。在振动测量中，除特别注明外，习惯上： 振动位移 的量值为 峰峰值，单位是 微米 m或毫米 mm ； 振动速度 的量值为 有效值（均方根值） ，单位是 毫米/ 秒mm/s ； 振动加速度 的量值是单峰值，单位是米/秒平方m/s 2或重力加速度 g ，1g = 9.81m/s 2 。 峰峰值、有效值、单峰值三者之间的量值关系单峰值=峰峰值/2 ， 有效值=0.707峰峰值（峰峰值 =1.414有效值）平均值 =0.637 峰峰值， 平

6、均值应用较少 。 在低频范围内，振动强度与位移成正比； 在中频范围内，振动强度与速度成正比； 在高频范围内，振动强度与加速度成正比。频率低意味着振动体在单位时间内振动的次数少、过程时间长，速度、加速度的数 值相对较小，因此振动位移能够更清晰地反映出振动强度的大小；而频率高，意味着 振动次数多、过程短，速度、尤其是加速度的数值及变化量大，因此振动强度与振动 加速度成正比。 振动位移反映了振动距离（间隙）的大小，振动速度反映了振动能量的大小，振 动加速度反映了振动冲击力的大小。在实际应用中： 大型旋转机械 的振动用装在轴承座上的 涡流式位移传感器 来测量 转子（轴）的振动， 用振动位移的峰峰值 m

7、 表示； 一般转动设备 的振动用速度传感器、 如今主要是加速度传感器在 壳体 上靠近轴承处 来测量，用振动速度的有效值 mm/s 表示； 齿轮的振动用加速度传感器在 壳体上测量，用振动加速度的单峰值 m/s 2或g 表 示，或用振动速度的有效值 mm/s 表示。2、频率 频率 f 物体每秒钟振动循环的次数，单位是赫兹 Hz 。 频率是振动特性的标志，是分析振动原因的重要依据。即“有没有问题看振幅，什么问题看频率” 。 周期 T 是物体完成一个振动过程所需要的时间，单位是秒 s 。例如一个单摆，它 的周期就是重锤从左运动到右，再从右运动回左边起点所需要的时间。频率与周期互为倒数， f 1/T。对

8、旋转机械来说，转子每旋转一周就是完成了一个振动过程，为一个周期，或者说振 动循环变化了一次。因此转速 n、角速度 都可以看作频率，称为旋转频率、转速频率、 圆频率，或 n、f 不分，都直接简称为频率，它们之间的换算关系为： f = n/60 ， 2f2n/ 600.1 n，其中转速 n 的单位为转/分钟r/min ，角速度 的单位为弧度 / 秒 rad/s 。 倍频、一倍频、二倍频、 0.5 倍频、工频、基频、转频许多振动往往与转速相关，因此振动频率也可以用转速频率的倍数来表示。倍频 就是用转速频率的倍数来表示的振动频率。如果振动频率为机器实际运行转速频率的一倍、二倍、三倍、 0.5 倍、 0

9、.43 倍、时， 则称为一倍频（习惯上又称为 1X，或 1）、二倍频（ 2X、2）、三倍频（ 3X、3）、 0.5 倍频（0.5X、0.5）、0.43 倍频（ 0.43X、0.43 ）、等。其中，一倍频，即 实际运行转 速频率又称为工频 、转频、基频， 0.5 倍频又称为半频。例如，某机器的实际运行转速 n 为 6000 r/min ，那么，转速频率 n/60 6000/60 100Hz，其工频为 100Hz，二倍频为 200Hz，半频为 50Hz。3、相位 相位 给定时刻振动体被测点相对于固定参考点的角位置，单位是度进一步的理 解后续再介绍。（十） 波形与频谱的关系FFT 变换原理FFT变换

10、示意图二 振动测量用传感器如何检测到振动信号呢？测试系统采集的都是电压信号，如何将物理量转换为电量 呢？这就需要各种类型的传感器。1、传感器作用： 传感器就是将被测物量的变化转换成电信号的转换器。2、传感器分类： 传感器根据被测物量的不同分为： 温度传感器、压力传感器、力 传感器、应变计、振动传感器（位移传感器、速度传感器、加速度传感器） 、转速传感器以 及噪声传感器 等；3、传感器常用技术指标：最常用的指标：灵敏度： 传感器将物理量转换成电量后，我们测到的是电压，如 何知道真实物理量变化了多少呢？这就是传感器的灵敏度指标要告诉我们的。 灵 敏度就是单位物理量变化产生的电量大小 。如位移传感器

11、灵敏度指标： 7.87mv/um。 单位： V/EU4、电涡流式位移传感器外形图用于测量轴的振动。灵敏度： 200mv/mil 7.87mv/ m 8 mv5、电动式速度传感器用于测量轴承座的振动速度灵敏度： 500mv/in/s 19.6mv/mm/s6、压电式加速度传感器灵敏度： 25mv/g Bently 公司标准型三、 振动标准 振动评价评价设备运行状态是否正常、有无发生故障，除查看转速、流量、压力、温度、电流 等运行参数外， 主要是看设备的振动状况，看振幅值的大小 。 振动烈度振动烈度 是振动标准中的通用术语，是描述一台机器振动能量状态的特征量。在国内 外振动标准中，几乎都规定振动烈度的度量值为振动速度的有效值。因此，可以认为 振动 烈度就是振动速度的有效值 。由于只有振动烈度才有振动标准可以参照 （大机组不完全如此） ，评价机器运转状态的 优劣时才能做到有据可依。所以在对一般旋转机械进行振动检测时，应测量振动速度的有 效值（而不是振动位移） ，并要求在 靠近轴承位置处的水平、垂直、轴向三个方向上都进行 测量，最后取最大值作为振动烈度。烈度标准