正弦振動(dòng)與隨機振動(dòng)狀態(tài)參數解釋

各種機器的振動(dòng)信號成分可以簡(jiǎn)單地分為三類(lèi)：正弦振動(dòng)，隨機振動(dòng)及沖擊振動(dòng)。

 

 

一、正弦振動(dòng)的參數
 
 

1. 振幅是表示機器振動(dòng)嚴重程度或性能質(zhì)量的重要指標。

 

如果振幅很小就沒(méi)有必要去考慮它的頻率成分、相位變化及振型。

 

對機器振動(dòng)嚴重程度的理解是不統一的，有振動(dòng)位移、振動(dòng)速度或振動(dòng)加速度之分。不同行業(yè)制定振動(dòng)標準可能采用位移、速度或加速度。不管采用何種標準，振幅的度量又可分為峰值 (Peak)、峰峰值 (P—P) 或有效值 (RMS) 三種。對于單一頻率的純正弦振動(dòng)，有效值等于峰值的0.707倍。

 

 

習慣上，位移振幅單位為μm，采用峰峰值；速度振幅單位為mm/s，采用有效值；加速度振幅單位mm/s²或g，采用峰值。但也不盡然，例如，著(zhù)名的GE公司對燃氣輪機出廠(chǎng)試驗的標準卻是以軸承座上速度值的峰值為依據的。
 
因為振動(dòng)位移比較直觀(guān)，人們往往在測量出速度振幅后還希望折算到振動(dòng)位移值，它們之間的一個(gè)簡(jiǎn)單的換算方法是：
式中，Dp-p 是位移的峰峰值，Vrms 是速度幅值的均方根值，f  是正弦振動(dòng)的頻率 (Hz)。例如，振動(dòng)速度的均方根值等于1mm/s，則對應的位移峰峰值等于4.5μm。
 
實(shí)際機器的振動(dòng)絕不可能是單一頻率的正弦振動(dòng)。這種情況下，振動(dòng)的峰值或峰峰值變得十分復雜，往往在某一個(gè)相等的短時(shí)間間隔內，它們不是一個(gè)常值，有時(shí)甚至變化很大。上式換算出來(lái)的位移振幅只是一個(gè)當量值，并不真實(shí)代表振動(dòng)位移的最大值。有的機組出廠(chǎng)標準采用位移的真峰峰值，這種情況下，振動(dòng)讀數會(huì )比按上式的標準高得多。
 

2. 頻率是分析振動(dòng)原因的主要依據。

 

不同的振源引起不同頻率的振動(dòng)，這也是為什么頻率分析是振動(dòng)故障分析的主要方法受到特別重視的原因。對于旋轉機械的振動(dòng)，根據振動(dòng)頻率分為同步振動(dòng)和非同步振動(dòng)。同步振動(dòng)的頻率是機器運行轉速的整倍數或分數，典型的同步振動(dòng)有1X，2X，1/2X以及0.43X。

 

3. 相角實(shí)際機器振動(dòng)十分復雜，討論機器上某一點(diǎn)振動(dòng)的相角是沒(méi)有意義的。

 

只有單一頻率純正弦振動(dòng)才有相角的概念。例如，軸振動(dòng)的工頻分量（與轉速對應的頻率）與軸上某一固定標志的相位差，轉子“高點(diǎn)”就是基于相角測量。所謂“高點(diǎn)”是軸上的某一點(diǎn)（方向），當該點(diǎn)轉到徑向振動(dòng)位移傳感器的位置時(shí)，振動(dòng)正好是正峰值。通過(guò)確定轉子上高點(diǎn)的位置，能確定轉子平衡狀態(tài)及殘余不平衡量的位置。

 

4. 機器振型十分復雜，即使穩定振動(dòng)，其振型也是瞬時(shí)變化的。

 

模態(tài)分析經(jīng)過(guò)參數識別獲得的是機器的固有振型。實(shí)際機器承受一個(gè)或多個(gè)激勵頻率，是一個(gè)或多個(gè)強迫振動(dòng)以及隨機噪聲的迭加。轉軸振型則有實(shí)際意義，在一定轉速下，轉軸沿軸向的振動(dòng)變形就是轉子振型。對于單個(gè)轉子而言，經(jīng)過(guò)某一階臨界轉速，振型發(fā)生變化；對于多跨轉子，每隔一定距離放置一組互相垂直的徑向位移傳感器，并利用基準相位信息就可以獲得轉子沿軸向的振動(dòng)形狀，它有助于估計轉子與固定部件之間的間隙以及節點(diǎn)位置。

 

 

二、隨機振動(dòng)的狀態(tài)
 
 
隨機振動(dòng)的狀態(tài)是瞬時(shí)變化不確定的，無(wú)法用振幅、頻率和相位振型來(lái)描述。任何一個(gè)機器的實(shí)際振動(dòng)信號中，既有以正弦振動(dòng)為特征的周期振動(dòng)，又有以隨機振動(dòng)為特征的環(huán)境振動(dòng)和噪聲。描述隨機振動(dòng)用統計量均值、均方根值及峭度等。

 

 

均值：

均方根值：

峭度 (Kurtosis)：

典型信號的峭度系數如下表：

 

 

表中，d 為脈沖的占空系數，即脈沖的寬度與重復周期之比。一般運轉平衡、無(wú)明顯周期干擾的，其振動(dòng)信號的幅值概率密度函數接近于正態(tài)分布。因此，峭度系數應為3左右，和振動(dòng)強弱無(wú)關(guān)。
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