振动|振动现象|振动的分类

　　机械振动是物体或质点在其平衡位置附近所作的往复运动。振动的强弱用振动量来衡量，振动量可以是振动体的位移、速度或加速度。机械设备因振动会产生较大的动载荷和噪声，从而影响其工作性能和使用寿命，严重时会导致零、部件的早期失效。

　　机械振动现象在日常生活和工程中经常碰到。例如钟摆的摆动、船只和车辆的振动、各种机器和仪表的振动等。随着科学技术的迅速发展，机械振动已日益成为解决工程技术问题不可缺少的一门学科。

　　机械振动伴随有噪声会引起工作人员的疲劳，降低生产效率。由于现代机械结构日益复杂，运动速度日益提高，振动的危害更为突出。

　　另一方面，机械设备利用机械振动的原理，产生所需的振动，例如利用设备的振动可以完成打桩、压路、研磨、造型等各项工作。所以研究机械振动的目的就是要认识和掌握振动的基本规律，避免和减少振动的危害，充分利用其有利的一面。

　　1656-1657年，荷兰的惠更斯首次提出物理摆的理论，并创制了单摆机械钟。

　　20世纪初，人们关心的机械振动问题主要集中在如何避免共振，因此，研究的ZD是机械结构的固有频率和振型的确定。

　　1921年，德国的霍尔泽提出解决轴系扭转振动的固有频率和振型的计算方法。

　　20世纪30年代，机械振动的研究开始由线性振动发展到非线性振动。

　　20世纪50年代以来，机械振动的研究从规则的振动发展到用概率和统计的方法才能描述其规律的不规则振动——随机振动。

　　随着自动控制理论和电子计算机技术的发展，过去认为困难的多自由度系统的计算，已成为容易解决的问题。振动理论和实验技术的发展，使振动分析成为机械设计中的一种重要工具。

　　机械振动有不同的分类方法。按产生振动的原因或输入类型可分为自由振动、受迫振动和自激振动;按振动的规律可分为简谐振动、非谐周期振动和随机振动;按系统类型或振动系统结构参数的特性可分为线性振动和非线性振动;按系统

　　阻尼振动是指，由于振动系统受到摩擦和介质阻力或其他能耗，而使振幅随时间逐渐衰减的振动，又称减幅振动、衰减振动。由于外界的摩擦和介质阻力总是存在，在振动过程中要不断克服外界阻力做功，消耗能量，振幅就会逐渐减小，经过一段时间，振动就会完全停下来。

　　在任何一个动力学系统中，都存在某种形式的机械能耗散。在系统建模中，如果与系统中初始激励时总机械能相比，在感兴趣时间历程内耗散的机械能较小，那么阻尼可以忽略。即使对于高阻尼比系统，进行忽略阻尼项的分析也是有用的。这是为了研究几个关键的动态特性，如模态参数(无阻尼固有频率和振动模态)。

　　有若干种类型阻尼属于机械系统的内在表现。如果以这种方式提供的有效阻尼值不足于系统本身功能的发挥，那么外部阻尼装置可以添加进来，既可以在Z初的设计阶段，也可以在随后系统设计修改阶段。在研究机械系统时，有三种主要的阻尼机理很重要。它们是：

　　①内部阻尼(材料的)。

　　②结构阻尼(在铰链和界面处)。

　　③流体阻尼(通过流体一结构相互作用)。

　　内部(材料)阻尼来自于材料内部各种各样微观和宏观过程的机械能耗散。结构阻尼产生于机械结构各部件之间相对运动引起的机械能的耗散，这些部件存在一个共同接触点、铰接点或支撑物。流体阻尼产生于一个机械系统或它的部件在流体中移动时拖拉力和关联的动态相互作用引起的机械能耗散。

　　两种通用的外部阻尼器可以直接添加到机械系统上，用来改善系统的能量耗散特性。这两种阻尼器是：①被动阻尼器。②主动阻尼器。

　　被动阻尼器是通过各种运动来消耗能量的装置，不需要外界提供功率或使用作动器。主动阻尼器拥有需要外界提供功率的作动器。它们通过主动地控制需要阻尼的系统的运动来工作。阻尼器可能会被视为振动控制器。

　　物体做阻尼振动时，除了受到一个线性回复力F=-kx之外，还受到一个与运动方向相反的阻力。实验表明，在气体或液体中运动

　　振动时效技术是对工件施加变化的循环载荷来消除和减少内部残余应力。该技术具有耗能少、效果显著、无污染、处理快速等优点，广泛应用于消除焊接件、重型工件的残余应力。

　　振动时效是用激振设备在构件残余应力集中处施加等幅交变循环激振力，构件在共振状态下获得较大的激振动应力，在某个方向上的合应力超过材料的屈服极限，该处会产生屈服变形，引起残余应力松弛并释放出来，使残余应力均匀分布。这种方法不仅能有效地降低峰值残余应力，而且能使整体残余应力值下降。

　　下图为金属材料受等幅交变应变εB-εC作用时的应力应变曲线，图中OA为弹性载荷段，构件的初始残余应力为σA，ACB是diyi次发生屈服变形后的应力应变曲线。构件内的总应力超过屈服点而发生变形，在C处残余应力沿弹性卸载荷线CB'下降，经过D点后曲线偏离CB'至B点，完成一次交变应变循环。经过多次交变循环后，曲线循环稳定为C'E'B"EC'，此时残余应力由σA减小至σE，残余应力减小至稳定的过程就是振动时效宏观机理的直观表示。

　　要消除或减小工件中的残余应力，必须满足以下条件：

　　(1)构件内部残余应力与激振器施加的激振动应力叠加后的总应力应超过材料屈服极限。即σ残+σ动>σs，其中：σ残为构件内部残余应力，σ动为激振动应力，σs为材料的屈服极限。

　　(2)随着振动时效时间的增长，构件内部的残余应力会由于发生塑性屈服而下降。当残余应力降低到与振动应力叠加后等于新的屈服极限时，构件内的将达到平衡，使构件尺寸稳定性得到提高。

　　(3)残余应力随时效振动的进行而降低，并Z终达到平衡，如果要继续降低σ残，就必须增大σ动，否则在构件达到平衡后的振动是无效的。

　　从微观角度来看，残余应力降低的本质是通过某种微观或局部的塑性变形使构件中的弹性应变能逐渐释放的过程。构件晶体内有大量位错存在

　　振动泛指物体在某一位置附近的往复运动。这里的物体既可以是飞机、车辆、船舶和建筑等大型宏观物体，也可以是微粒、分子、原子和光子之类的微观物质。

　　振动是一种常见的力学现象，任何物体只要有惯性和弹性，在激励作用下就会发生振动。引起机械或结构振动的原因是各种各样的，例如：

　　旋转机械转动质量的不平衡分布，传动装置中齿轮加工误差，轴承的缺陷和不良润滑等都会引起机器的振动;汽车在不平路面上行驶会导致车身振动，车辆通过桥梁时会使桥梁结构产生振动;飞机与空气作用、海浪与船舶作用都可以导致飞机与船舶结构的振动;大桥或高层建筑在地震波和风的作用下同样会产生振动。

　　对于多数机器和结构来说，振动带来的是不良后果。振动会降低机器的使用性能，如机床振动会降低工件的加工精度，测量仪器在振动环境中无法正常使用，起重机振动使货物装卸或设备吊装发生困难。

　　由于振动，机器和结构会受到反复作用的动载荷，这将降低机器和结构的使用寿命，甚至导致灾难性的破坏性事故。如大桥因共振而毁坏，烟囱因风致振动而倒塌，汽轮机轴因振动而断裂，飞机因颤振而坠落等。

　　虽属罕见，但都有记录。1940年美国华盛顿州Tacoma海峡大桥通车仅四个月就因为8级大风引起颤振而坍塌。此外，机器和结构振动往往伴随着噪声，这是由于振动在机器或结构小传播时会辐射声音，从而形成噪声。

　　振动和噪声对环境造成影响，严重时可以损害人体健康。振动传递给人体，除了引起不适，还会影响操作人员对机器或设备的操控，降低工作效率。人如果较长时间暴露于振动噪声环境中，会感到身心疲惫;振动噪声严重超标时将损害人的听力和运动机能。

　　当然振动并非全无是处，也有可以利用的方面。例如，工厂里使用的振动输送机和振动筛、道路使用的振动压路机和铁路使用的碎石道床捣固车、建筑工地使用的风镐和混凝土浇捣工具、日常使用的钟表、电子按摩装置和很多乐器都是利

　　振动检测是针对旋转设备的各种预测性维修技术中的核心部分，振动检测具有直接、实时和故障类型覆盖范围广的特点。其它预测性维修技术：如红外热像、油液分析、电气诊断等则是振动检测技术的有效补充。

　　一台设计合理的机器，其固有振级也很低。但当机器磨损、基础下沉、部件变形、连接松动时，机器的动态性能开始出现各种细微的变化，如轴不对中、部件磨损、转子不平衡、配合间隙增大等。所有这些因素都会在振动能量的增加上反映出来。因此，振动加剧常常是机器要出故障的一种标志，而振动是可以从机器的外表面检测到的。

　　过去，设备工程师根据经验靠手摸、耳听来判断机器是否正常或其故障是否在发展。但如今机器的转速较高，许多起警告性的振动出现在高频段，因此，只有用仪器才能检测出来。

　　1、常规监测

　　设备正常运转时，使用笔式测振仪检测设备旋转部位的振动值，主要是振动速度，测量轴向、垂直方向和水平方向的振速并记录作为参考值。

　　岗位巡检人员在日常检测发现测量值发生变化时，通常先检查连接部件是否松动，能停机的设备可检查轴对中、轴承游隙或轴承与轴和轴承座的配合间隙等，不能停机的设备则使用振动频谱仪进行精密检测，分析振动频谱，找出是否为动平衡原因或其他原因。

　　据有关资料统计，利用简易诊断仪器可以解决设备运行中50%的故障。由此可见，简易诊断在设备管理与维修中具有重要作用。

　　2、精密监测

　　精密监测是通过振动频谱仪检测设备振动频谱图，分析各频率对应的振动速度分量，如某一频率的振动速度分量超限，可对比常见振动故障识别表判断故障点。

　　振动频率的计算：设备运转部位的工频振动频率(Hz)=转速(r/min)/60，如某风机的转速为960r/min，则其工频振动频率为16Hz。工频振动频率通常称为转动频率。

　　常用的振动监测方法有波形、频谱、相位分析及解调分析法。

　　频谱图显示振动信号中的各种频率成分

　　全振动是物体的运动状态(位置、速度、加速度)，从某一时刻起到再次恢复到与该时刻相同状态所经历的过程。完成一次全振动的时间是相同的(即一个周期)。

　　1、什么是振动，全振动又是什么?

　　振动的解释：物体的全部或一部分沿直线或曲线往返颤动，有一定的时间规律和周期。

　　全振动的解释：全振动是从任一时刻起，物体的运动状态(位置、速度、加速度)，再次恢复到与该时刻完全相同所经历的过程。

　　2、什么叫一次全振动?

　　一次全振动是指从某一振动状态出发，又回到该振动状态所发生的振动。振动状态是由振动位移的大小、方向和速度的大小、方向决定的，只有当两个振动状态的位移(包括大小和方向)和速度(包括大小和方向)都相同时，这两个振动状态才相同，经历这样两个振动状态所花的时间而且应是Z短的时间才是周期。

　　3、一次全振动有多少次振幅?

　　振动物体离开平衡位置的Z大距离叫振动的振幅。振幅在数值上等于Z大位移的大小。振幅是标量，单位用米或厘米表示。振幅描述了物体振动幅度的大小和振动的强弱。

　　振动质点经过一次全振动后其振动状态又恢复到原来的状态。强调：“恢复到原来状态”指与原来的位置、速度、位移、加速度等大小和方向都相同的状态。故振动物体一次全振动所经过的路程为4A。

　　所以：是4次振幅。

　　4、一次全振动算几个周期?

　　一次全振动为一个周期，周期：物体完成一次全振动所需的时间。

　　频率=周期的倒数，表示单位时间内全振动的次数。

　　5、做简谐运动的物体完成一次全振动的意义?

　　速度和加速度diyi次同时恢复原来的大小和方向所经历的过程。

　　6、单摆的一次全振动是经过几次Z低点?

　　如果开始位置不是在Z低点，则在一次全振动是经过2次Z低点。

　　如果开始位置在Z低点，则以后在一次全振动是经过3次Z低点(含初始时刻和结束时刻)。

　　7、为什么不同始点完成一次全振动所用时间会一样呢?

　　一个周期振动的路程是

　　振动分析技术通过采集风力机组传动系统中各轴承处的振动数据和波形，以振动理论为依据，经过振动频谱分析诊断，可以准确判断出故障轴承点及故障程度，提高工作效率。

　　振动数据分析主要包括时域、频域、时频域等分析方法。时域信号特征主要有峰值、均值等有量纲参数，峭度、脉冲因数等无量纲参数，以及概率分布特征等。通过时域分析可以判断出轴承故障的发展趋势。

　　为了精确判断故障发生部位、故障程度，需对振动数据进行频域分析。在轴承故障的频域分析中，振动信号的频谱图直观的表达出信号中的频率成分以及各频率成分的能量大小。

　　快速傅里叶变换(FFT)在故障分析领域中起着非常重要的作用，通过杂乱无章的时域波形图变换成直观、有规律的频谱图。在FFT的基础上进行包络分析、共振解调分析等，可实现对轴承故障早期的精密诊断。

　　滚动轴承不同部位处发生故障，其频谱和波形特征不同，故障程度不同，其波形振幅也不同。频谱分析据于此特征从而判断出轴承故障发生的部位和程度。

　　①径向振动在轴承故障特征频率及其低倍频处有波峰，若有多个同类型故障，则在故障特征频率的低倍频处有较大的峰值;

　　②轴承内滚道故障特征频率有边带，边带间隔为1倍频的倍数;

　　③滚动体特征频率处有边带，边带间隔为保持架故障特征频率;

　　④若在加速度频谱的中高区域突然有峰群生出，表明有疲劳故障;

　　⑤径向诊断时域波形有垂直复冲击迹象，其波峰系数大于5，表明故障产生了高频冲击现象。

　　一、轴承座振动

　　1、转子质量不平衡引起的振动

　　在现场发生的风机轴承振动中，属于转子质量不平衡的振动占多数。

　　造成转子质量不平衡的原因主要有：

　　叶轮磨损(主要是叶片)不均匀或腐蚀;叶片表面有不均匀积灰或附着物(如铁锈);机翼中空叶片或其他部位空腔粘灰;主轴局部高温使轴弯曲;叶轮检修后未找平衡;叶轮强度不足造成叶轮开裂或局部变形;叶轮上零件松动或连