振動是怎么產生的?如何利用簡易方法識別不同頻率段的振動故障?
機械振動是一種特殊形式的運動,物體相對于平衡位置所作的的往復運動稱為機械振動,是指機械系統的位移、速度、加速度在某一數值附近隨時間的變化規律。例如,機器箱體的顫動、管線的抖動、葉片的擺動等都屬于機械振動。
產生振動是因為它本身具有質量和彈性,而阻尼抑制振動。當機械系統受到外力作用時,質量吸收動能,獲得速度;質量本身離開平衡位置后具有一定得勢能,也必然產生指向平衡位置的恢復力;而彈簧是迫使質量回到原來的平衡位置主要恢復力。這種能量的轉換導致了機械振動,若失去外力作用,由于阻尼的存在,振動將逐漸消失。
質量,表示物體保持其原始的靜止或運動狀態的慣性。力促使靜止或運動狀態發生變化,質量阻止這種變化,Kg 。
剛度,使結構彎曲即撓曲一定的距離需要一定的力。產生一定撓度所要求的力的量值被稱為剛度,N/m。
阻尼,一旦力使一個零件或結構進入運動狀態,零件或結構就會具有減慢運動(速度)的固有機制。這個降低運動速度的性質稱為阻尼,N/(m/s)
機器中的由缺陷引起的振動,如果缺陷引起的振動比以上三個抑制性質的凈和大很多,產生的振動值就會很***。
需要說明的是,物體并非受到激勵就會振動,因物體運動過程中總會受到阻尼作用,只有阻尼小于臨界值時才會產生振動,臨界阻尼為物體的固有屬性。
臨界阻尼:任何一個振動系統,當阻尼增加到一定程度時,物體的運動是非周期性的,物體振動連一次都不能完成,只是慢慢地回到平衡位置就停止了。當阻力使振動物體剛能不作周期性振動而又能***快地回到平衡位置的情況,稱為“臨界阻尼”。
實際阻尼與臨界阻尼之比稱為阻尼比。當阻尼比小于1時,振動振幅按指數規律衰減;當阻尼大小于1時,物體不會振動,而是做非周期運動。
一、簡諧振動
簡諧振動是一種***基本的振動形式,了解它的特性,對了解其它振動的特性和掌握振動監測診斷技術都是十分重要的。簡諧振動的一般數學表達式為:
式中:y(t)——振動體相對于平衡位置的位移
A——振幅,表示振動體偏離平衡位置的***大距離
ω——振動的角頻率,表示2π秒內振動的次數或圓頻率(ω=2πf,f=1/T,f為振動頻率,T為振動周期)
φ——振動的初相位角,用以表示振動物體的初始位置。
簡諧振動是一種確定性振動,其特性決定于A,ω,φ三個參數。振幅A表示振動的大小,角頻率ω表示振動的快慢,初始相位角φ表示振動物體的初始位置。這三個參數在設備診斷中有著重要的意義。
需要指出的事,簡諧振動一定是周期振動,但是,周期振動不一定是簡諧振動。簡諧振動的位移、速度、加速度三者之間波的形狀相似,頻率(或周期)完全相同,不同之處在于幅值和相位,加速度***速度90º; 速度***位移90º,(因平臺內不能編輯公式,位移、速度、加速度公式略過)
即、速度振幅是位移振幅的ω倍;加速度振幅是位移振幅的ω2倍;振動頻率越***,三者之間的差別就越大。加速度的大小與位移成正比,而其方向與位移相反,加速度的方向始終指向靜平衡位置。
根據簡諧振動這一性質可導出一個簡易公式, 由于生產現場使用振動表位移量表示為峰峰值、速度表示為有效值、而加速度表示為峰值,所以同頻下位移與速度幅值可用下式進行換算,并以此識別頻率特征:
式中:——位移峰峰值(μm),——速度有效值(mm/s),—轉速頻率(HZ)
例:假如一臺每分鐘1500轉的風機以單一的工頻振動,現場實測位移峰峰值是90μm,那它轉頻振動速度有效值應該是5mm/s,如果實測速度有效值是8.6mm/s,則實測值遠大于5mm/s,說明***頻振動對故障起主導作用;若振動位移峰峰值同樣是90μm,而實測速度有效值是3mm/s,則實測值小于5mm/s說明低頻振動對故障起主導作用。
設備的實際振動并不是單一的簡諧振動,往往由多種頻率成分構成,但對于基頻故障來說,轉速頻率往往占有絕對大幅值,其換算結果基本與上公式相符合。