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基本概念和基礎知識 一、

常見的工程物理量 力、壓力、應力、應變、位移、速度、加速度、轉速等 

（一） 力：力是物體間的相互作用，是一個廣義的概念。物體承受的力可以有加載力， 也可以有動態(tài)力，我們常測試的力主要是動態(tài)力，即給結構施加力，激發(fā)結構的某些 特性，便于測試了解其結構特性，如模態(tài)試驗用的力錘。 

（二） 應力應變：材料或構件在單位截面上所承受的垂直作用力稱為應力。在外力作用 下，單位長度材料的伸長量或縮短量，稱為應變量。在一定的應力范圍（彈性形變） 內，材料的應力與應變量成正比，它們的比例常數(shù)稱為彈性模量或彈性系數(shù)。 

（三） 振動位移：位移就是質量塊運動的總的距離，也就是說當質量塊振動時，位移就 是質量塊上、下運動有多遠。位移的單位可以用 ?m 表示。進一步可以從振動位移的 時間波形推出振動的速度和加速度值。 1 可以是靜態(tài)位移，可以是動態(tài)位移。通常我們測試的都是動態(tài)位移量。有角位移、線位移 等。 

（四） 振動速度：質量塊在振蕩過程中運動快慢的度量。質量塊在運動波形的上部和下 部極限位置時，其速度為 0，這是因為質量塊在這兩點處，在它改變運動方向之前， 必須停下來。質量塊的振動速度在平衡位置處達到最大值，在此點處質量塊已經加速 到最大值，在此點以后質量塊開始減速運動。振動速度的單位是用 mm/s 來表示。 

（五） 振動加速度：被定義為振動速度的變化率，其單位是用有多少個 m/s2 或 g 來表 示。由下圖可見加速度最大值處是速度值最小值的地方，在這些點處質量塊由減速到 停止然后再開始加速。 

（六） 轉速：旋轉機械的轉動速度 

（七）簡諧振動及振動三要素 振動是一種運動形式――往復運動 2 d＝Dsin（2πt/T＋Φ ） D――振動的最大值，稱為振幅 T――振動周期，完成一次全振動所需要的時間 f――單位時間內振動的次數(shù),即周期的倒數(shù)為振動頻率， f ＝ 1/T （Hz） (1) 頻率 f 又可用角頻率來表示，即 ω ＝ 2π/T （rad/s） ω 和 f 的關系為 ω ＝ 2πf f ＝ ω/2π （rad/s） （Hz） (2) (3) 將式（1）（2）（3）代入式可得 、 、 d ＝ Dsin（ωt＋Φ ）＝Dsin（2πft＋Φ ） 可以用正玄或余玄函數(shù)描述的振動過程稱之為簡諧振動 3 振動三要素：振幅 D、頻率 f 和相位Φ （八） 、表示振動的參數(shù)：位移、速度、加速度 振動位移： d = Dsin ? t D 振動速度： v = D ? cos ? t =Vsin( ? t + V= D ? 振動加速度：a = -D ? 2sin ? t =Asin( ? t +π) A＝-D ? 2 （九） 1、 ? ) 2 振動三要素在工程振動中的意義 振幅 ○ 振幅～物體動態(tài)運動或振動的幅度。 ★ 振幅是振動強度和能量水平的標志， 是評價機器運轉狀態(tài)優(yōu)劣的主要指標。 即“有沒有問題看振幅” 。 ○ 峰峰值、單峰值、有效值 振幅的量值可以表示為峰峰值（pp） 、 單峰值 （p） 有效值 、 （rms） 或平均值 （ap） 。 峰峰值是整個振動歷程的最大值，即正峰 與負峰之間的差值；單峰值是正峰或負峰 的最大值；有效值即均方根值。 ○ 振動位移、振動速度、振動加速度 振幅分別用振動位移、振動速度、振 動加速度值加以描述、度量，三者相互之間可以通過微分或積分進行換算。在振動測量中， 除特別注明外，習慣上： 4 ○ 振動位移的量值為峰峰值，單位是微米[μm]或毫米 [mm]； ○ 振動速度的量值為有效值（均方根值） ，單位是毫米/秒[mm/s]； ○ 振動加速度 的量值是單峰值，單位是米/秒平方 [m/s2]或重力加速度 [g]，1[g] = 9.81[m/s2]。 ○ 峰峰值、有效值、單峰值三者之間的量值關系 單峰值=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， 平均值應用較少。 △ 在低頻范圍內，振動強度與位移成正比； △ 在中頻范圍內，振動強度與速度成正比； △ 在高頻范圍內，振動強度與加速度成正比。 頻率低意味著振動體在單位時間內振動的次數(shù)少、過程時間長，速度、加速度的數(shù)值 相對較小，因此振動位移能夠更清晰地反映出振動強度的大?。欢l率高，意味著振動 次數(shù)多、過程短，速度、尤其是加速度的數(shù)值及變化量大，因此振動強度與振動加速度 成正比。 △ 振動位移反映了振動距離（間隙）的大小，振動速度反映了振動能量的大小，振動 加速度反映了振動沖擊力的大小。 在實際應用中： △ 大型旋轉機械的振動用裝在軸承座上的渦流式位移傳感器來測量轉子（軸）的振動， 用振動位移的峰峰值[μm]表示； △ 一般轉動設備的振動用速度傳感器、 如今主要是加速度傳感器在殼體上靠近軸承處來 測量，用振動速度的有效值[mm/s]表示； △ 齒輪的振動用加速度傳感器在殼體上測量，用振動加速度的單峰值[m/s2]或[g]表示， 或用振動速度的有效值[mm/s]表示。 2、頻率 ○ 頻率 f ～物體每秒鐘振動循環(huán)的次數(shù)，單位是赫茲 [Hz]。 ★ 頻率是振動特性的標志，是分析振動原因的重要依據(jù)。 即“有沒有問題看振幅，什么問題看頻率” 。 ○ 周期 T 是物體完成一個振動過程所需要的時間，單位是秒 [s] 。例如一個單擺，它的 周期就是重錘從左運動到右，再從右運動回左邊起點所需要的時間。 頻率與周期互為倒數(shù)，f＝1/T。 對旋轉機械來說，轉子每旋轉一周就是完成了一個振動過程，為一個周期，或者說振動 循環(huán)變化了一次。因此轉速 n、角速度 ω 都可以看作頻率，稱為旋轉頻率、轉速頻率、圓頻 率，或 n、ω、f 不分，都直接簡稱為頻率，它們之間的換算關系為：f = n/60，ω＝2πf＝ 5 2πn/60≈0.1n，其中轉速 n 的單位為轉/分鐘[r/min]，角速度 ω 的單位為弧度/秒[rad/s]。 ○ 倍頻、一倍頻、二倍頻、0.5 倍頻、工頻、基頻、轉頻 許多振動往往與轉速相關，因此振動頻率也可以用轉速頻率的倍數(shù)來表示。 倍頻就是用轉速頻率的倍數(shù)來表示的振動頻率。 如果振動頻率為機器實際運行轉速頻率的一倍、二倍、三倍、0.5 倍、0.43 倍、?時，則 稱為一倍頻 （習慣上又稱為 1X， 1× 、 或 ） 二倍頻 （2X、 ） 三倍頻 2× 、 （3X、 ） 0.5 倍頻 3× 、 （0.5X、 0.5× 、0.43 倍頻（0.43X、0.43× 、?等。其中，一倍頻，即實際運行轉速頻率又稱為工頻、 ） ） 轉頻、基頻，0.5 倍頻又稱為半頻。 例如，某機器的實際運行轉速 n 為 6000 r/min，那么，轉速頻率＝n/60＝6000/60＝100Hz，其工頻為 100Hz，二倍頻為 200Hz，半頻為 50Hz。 3、相位 ○ 相位～給定時刻振動體被測點相對于固定參考點的角位置，單位是度〔° 〕進一步的理解 后續(xù)再介紹。 （十） 波形與頻譜的關系 FFT 變換原理 6 FFT 變換示意圖 二 振動測量用傳感器 如何檢測到振動信號呢？測試系統(tǒng)采集的都是電壓信號，如何將物理量轉換為電量呢？ 這就需要各種類型的傳感器。 

1、 傳感器作用：傳感器就是將被測物量的變化轉換成電信號的轉換器。 

2、 傳感器分類：傳感器根據(jù)被測物量的不同分為：溫度傳感器、壓力傳感器、力 傳感器、應變計、振動傳感器（位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器） 、轉速傳感器以及 噪聲傳感器等；

 3、 傳感器常用技術指標： 最常用的指標：靈敏度：傳感器將物理量轉換成電量后，我們測到的是電壓，如 何知道真實物理量變化了多少呢？這就是傳感器的靈敏度指標要告訴我們的。靈敏 度就是單位物理量變化產生的電量大小。 如位移傳感器靈敏度指標： 7.87mv/um。 單 位：V/EU

 4、 電渦流式位移傳感器 外形圖 7 用于測量軸的振動。 靈敏度：200mv/mil＝7.87mv/μ m≈8 mv 5、 電動式速度傳感器 用于測量軸承座的振動速度。 靈敏度：500mv/in/s ＝ 19.6mv/mm/s 8 6、 壓電式加速度傳感器 靈敏度： 25mv/g Bently 公司標準型 三、 振動標準 △ 振動評價 評價設備運行狀態(tài)是否正常、有無發(fā)生故障，除查看轉速、流量、壓力、溫度、電流等 運行參數(shù)外，主要是看設備的振動狀況，看振幅值的大小。 ○ 振動烈度 振動烈度是振動標準中的通用術語，是描述一臺機器振動能量狀態(tài)的特征量。在國內外 振動標準中，幾乎都規(guī)定振動烈度的度量值為振動速度的有效值。因此，可以認為振動烈度 就是振動速度的有效值。 由于只有振動烈度才有振動標準可以參照（大機組不完全如此） ，評價機器運轉狀態(tài)的優(yōu) 劣時才能做到有據(jù)可依。所以在對一般旋轉機械進行振動檢測時，應測量振動速度的有效值 （而不是振動位移） ，并要求在靠近軸承位置處的水平、垂直、軸向三個方向上都進行測量， 最后取最大值作為振動烈度。 烈度標準 9 10 11