目前，在工業(yè)領域里煤炭、電力、化工及機械制造等行業(yè)中工業(yè)電機、風機、空壓機、沖壓機、水泵、數(shù)控機床、工程機械等設備被廣泛使用，在機械設備運行過程中，設備振動信號承載著設備的狀態(tài)信息，蘊含了豐富的設備異?；蛘吖收系男畔?，可以說振動特征是設備運行狀態(tài)好壞的重要標志。運維檢測行業(yè)中由于依靠人工點檢，工作人員在噪音、粉塵、強干擾的惡劣環(huán)境中無法長時間監(jiān)測設備運行數(shù)據(jù)，設備因軸承磨損和不平衡造成帶傷工作無法被及時發(fā)現(xiàn)，導致機械故障頻繁發(fā)生，造成非預期停產(chǎn)，從而給企業(yè)帶來巨大損失。因此，基于振動信號的故障監(jiān)測在設備診斷領域中是一種極為可靠有效的實施辦法。

什么是機械振動？

指物體圍繞其平衡位置附近來回擺動并隨時間變化的一種運動，是機械系統(tǒng)對激勵的響應。振動的強弱用振動量來衡量，振動量可以是振動體的位移、速度或加速度。機械振動有不同的分類方法.按產(chǎn)生振動的原因可分為自由振動、受迫振動和自激振動。

為什么要機器振動分析？

在機器振動的機械振動方面，振動分析是一項非常重要的技術。它是基于機器振動信號所提供的高信息內容，它是機器狀態(tài)的指示器，用于故障診斷。振動分析在預測維修程序中的基礎，廣泛應用于機械零件如軸承、軸、聯(lián)軸器、轉子、電機等的早期和嚴重故障的檢測和監(jiān)測等。

描述機械振動的三個基本要素是振輻、頻率和相位，簡稱振動的三要素。
?

■?振動幅值，簡稱振幅，是描述振體偏離其平衡位置大小的物理量。振幅反映了設備振動的強弱。在振動簡易診斷中，常常用振幅的大小作為判斷設備運行狀態(tài)的依據(jù)。在振動精密診斷中，尋找振幅的頻率成分，是判斷設備故障部位的主要工作。在振動測量中，振動的幅值一般用峰值、有效值或平均值來度量振動的量級。

■?振動頻率是指單位時間內振動的次數(shù)。在機械設備中，每一個運動著的零部件都有其特定的固有頻率和振動頻率。我們可以通過分析設備的頻率特征來判斷設備的工作狀態(tài)。若不了解設備的結構和運動零部件的振動頻率，就不能確切地判斷設備的故障。因此，設備振動頻率的計算和特征頻率的檢測，是故障診斷工作的重要環(huán)節(jié)。

■?振動相位是指在任意時刻，振體所處的位置。在振動的合成中可以看到，相同的振動，若相位不同，能合成為不同的振動。在故障診斷中，設備振動相位的變化，往往反映一些特定的故障。相位的檢測和分析，可用于振型測量、諧波分析，以及設備動平衡的測定等。

機械振動的峰值、有效值、峰峰值、平均值之間的關系是什么呢？

以常見的機械振動—簡諧振動為例說明，有效值=0.707X 峰值=1.11X 平均值，峰值=1.414X 有效值=1.57X平均值，平均值=0.637X 峰值=0.90X 有效值，峰峰值=2X峰值。

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]。

振動位移、速度、加速度之間又是什么關系？

加速度都是同頻率的簡諧波，三者的幅值依次為A、Aω、A，在相位上，加速度領先速度90°，速度領先位移90°，如下圖所示

機械設備振動監(jiān)測和故障診斷的基礎

高質量的數(shù)據(jù)是機械設備振動監(jiān)測和故障診斷成功的基礎。如何獲得穩(wěn)定、高質量的、有效的振動數(shù)據(jù)，其取決于測量位置的選擇、機器和測點的識別、測量參數(shù)的正確選擇、正確合適的測量技巧、傳感器的正確和穩(wěn)定安裝。

01、測量位置的選擇

盡量靠近軸承；數(shù)據(jù)采集的三個方向必須選擇剛性良好處；對低速重負荷軸承，在負載區(qū)域設置采集點；安全第一，必要時安裝固定傳感器；水平方向盡量接近水平軸線；垂直方向盡量接近垂直軸線；軸向與軸平行，每次在相同位置，如3:00, 9:00；對泵，不要將密封位置誤認為軸承；不要在基座或基礎上測取軸承數(shù)據(jù)；不要將測量位置放在薄板上，如電機端罩。

02、機器和測點識別

制定機器和測點命名規(guī)則, 并保持一致；從電動機外端軸承開始，到被驅動機器外端軸承結束；對每臺機器畫一個圖，注明測量位置，包括結構參數(shù)和運行參數(shù)范圍，測點命名順序如下圖所示。

03、測量參數(shù)的正確選擇

測量參數(shù)的正確選擇，以機器的常見故障和關鍵部件為出發(fā)點，根據(jù)不同設備選擇不同的測量參數(shù)，產(chǎn)生寬頻帶振動的設備可有多個設置參數(shù)，具體的應用如下表所示。

04、正確合適的測量技巧

不要使傳感器晃動或滑動；手持式測量時施加穩(wěn)定的手力；磁場和電磁波可能影響數(shù)據(jù)采集器和傳感器；不要使用相對測量位置太大的傳感器或磁力太強影響機器運行；對低于300CPM的測量，不要使電纜晃動；在采集數(shù)據(jù)前使信號穩(wěn)定（一般5至6秒）；使振動幅值在儀器測量范圍1/3以上；使用數(shù)據(jù)采集器的現(xiàn)場檢查功能紀錄觀察的信息，側臉技巧如下圖所示。

05、傳感器的正確和穩(wěn)定安裝

在曲面上測量要進行處理或使用V槽磁座；確保傳感器和磁座間的接觸清潔而緊固；如果測量2000Hz以上的頻率，去掉測量位置的油漆；如果安裝固定墊或盤，粘結劑要有較好的傳遞特性和適當?shù)暮穸龋槐ＷC測量表面清潔，安裝示意圖如下圖所示。

圖片來自網(wǎng)絡

機械振動分析檢測的主要手段

傳統(tǒng)機械設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷主要依靠人的分析，常用的振動監(jiān)測分為離線監(jiān)測和在線監(jiān)測。

■?離線監(jiān)測：是為了消除振動故障而進行的診斷，這種診斷在時間要求上不那么緊迫，設備檢維修人員和現(xiàn)場生產(chǎn)操作人員只需要定期測量、記錄和跟蹤設備狀態(tài)，或當設備出現(xiàn)異常時，臨時測量，最后對設備故障進行仔細的分析、討論。

■?在線監(jiān)測：是對運行狀態(tài)下的機組振動故障原因作出及時準確的診斷，以便運行人員作出糾正性操作，防止事故擴大。因此，在線診斷在診斷時間上要求相對比較緊迫，主要以專家診斷為主、計算機輔助的方式，故又稱為專家診斷系統(tǒng)。系統(tǒng)的核心是專家經(jīng)驗，主要用于大型旋轉機器和關鍵設備，如汽輪發(fā)電機組、水輪發(fā)電機組、大型風機、壓縮機、泵類等軸承或軸振動的連續(xù)監(jiān)測、超限報警、故障診斷、事故追憶等。

故障診斷專家利用平臺提供的時域分析、頻域分析、包絡分析、趨勢分析、瀑布圖等分析手段，結合自身對故障理論的理解和設備當前實際狀態(tài)，給現(xiàn)場工作人員提供一個合理的維修維保建議，從而保障設備連續(xù)可靠地運轉。

由于工業(yè)界生產(chǎn)效率的提高，同時對生產(chǎn)安全也重視起來，為了避免由于非預期設計振動造成相應損失，機械設備的振動監(jiān)控的重要性也日益加強。

而振動頻率分析儀是對機械振動監(jiān)控的重要儀器設備。其通過相應處理技術，得到振動信號的相應頻率信息，從而幫助監(jiān)控人員判斷目前設備的運行情況，達到對機械振動進行有效監(jiān)控的目的。為了避免機械設備異常振動所帶來的故障及損失是不可估量的，所以對工業(yè)機械設備做振動分析是非常有必要的!

?

可用于機電測試故障診斷的采集卡有:

?

?

?

?

?

?

新超仁達 USB-2406

　　審核編輯：湯梓紅