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振動分析診斷技術(shù)是設(shè)備故障診斷最重要最常用的方法。但在設(shè)備現(xiàn)場的實(shí)際工作中,常常遇到的最困難的也是最關(guān)鍵的問題是，在使用簡易診斷儀器〈如振動計(jì)〉已經(jīng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在故障的情況下，如何根據(jù)各種振動分析儀〈頻譜分析儀〉提供的振動波形和頻譜，診斷出設(shè)備的故障類型、部位及嚴(yán)重程度，以便據(jù)此采取相應(yīng)的措施。

不同的振動信號具有不同的波形和頻譜。診斷設(shè)備故障時(shí)，為了根據(jù)已知的頻譜和波形

確定未知的振動類型和特點(diǎn)，需要掌握常見的幾種波形、頻譜與振動之間的對應(yīng)關(guān)系。

1.1 孤立的譜峰——單一頻率信號

頻譜中只有一個(gè)孤立的峰，表明這是正弦振動。它具有單一的頻率分量，即峰值所在處的頻率分量，是最簡單的周期性振動。

頻譜中除了一個(gè)主峰外，若還有其他孤立的峰，表明這已不是正弦振動，而是由幾個(gè)頻率分量合成的振動，每個(gè)峰代表一個(gè)頻率分量。若其他峰比主峰幅度小很多，則可近似的看作是正弦振動。這種以單一頻率為主的振動是處于不平衡狀態(tài)下一臺簡單機(jī)器的振動，它的頻譜在軸轉(zhuǎn)速處（l×RPM①）出現(xiàn)一個(gè)主峰。

有時(shí)振動信號中包含直流分量,可以通過交流耦合輸入方式（AC 方式）將直流成分濾掉。

直流成分在頻譜分析中并不重要，一般不予考慮。

1.2 諧波——一般周期信號

機(jī)器產(chǎn)生的振動基本上都是周期性振動，即波形為無限重復(fù)的形式。一般周期性振動信號的頻譜由一系列彼此有關(guān)的峰a—波形；b—頻譜組成，每個(gè)峰代表一個(gè)頻率分量。代表信號中最長的波形重復(fù)率的稱為基頻或基波，其他各峰位于基頻的整數(shù)倍處，依次稱為二次諧波、三次諧波等等。上節(jié)討論過的單一頻率的振動是最簡單的周期性振動，其二次以上的諧波為零。

周期信號的一個(gè)例子是方波。方波的基頻是波形中基本方形的重復(fù)頻率，理想方波的頻譜只包含奇次諧波（一、三、五等次諧波）。如果方波不完全理想，也可能包含一些較小的偶次諧波。奇次諧波的幅值與諧波次數(shù)成反比，即三次諧波幅值是一次諧波幅值的 1/3，五次諧波幅值是一次諧波幅值的 1/5 等等。

1.3 邊頻——調(diào)制的單頻信號

1.3.1 調(diào)幅一個(gè)單一頻率與調(diào)制信號各次諧波幅值比例相同。

在調(diào)制信號中不含直流分量的特殊情況下，載波峰幅值可能為零，也就是說，只剩上邊頻和下邊頻。

1.3.2 調(diào)頻一個(gè)單一頻率信號的幅值保持不變，但是頻率隨時(shí)間周期性的變化，稱為調(diào)頻（頻率調(diào)制）。最簡單的情況是調(diào)制信號單一頻率的正弦信號，但即使這種最簡單的情況，頻譜也十分復(fù)雜。載波峰兩邊等間隔地分布著邊頻族，相鄰邊頻的間距等于調(diào)制頻率。

只有頻率調(diào)制而不存在幅值調(diào)制時(shí)，載波峰兩側(cè)左右對稱。但實(shí)際上兩種調(diào)制往往同時(shí)存在，使載波峰兩側(cè)一般不對稱、不規(guī)則，而且載波峰和某些邊頻的幅值有可能很小，甚至為零，這使得在某些情況下難于確認(rèn)究竟哪個(gè)是載波峰。若調(diào)制信號不是單一頻率，而是一

般周期信號，則頻譜更加復(fù)雜。但是，相鄰邊頻的間距仍然等于調(diào)制信號的基本頻率。

例如，齒輪齒距的改變、載荷波動、局部缺陷以及連成片的缺陷都會對嚙合頻率產(chǎn)生調(diào)制頻率，其中，齒輪局部缺陷激發(fā)的是窄脈沖，其頻譜在較寬的頻率范圍內(nèi)具有相等而較小的幅值。連成片的缺陷激發(fā)的脈沖較寬，其頻譜的頻率范圍窄，幅值衰減較快。由上述兩種缺陷的調(diào)制作用而形成的邊帶也不同：局部缺陷情況下，邊帶范圍寬，幅值小，變化平緩；連成片的缺陷情況下，邊帶范圍窄，集中于載波峰附近，幅值較大，衰減較快。

1.4 寬帶頻譜——脈沖信號、瞬態(tài)信號、隨機(jī)信號

1.4.1 脈沖信號

機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中常有沖擊現(xiàn)象，沖擊產(chǎn)生脈沖信號。一個(gè)單獨(dú)的脈沖通常持續(xù)很短的時(shí)間，

波形很尖的常稱為窄脈沖。窄脈沖有頻帶很寬的連續(xù)頻譜，沒有明顯的峰值。

每個(gè)實(shí)際脈沖的頻譜，其幅度隨頻率的增加而減小，脈沖越窄，減小得越慢。

所以，從頻譜幅值減小的快慢可估計(jì)出脈沖的寬窄。第一個(gè)凹陷處的頻率等于脈沖寬度的倒數(shù)，在此頻率的整數(shù)倍處還有第二、第三凹陷。

1.4.2 周期脈沖信號

若脈沖信號以一定的周期重復(fù)，波形和幅值不變，則這是周期信號。它的頻譜中有一系列等間距的峰，基頻與相鄰諧波的間距等于脈沖重復(fù)頻率。諧波峰幅度隨頻率的增加而減小，整個(gè)頻譜的形狀類似于單個(gè)脈沖的頻譜形狀。

1.4.3 瞬態(tài)信號

瞬態(tài)信號與脈沖信號類似之處在于，它們都是突然間開始不同脈沖頻譜比較的，不同之處是，瞬態(tài)信號并不突然停止，而是在一段時(shí)間內(nèi)逐步衰減，一臺機(jī)器或一個(gè)構(gòu)件突然受到一次沖擊后的振動即是這種瞬態(tài)信號，它是對一個(gè)脈沖信號的響應(yīng)。

象脈沖信號一樣，瞬態(tài)信號的頻譜也是寬帶連續(xù)的。頻譜的特點(diǎn)是有一個(gè)明顯的峰，稱為共振峰，其頻率為結(jié)構(gòu)的共振頻率。共振頻率決定于結(jié)構(gòu)的物理特性，尤其是結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量。剛度越大，質(zhì)量越小，其共振頻率越高。共振峰的寬度

決定于結(jié)構(gòu)阻尼大小（即振動能量消耗的快慢）。

對周期脈沖信號的響應(yīng)是另一種周期信號，其頻譜是一系列重復(fù)頻率的諧波。各次諧波的幅值等于單個(gè)瞬態(tài)響應(yīng)信號對應(yīng)頻譜的幅值。

1.4.4 隨機(jī)信號

寬帶頻譜中還有隨機(jī)信號。隨機(jī)信號是一種非確定性的信號，這種不確定性是指對每單個(gè)信號的不可預(yù)測性和不重復(fù)性。例如，由于各種激勵(lì)和影響因素的復(fù)雜和多變，摩擦產(chǎn)生的振動便是一種隨機(jī)振動。但是，大量的隨機(jī)信號存在著統(tǒng)計(jì)規(guī)律性，即存在著穩(wěn)定的平均性質(zhì)。

隨機(jī)信號的頻譜是寬帶連續(xù)的，它不象周期信號那樣有孤立峰，而是能量分布在很寬的頻率范圍內(nèi)。在頻譜中可能有峰，但通常與系統(tǒng)共振有關(guān)，而不一定代表系統(tǒng)中存在周期性故障激勵(lì)信號，峰的寬度決定于結(jié)構(gòu)共振頻率和阻尼。

實(shí)際工作中測量的信號常常是上述各種信號組成的組合信號，其頻譜也不象上述每一種信號的頻譜那么單純，而是由疊加而成的復(fù)雜頻譜。但是，在許多情況下，為主的是一種或兩種信號，頻譜中可以明顯地找出它們的特征。有時(shí)還可通過濾波等方法消除掉次要成分，然后利用上述關(guān)于波形和頻譜的知識，將主要信號（故障信號）鑒別出來。

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