振动测试与分析基础：简谐振动与频率分析

本资料主要涵盖了振动信号分析和振动测试的基础知识，包括简谐振动的三要素、振动位移、速度和加速度的关系、振动波形、频率分析、振动系统的模态特性、旋转机械振动的测量、传感器原理及其选用、振动相位测量、以及各种振动的时域波形和幅值参数。 1. 简谐振动三要素 - 振幅（Amplitude）：振动偏离平衡位置的最大距离，衡量振动的强度。 - 频率（Frequency）：单位时间内振动的次数，表示振动的快慢，单位通常为赫兹（Hz）或次/分钟（c/min）。 - 初相角（Initial phase）：振动开始时相对于参考点的角度，描述振动的初始状态。 2. 振动的物理量 - 位移（Displacement）：振动体偏离平衡位置的距离。 - 速度（Velocity）：位移随时间的变化率，即位移对时间的导数。 - 加速度（Acceleration）：速度随时间的变化率，即速度对时间的导数。它们之间存在简单的三角函数关系，并且具有固定的相位差。 3. 频率分析与频谱图 - 频率分析用于将振动信号分解为不同频率的成分，揭示信号的频率结构。 - 频谱图则直观地展示了这些频率成分的幅度分布。 4. 振动系统模态特性 - 固有频率（Natural Frequency）：系统不受外界影响时自我振动的频率。 - 阻尼比（Damping Ratio）：衡量系统能量损失的程度，影响振动的衰减速度。 - 自由振动与强迫振动：自由振动是系统在没有外部驱动力作用下的振动，而强迫振动是由外部周期性力引起的。 5. 旋转机械振动的测量 - 通常使用传感器（如加速度计、速度传感器等）来检测旋转机械的振动。 - 基频分量的幅值和相位对于识别设备的运行状态至关重要。 - 振动相位测量有助于理解设备内部的动态行为。 6. 波形与图示 - 定转速下，振动可以通过波形图和频谱图进行分析。 - 变转速时，波德图（Bode Plot）和极坐标图提供了更全面的振动信息。 - 三维频谱图可以展示多轴振动的复杂情况。 7. 幅值参数 - 包括正峰值、负峰值、峰峰值、有效值、平均绝对值等，用于描述振动的幅度特征。 这些基础知识对于理解和分析机械设备的振动问题、预测故障、确保设备的稳定运行具有重要意义。通过深入学习和应用这些概念，工程师能够有效地进行振动测试和分析，从而优化设备性能、提高生产效率并减少维护成本。