震动测试第9章 包络分析

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1、包络谱分析•什么是“包络”谱图?•如何区别对待?•轴承缺陷模拟放大器•“冲击能”是这样产生的?•冲击能如何影响FFT?•包络谱能提供什么信息?•轴承缺陷之外“冲击源"?•警语什么是“包络谱”图?Y-轴单位:振幅X-轴单位:频率(cpmorHz)“包络”谱图的术语不是对信号处理过程的确切描述，但仍是我们为了简化时所用的术语。包络谱和传统的频谱在外观上(振幅和频率)并没有区别-只是表示不同的信息包络谱图对正弦运动不敏感–而不象FFT图能用位移，速度和加速度参数确定简单正弦运动产生的复杂信号。包络谱对与冲击力相关的事件敏感。量化冲击频率和强度对振动分析是非

2、常有帮助的。尽管有些机器会产生冲击能量(如往复设备),但大多数机器不会。冲击力是破坏性的，通常表明会发生故障。最典型的包络谱图应用是检测轴承缺陷。包络谱图的处理过程?什么是包络信号，如何得到?（1）测量的振幅单位是加速度但信号的处理区别于传统的加速度信号。（2）振幅单位由厂商自己定–每一个都有自己的名字，或是单位的首写字母。例如:CSI(Emerson)使用峰值；Entek(RockwellAutomation)使用gSE(脉冲能–缩略为IRD)；SKF使用HFD(高频域)和ESP(包络信号处理–缩略为DI)（3）使用滤波器处理信号，强调可能发生的每

3、一种冲击力。滤波器有两个等级：包络滤波器–这种类型的滤波器设置包络的频率，包括了高频(Fmax)和低频(Fmin)。发生的任一振动超出此范围都会被过滤掉。高通滤波器–这种类型的滤波器取消了高频Fmax限制，但仍有Fmin限制，过滤低于它的振动频率。每一个厂商设置自己的信号处理和滤波器。因此,尽管它们都提供类似的信息,但在振幅范围内是不能直接相比的。（4）信号处理集中在短时冲击信号上(时域信号的脉冲)，在这种情况下FFT处理往往“失效”(更准确的说是“更难发现”)因为它适合处理平稳信号。（5）如果冲击间隔一致(如冲击力有规律地发生),那么这段时间间隔就

4、会转化成理想的频率单位(Hzorcpm)。（6）可以估算冲击强度，这与冲击脉冲信号和背景噪声之比有关。（7）相应频率的振幅峰值显示在频谱上。包络谱提供给我们一种位移、速度和加速度谱不可能比是的有价值的信息，它为分析专家提供了另一种有力工具。包络谱图:轴承缺陷模拟器为了了解包络图在诊断轴承缺陷中的重要性,首先要懂得轴承缺陷频率是如何产生的。为了理解轴承频率,首先来看轴承“模拟器”。轴承缺陷模拟器考虑到了轴承的几何形状。重要的几何参数包括滚动轴承的齿轮直径、滚珠数量、滚珠直径和球轴承的接触角。四个轴承部件组合在一起构成一个模拟器。模拟器的目的是探测这四个

5、不同轴承部件上转轴旋转时发生的冲击力(时域图的脉冲)。这些部件是:保持架(黑色的)滚珠或辊子(黑灰)外环(外部的亮灰)内环(内部的亮灰)图1典型球轴承例如,图2中认为轴承的外环有缺陷。转轴每转一圈(内环),一定数量的滚珠或辊子会经过外环上的缺陷点并冲击此缺陷点。每转一圈的冲击次数就是该轴承的“外环缺陷放大倍数”。值得注意的是轴承缺陷放大器从来不能精确地放大运转速度(从不是同步的)。滚动轴承总是产生非同步振动频率。图2外圈缺陷引起每个滚动体通过时产生一个冲击因为这些模拟器是基于每个轴承的几何尺寸的,你可从多个途径（销售商，厂商）获得任一轴承技术资料。放

6、大器转换为频率需要出现故障的机器的转速。如果你的模拟放大器是3.05而机器的运转速度为1000rpm,则故障频率为3050cpm。这意味机器的故障导致每分钟有3050次冲击。这些轴承缺陷放大器的范围是多少?FTF[基础频率]0.30–0.45xRPMBSF[滚动体频率]1.5–4.5xRPM2xBSF[2x滚动体频率]3-9xRPMBPFO[滚动体通过外圈频率]2.5-9xRPMBPFI[滚动体通过内圈频率]4-13xRPM你将在常见的轴承上发现这些典型的频率范围。一些轴承可能有更高的故障频率–其决定性因素主要是滚动体的数量(它与轴承的负载等级有关)

7、。轴承的负载等级越高,可能就有更多的滚动体，放大功率可能更高。例如内环放大器可能超过20但并不常见。对于这种轴承缺陷模拟放大器，分析者最需要记住的是:（1）安装适当(即装配适当)和润滑良好。一定的条件可能改变这些放大器，某些情况会增大（2）可能非常接近运转速度的谐波–如3.05xRPM。这意味着如果机器转速为1780rpm,故障频率就为5429而3xrpm是5360cpm–只有69cpm的差别。这可能更容易混淆和误诊。（3）不管轴承故障频率如何接近转速的谐波，但却永远不能与此转速精确一致，了解这一点是非常重要的。它们总是非同步的振动源–这对正确诊断十

8、分重要。包络谱图:“冲击能”是如何发生的?让我们来看与轴承缺陷有关的冲击能是如何产生的:Fig1Fig2图1