位移、速度和加速度的适用场合
机械振动的强度和幅值可以用位移、速度和加速度表示。此外,大多数设备故障是部件疲劳的结果,振动速度是振动疲劳的直接度量,振动分析仪而且,事实上绝大多数机械振动标准都是基于振动速度。至此,会出现一个明显的问题:“为什么要测量位移和加速度呢?”答案其实很简单,虽然大部分设备的故障是与振动速度直接相关的疲劳的结果,但还有另外两种原因可以造成设备故障:即应力和力,它们分别与振动位移和加速度相关。
使用位移作为应力故障指示的场合
设备部件在周期性挠曲变形下疲劳损坏,振动分析仪以及振动速度同疲劳的密切关系但是,由于材料的脆性,许多设备部件变形量一旦超过一定的界限,就会产生裂缝或者断裂。当振幅很大时,可能会造成固定螺栓断裂、焊 缝开裂以及混凝土地基裂缝,这不是由于疲劳,而是因为它们的变形导致应力超 过了材料屈服点。
大振幅通常导致应力破坏,通常发生在极低频振动中(低于600 CPM)。例 如,一台转速为50 CPM的设备,振幅为100mils,计算相应的振动速度,结果只有0.216in/sec。
根据烈度标准,0.26in/sec的振动速度值位于平稳和比较剧烈之间,振动分析仪基本不会造成严重后果,但必需注意,设备变形已经达到 100mils。在这种状态下,不是因为速度决定的疲劳,而是位移决定的应力,使 得失效随时可能发生。鉴于这种原因,只要预估振动频率可能低于600 CPM(10 Hz)时,都建议对振幅进行测量。
采用振动速度检测疲劳故障的场合
按照一般规律,疲劳失效通常是由于频率为600 CPM(10 Hz)到120,000 CPM (2000 Hz)之间的振动造成的。因此,当振动频率预计在这个区域时,建议测 量振动速度。
采用振动加速度检测受力故障的场合
应力与偏移量的关系以及疲劳与振动速度的关系是十分简单和直观的。振动分析仪也许,说明力作为故障原因的一个简单方法就是用锤子敲击物体,冲击可能不会 产生很大的偏移或者振动速度,但是,造成的破坏可能相当大。
由我们学过的教科书可知,力等于质量乘以加速度(F=M×A)。根据这个公式,很明显,振动加速度与力直接成正比。因为振动加速度的增加与振动 频率的平方成正比,所以,高频振动时可以产生很大的激振力,尽管那时的位 移和速度可能相当小。举例来说,假设一台设备在600,000 CPM(10000 Hz) 时的振动速度为6.35 mm/s(峰值),多半认为是齿轮故障。但可以得到振动加速度已经超过了40G's。
另外,根据振动烈度标准,振动速度为 6.35 mm/s 时,振动分析仪处于一般和比较剧烈之间的区域。但是,振动加速度烈度表,40 G's 已经超出了烈度表的范围,应该是极度剧烈。在这个例子中,故障*有可能是由强力造成的,而不是应力和疲劳。过大的力通常会使得零部件表面变形,如齿轮的轮齿和轴承的滚动体,过大的力也会破坏润滑油膜,造成摩擦、发热,*终导致故障。
因为高频激振力的重要性,振动频率超过120,000 CMP(2000 Hz)时,则需要测量振动加速度(G's)。高速齿轮传动中,齿轮啮合频率及其谐波频率或倍频是高频振动的常见来源。
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