Вибрационные методы

63. Природа колебательных процессов. В теории колебаний используется условная классификация колебательных процессов по их природе. Это - свободные, вынужденные, автоколебания, параметрические или их комбинации.

Свободные (собственные) колебания системы совершаются при отсутствии переменного внешнего воздействия на нее. Причиной возникновения таких колебаний является импульсное возмущение системы или первоначально накопленная в ней энергия. В реальной конструкции вследствие наличия сил неупрогого сопротивления (диссипации) всегда наблюдается затухание свободных колебаний, что является их главным признаком.

Вынужденные колебания системы обусловлены переменным внешним воздействием на нее, не зависящим от координат системы и действующим даже тогда, когда она находится в покое.

Автоколебания (самовозбуждающиеся колебания) возникают и поддерживаются от источника энергии неколебательной природы, когда этот источник включен в замкнутую нелинейную систему. Поступление энергии регулируется движением системы, способной самовозбуждаться. При этом параметры установившихся автоколебаний в существенной степени определяются нелинейными свойствами системы.

Пример: автоколебания цапфы ротора в подшипниках скольжения (“масляная” вибрация).

Параметрические колебания порождаются изменением во времени параметров системы, в частности, случайным или периодическим изменением (модуляцией) ее упругих параметров.

Пример: вибрация ротора, имеющего трещину, которая при вращении ротора то раскрывается, то закрывается. При этом циклично меняется жесткость ротора. Такой вид вибрации проявляется при частоте, равной удвоенной основной частоте 2f₀.

 

64. Характер колебательных процессов. Колебательные процессы в зависимости от их характера условно могут быть разделены на детерминированные и случайные.

К детерминированным процессам относят процессы, мгновенные значения которых в любой момент времени могут быть определены точными математическими соотношениями, а к случайным - процессы, свойства которых описываются некоторыми статистическими характеристиками.

К детерминированным процессам относят периодические (гармонические, полигармонические) колебания или непериодические (почти периодические, переходные).

Гармонические колебания - колебания, при которых значения колеблющейся величины (характеризующей вибрацию) изменяется во времени по закону синуса или косинуса.

Полигармонический процесс имеет множество гармоник, при этом частоты всех гармоник кратны основной частоте.

Случайные процессы разделяют на стационарные и нестационарные.

Нестационарным случайным процессом называют такой, вероятностные характеристики которого являются функциями времени и зависят от начала отсчета. В случае, когда вероятностные характеристики не зависят от начала отсчета, случайный процесс называется стационарным.

 

65. Источники вибрации. Вибрацию классифицируют по ее источникам (механическая, аэрогидроди­намическая, электромагнитная, электродинамическая) или по конструк­тивному узлу ее вызывающему (ро­торная, лопаточная, подшипниковая, зубчатая и т. д.).

Механическая вибрация вызывается действием сил из-за неуравновешенно­сти механизма (как правило, перио­дическая вибрация), соударения ча­стей (ударные импульсы), возникно­вения деформаций из-за нарушения кинематики.

Аэрогидродинамическая вибрация возникает из-за срыва потока при об­текании элементов СТС (лопаток тур­бин, рабочих колес насосов и т. д.), кавитационных явлений, нарушения гидродинамики смазки. Этот вид виб­рации носит характер случайных ко­лебаний.

Электромагнитная и электродина­мическая вибрация возникает в элек­трических машинах и устройствах при нарушении взаимодействия про­водников с током, нарушении магнит­ного поля.

 

66. Основные параметры вибрационных процессов, используемые в диагностических целях.

Частота вибрации выражается в герцах (Гц),

f=1/T,

где Т- время полного цикла колебания, с (рис.14);

w = 2pf - круговая частота.

Виброперемещение S, мкм (мм) — составля­ющая перемещения, описывающая вибрацию.

Виброскорость v, мм/с - производ­ная виброперемещения по времени.

Виброускорение а, м/с² - произ­водная виброскорости по времени. Выражается также в единицах нор­мализованного ускорения силы тяже­сти

1 g = 9, 807 м/с².

Взаимосвязь параметров вибрации:

v = 2pf S = a10³/2pf;

S = v /2pf = a 10³/(2pf)²;

а = (2pf)² S 10^-3 = 2pf v 10^-3,

где f - частота колебаний, с^-1.

Рис.14. Пример гармонического вибрационного сигнала с указанием пикового, среднего квадратичного и среднего абсолютного значений

67. Параметры оценки уровня вибрации.

Пиковое значение вибрации (амплитуда) опре­деляется как наибольшее отклонение колебательной величины Х_п (рис.14), в английской литературе обозначается как р.

Размах колебаний - разность меж­ду наибольшим и наименьшим зна­чениями колеблющейся величины в рассматриваемом интервале времени (двойная амплитуда), в английской литературе обозначается как р-р.

Среднеарифметическое мгновенных значений вибрации (без учета знака) характеризует общую интенсивность вибрации X_ср.

Среднее квадратичное значение СКЗ (в английской литературе RMS) колеблющейся величи­ны — квадратный корень из среднего арифметического или среднего интег­рального значения квадрата колеблю­щейся величины в рассматриваемом интервале времени Х_скз.

Для гармонической вибрации:

Х_п = А;

Х_скз = 0, 707А, где А — амплитуда колебания.

 

68. Относительные единицы вибрации представляют собой 20-кратные деся­тичные логарифмы отношений средне­го квадратичного значения виброско­рости v при виброускорении а к не­которому начальному уровню (v ₀ или a ₀) и измеряются в децибелах (дБ):

L = 20 lg v / v ₀ = 20 lg a / a ₀.

За начальный уровень интенсивно­сти вибрации принимаются значения виброскорости: v ₀ = 5*10^-5 мм/с; а для виброуско­рения a ₀ = 3, 2 g10^-5.

 

69. Спектр колебаний (вибрации) - совокупность гармонических составляющих, соответствующих значениям величины, характеризующей колеба­ния (вибрацию). Гармонические со­ставляющие располагаются в спектре в поряд­ке возрастания частот.

Гармоника - гармоническая со­ставляющая периодических колеба­ний. Частоты гармоник кратны час­тоте анализируемых периодических колебаний. Гармоники различаются по номерам, представляющим отно­шение частоты гармоники к частоте анализируемых периодических коле­баний. Первая гармоника (основная частота) — гармоники, номер которой равен единице f₀. За основную ча­стоту (первую гармонику) принима­ется частота вращения источника вибрации (оборотная частота). Выс­шие гармоники — гармоники, номера которых больше единицы на число целых чисел: 2f₀; Зf₀; 4f₀; 5f₀; 6f₀; 7f₀; 8f₀; 9f₀ и т. д. Субгармоники - гармоники, номера которых меньше единицы: 0, 4f₀; 0, 5f₀ и т. д.

Рассматривают следующие виды спектров: амплитудный, фазовый и энергетический. Они представляют спектры колебании, в которых величинами характеризующими гармони­ческие составляющие колебаний, яв­ляются соответственно амплитуда; начальные фазы; квадраты амплитуд скорости, определяющие удельную энергию составляющих колебаний.

 

70. Частотный анализ. Дискретные частоты вибрации с различными амплитудами, которые составляют спектр вибрации, делятся для частотного анализа на (l/m) - октавные частотные полосы, где m=1, 2, 3 и т. д. Соответствующие по­лосы пропускания имеют фильтры виброанализаторов (набор фильтров или перестраиваемые фильтры). Час­тотный анализ - это определение принадлежности амплитуд спектра вибрации определенным возмущаю­щим силам, вызывающим неисправно­сти.

Октава - интервал (полоса) меж­ду двумя частотами с отношением, равным двум. Средняя частота для октавной полосы, ограниченной час­тотами f₁ и f₂ будет . От­ношение следующих одна за другой средних частот октавных полос рав­но двум.

Соотношение частот между третьоктавными полосами (третьоктавные полосы - октавы, разделенные на три части) отвечает уравнению:

f_x = 2^1/3f_гр; f_x = 2^1/3f_ср;

где f_гр и f_ср - граничные и сред­ние частоты в третьоктавной полосе.

Для узких полос соотношение ча­стот:

f_x = 2^1/mf_гр; f_x = 2^1/mf_ср;

где m — число частей, на которое де­лится каждая октавная полоса.

Средние частоты частотных полоc стандартизированы ГОСТ 12090—80.

 

71. Параметры вибрации при обработке и анализе вибрационной информации. Измерение вибра­ционного сигнала проводится в виде пикового значения (размаха, р-р), средних квадратичных значе­ний (СКЗ, RMS) и спектральной мощности.

Пиковое значение (или размах) виброперемещения принимается для контроля вибрации крупных и ответственных турбомашин, у которых имеются штатные датчики вибрации роторов относительно корпуса, т. е. контролируется при этом изменение зазоров в подшипниках и лабиринтовых уплотнениях.

Пиковое значение виброускорения используется для оценки наибольших инерционных сил.

Пиковое значение виброскорости особого физическою смысла не имеет.

Среднее квадратичное значение ха­рактеризует интенсивность вибрации в по­лосе частот, принятой для анализа. Ее вычисление является универсаль­ной процедурой обработки вибраци­онной информации.

Спектральная мощность (энергия) характеризует удельную энергию виб­рации, представляет собой квадрат амплитуд скорости (термин “мощность” не связан с физической мощ­ностью).

Измеряемый сигнал в виброметрах осредняется, проводится полосовая фильтрация, фильтрация низких и высоких частот.

 

72. Два способа описа­ния произвольного сигнала вибра­ции (рис.15): временное представление сигнала x =f(t) и частотное представление x =F(f). Между собой они связаны преобразованием Фурье.

 

а)

б)

Рис.15. Двойственность представления периодических сигналов: а – временное х(t); б – частотное х(t)

73. Определение общего уровня вибро­скорости в стандартном диапазоне частот. Регламентируются два стан­дартных диапазона для определения общего уровня виброскорости: 10 - 1000 Гц (стандарт ИСО 2372) для роторных механизмов (для механиз­мов с возвратно-поступательным дви­жением этот стандарт применяется ограниченно); 2 - 300 (стандарт VDI 2063) для механизмов с возвратно-поступательным движением (распро­странение не получил).

 

74. Спектральный анализ ис­пользуется для идентификации неис­правности путем выявления повышен­ных амплитуд вибрации на частотах, совпадающих с собственной частотой элемента СТС (или ее гармоник) либо на частотах протекания рабочего про­цесса СТС. Анализ проводится в ча­стотных областях с постоянной от­носительной шириной частотной по­лосы ПОШП (одинаковая ширина по логарифмической шкале частот - ши­рина полосы в октаву или ее доли); с постоянной абсолютной шириной ча­стотной полосы ПАШП (применяют­ся ширины полос: 0, 2; 0, 25; 0.75; 1; 2, 5; 5; 7.5 и 25 Гц).

Выбор ширины (ви­да) полос частот необходимо соче­тать с областями проявления неис­правностей и видом колебательной величины (виброперемещение, вибро­скорость и виброускорение).

Измерение на определенной часто­те дает информацию о неисправности раньше, чем измерение общего уровня вибрации. Усреднение спектров про­водится по линейному или логариф­мическому закону. Частотная харак­теристика - функция только частоты и не зависит от времени и интенсив­ности возмущения.

 

75. Спектральный анализ с использованием быстрого преобразования Фурье (БПФ) применяется для избежания ложных результатов при анализе сложной вибрации при неустойчиво­сти частоты вращения СТС или сиг­нала. Вклад отдельных составляющих спектра вибрации (особенно сложной вибрации) на частотах f_i , представ­ленного во временной области в виде амплитуды - время x (t), можно по­лучить в виде распределения ампли­туд в частотной области x (f), ис­пользуя преобразование Фурье.

Непрерывное преобразование Фурье (НПФ) представляет разложе­ние процесса колебаний на ряд функ­ций (рис.16).

НПФ требует интегрирования и непрерывности наблюдения.

Для осуществления интегрирова­ния на ЭВМ применяют дискретное преобразование Фурье (ДПФ), запи­санное для функции, заданной в N дискретных точках. При этом требу­ется выполнить N² умножений.

Для сокращения числа вычисле­ний и затрат машинного времени при­меняют быстрое преобразование Фурье (БПФ). Число дискретных со­ставляющих (число полос), применяе­мых в вибродиагностических и переносных компьютеризированных ди­агностических системах, применяют от 100 до 3200. Количество применяемых полос опреде­ляет, с одной стороны, глубину иден­тификации, с другой – продолжитель­ность вычисления.

Рис.16. Графическое представление преобразований Фурье: а – разложение аналогового сигнала на его составляющие; б – умножение исходной функции на «окно» (весовую функцию)

 

 

76. Статистические методы обработки процесса вибрации. Статистические характеристики вибрации можно полу­чить при применении одноканальных вибродиагностических систем, а ста­тистические характеристики взаимосвязанности процессов - используя двухканальные системы. К характери­стикам взаимосвязанности процессов относятся: взаимный спектр, взаим­ная корреляция, когерентная функ­ция.

 

77. Особенности измерения вибрации в судовых усло­виях. Условия измерения указаны в п.п. 36 - 39.

Точки и направления измерений вибрации оговариваются при регла­ментации норм предельных уровней вибрации. Схема направлений изме­рений вибрации на СТС, соответству­ющая нормам вибрации, приведена на рис. 17. Эта схема обобщает требования классификацион­ных обществ и стандартов.

Влияние других источников вибра­ции в условиях судна с вероятностью 0, 95 не превышает 1, 5 мм/с (фон об­щесудовой вибрации). При большем уровне фона (проверка осуществляет­ся измерением вибрации на нерабо­тающем механизме) принимаются ме­ры по выделению собственной вибрации СТС.

Колебания уровня вибрации СТС при неизменном техническом состоя­нии, связанные с погрешностями из­мерений влиянием режимов, измене­нием температурных условий и т. д., составляют ±30 % (т.е. от 2, 5 до 3 мм/с).

 

78. Определение технического состоя­ния СТС по общему уровню вибрации. Опре­деление состояния по обще­му уровню вибрации базирует­ся на нормах ИСО (ISO). Общепро­мышленный стандарт ИСО 2372 регламентирует механическую вибрацию машин при рабочих частотах враще­ния 600 - 12000 об/мин. Нормируется общий уровень среднего квадратич­ного значения виброскорости в диа­пазоне частот 10 - 1000 Гц. Точность определения уровня вибрации ±10 %. Нормы (рис.18) даны для четырех классов ТС (хорошее, приемлемое, допустимое, т. е. ограниченное и не­допустимое), и шести групп машин.

1-я группа - вращающиеся ма­шины (электродвигатели, насосы, вен­тиляторы и т. д.) мощностью до 15 кВт;

2-я группа - вращающиеся ма­шины (электродвигатели, насосы, вен­тиляторы и т. д.) мощностью 15 - 75 кВт без специальных фундамен­тов и машины до 300 кВт на спе­циальных фундаментах;

3-я группа - мощные первичные двигатели и другие машины с вра­щающимися массами, установленные на жестких и мощных фундаментах, являющихся относительно жесткими в направлении измерения вибрации;

4-я группа - мощные первичные двигатели и другие мощные машины с вращающимися массами, установ­ленные на фундаментах, недостаточ­но жестких в направлении измерения вибрации (например, турбины, особенно с фундаментами легкой конструк­ции);

5-я группа - машины с возвратно-поступательным движением частей, установленные на жестких фундаментах в направлении измерения вибра­ции;

6-я группа - машины с возврат­но-поступательным движением частей, установленные на фундаментах, недо­статочно жестких в направлении из­мерения вибрации.

 

 

 

Рис.18. Нормы виброскорости по ИСО 2372 для классов ТС:

I - хорошее;

II - удовлетворительное (приемлемое);

III - неудовлетворительное (допустимое ограничение),

IV - аварийное (недопустимое).

 

Каждый класс состояния ограни­чен уровнем 8 дБ (отношение виброскоростей 2, 5), соотношение между хорошим состоянием и недопустимым 16 дБ (отношение виброскоростей 6, 34). Машины следует относить к следующей группе (с нормами на 4 дБ выше или в 1, 6 раза больше по виброскорости, мм/с), если они смонтированы на фундаменте с недо­статочной жесткостью по направле­нию измерения вибрации. Фундамен­ты СТС в большинстве случаев мож­но отнести к недостаточно жестким в направлении измерения.

При определении технического со­стоянии СТС по общему уровню виб­роскорости невозможно определить конкретную неисправность, но можно установить, что СТС исправен, если уровень вибрации укладывается в нормы для «хорошего» и «приемлемо­го» состояния. Если же общий уро­вень вибрации соответствует «допу­стимому (ограниченно)» и «недопу­стимому» уровню, то это не значит, что СТС неисправен, так как при из­мерении в широком диапазоне частот захватывается наведенная вибрация от других источников. В то же время работа СТС при наведенной вибрации от других источников, уровень кото­рой попадает в диапазон «Недопу­стимо», приведет к резкому сокраще­нию ресурса, поэтому причина долж­на быть устранена.

 

79. Определение ТС СТС по увеличению уровня вибрации (виброскорости) от исходного, за который принимается состоя­ние после изготовления.

Стандарт ИСО рекомендует оценивать ТС по увеличению уровня вибрации от исходного значения следующим образом: увеличение уровня: до 1, 6 раз - нор­мально; до 2, 5 раз - допустимо; бо­лее 4 раз - необходимо ТО; увели­чение более 6 раз - немедленная ос­тановка.

 

80. Определение состояния СТС по частотному анализу вибрации проводится в следующих диапазонах:

3 - 50 Гц - виброперемещение S,

10 - 1000 Гц - виброскорость v,

200 - 15000 Гц - виброускорение а,

При анализе спектра колебании используются данные по частотам (таблица 9), на которых проявляют­ся характерные неисправности. В этом случае результаты измерении сравниваются с нормами вибрации для трех категорий (классов) технического состоя­ния.

 

 

Частота вибрации, на которой проявляются неисправности СТС Таблица 9 (вибрация определяется на корпусе подшипника или корпусной конструкции СТС)
Неисправность	Частота вибрации	Вид и характер вибрации
1. Неуравновешенность вращающихся деталей из-за повреждений, отложений, некачественной балансировки и неравномерного нагрева (остывания) (относится к турбинам, насосам, вентиляторам и т.д.)	f = nc, где nс - частота вращения, с -1	Виброскорость, амплитуда виб­рации растет с нагрузкой. Ради­альное направление
При отклонении формы шейки вала может быть	f = 2nc ,
То же в редукторах	f = inc, где nc — частота вращения выходного ва­ла редуктора: i - передаточное число со­ответствующей ступени редуктора	Определяется для каждой ступени редуктора
2.Расцентровка муфт, смещение и излом осей между механизмами	Обычно f = nc, часто f = 2nc, бывает f = 3 или 4 nc	Виброскорость. Проявляется так­же в виде высокого уровня осевой вибрации, которая составляет 0, 5 радиальной
3. Нарушение зацепления в кулачковых (пальцевых) муфтах	f = znc, где z — число кулачков	Виброскоросгь
4. Механический люфт: нарушение крепления СТС к фундаменту	þ Часто f = 2 nc, ü бывает f = nc	Виброскорость радиальная и осе­вая
5. Задевание при вращении деталей СТС	f = inc, где i = 2, 3,...	Виброскорость Вибрация нестабильная, частота и амплитуда переменная

 

			Продолжение табл. 9
Неисправность	Частота вибрации	Вид и характер вибрации
6. Повреждения подшипников качения: дефекты наружного кольца	)	Виброскорость, чаще виброускорение
	дефекты внутреннего кольца	)
	дефекты тела качения (шарики, ролики)
	дефекты сепаратора	)
		где D — диаметр окружности проходящей через центр тела качения; d — диаметр тела качения; — угол контакта; z – число ша- риков (роликов) , диаметр тела г — число ша-
	7. Колебания роторов в подшипниках сколь­жения из-за значительного снижения вязкости ­	f =(0, 3-0, 5)nc		Виброскорость
	или увеличения зазоров в подшипнике
	Срыв масляного слоя	f = (0, 42 -0, 48)nc	Виброскорость
	8. Дефекты подвижных опор	f ³ 2 nc.		Виброскорость
	9. Дефекты редуктора (переборного типа) и зубчатых передач	f = zi nci, где zi — число зубьев (или их гармоник) nci - частота вращения колес, c-1; I - номер ступени редуктора	Виброскорость или виброускорение
Продолжение табл. 9
Неисправность	Частота вибрации	Вид и характер вибрации	Неисправность
10. Нарушение смазки редуктора	f = 0, 5nc	Виброскорость
11. Вибрация ротора генератора из-за виткового замыкания	f = nc	Возникает на корпусе подшипни­ка или статора. Обнаруживается снятием возбуждения
12. Вибрация генератора из-за неравномерности воздушного зазора	100Гц (независимо от частоты вращения) Может быть также на частоте 50 Гц и	Виброскорость
	f = in 50,
	где in — число полюсов f = zp nС, где zp число пазов (зубцов) в якоре
13. Неравномерность (срыв) потока жидкости: в насосах		Виброскорость, виброускорение
-лопастные (центробежные и вихре- ­ вые) насосы	f = z л n с , где z л : — число лопаток
- винтовые насосы	f = zз zВ nС, где zЗ - число заходов винта; zВ - число винтов
- шестеренные насосы	f = zзуб nС, где zзуб – число зубьев	Виброскорость
- кавитация в насосах	f = nС z где z = z л или z л ± 1
	f = 2000-3000 Гц	Виброускорение (" схлопыва- ние" воздушных пузырьков)

 

Продолжение табл. 9
Неисправность	Частота вибрации Вид и характер вибрации
14. Повреждения в аксиально-поршневых на-­ сосах:
а) постоянной производительности	f = 1000-2000 Гц Виброускорение
б) переменной производительности	f = 500-2000 Гц Виброускорение
15. Двигатели внутреннего сгорания:
- неуравновешенность вращающихся де-­	f = in
талей и сил инерции 1-го порядка, наруше­ ние крепления двигателя к фундаменту	где i = 1 или 2
- соударения в зазорах системы движения под действием движущих сил	f = zin, где z — число цилиндров, Амплитуда зависит от величи- i =1 для двухтактных двигателей, ны зазоров, жесткости остова i = 0, 5 для четырехтактных двигателей и характера движущих сил
16. Поршневые компрессоры:
- неуравновешенность вращающихся дета-­
лей и нарушение крепления компрессора	f = n, и 2 nc (чаще)
- соударения в зазорах	f =2 nc
	иногда при f = 500 Гц — зазоры в
	головных подшипниках
17. Повреждение ременного привода	f = nc, 2 nc 3 nc или 4 nc, т.е. равна
	числу ремней, умноженному на nc

 

Одним из существенных факторов, свидетельствующих о появлении неис­правностей, связанных с балансиров­кой, центровкой и износом (в том числе и зубчатых передач) и проявляющихся на низкой частоте, являет­ся рост амплитуд на первой, второй и после­дующих гармониках или появление второй гармоники, которая до этого не проявлялась.

При диагностировании зубчатых передач (область средних частот) по­явление волн механических колеба­ний во временной области связано с дефектом одного зуба. При разви­тии дефекта, охватывающего несколь­ко зубьев, появляется сигнал, похо­жий на сигнал амплитудной модуля­ции. В этом случае в частотной области дефекты, связанные с по­вреждением зубьев передачи, будут характеризоваться появлением боко­вых частот, разнесенных по частоте выше и ниже основной частоты зуб­чатого зацепления.

Повреждение подшипников каче­ния характеризуется изменением спектров их колебаний в области вы­соких частот. При неподвижной на­ружной обойме ее повреждение при­водит к росту амплитуд колебаний, постоянных по времени. При повреж­дении внутренней обоймы и тел ка­чения сигнал имеет форму амплитуд­ной модуляции. В этом случае эф­фективен метод анализа огибающей.

При наличии данных по фазе ко­лебаний можно установить: повышение синфазности радиальных колеба­ний на двух подшипниках определя­ет статический дисбаланс СТС; аналогичные несинфазные колебания - динамический дисбаланс; связь син­фазных радиальных и несинфазных осевых колебаний с изгибом вала; возможность вызова соседним СТС несинфазных радиальных и осевых колебаний.

Использование опорной маски, соз­данной на основе исходного спектра, позволяет выделить увеличение гар­моник вибрации при небольших ко­лебаниях частоты вращения. Сравнение спектров эффективно, если раз­решение по частоте спектра порядка 4 - 5%.

 

81. Основные вопросы, решаемые при подготовке к определению виброактивности СТС.

Первым вопросом является установление частотного диапазона, в котором должен производиться контроль вибрации.

Второй вопрос заключается в выборе оптимальной ширины полосы частотного анализа (см. п. 74).

Третий вопрос - выбор параметров для характеристики интенсивности вибрационного процесса (см. п. 66).

Четвертый вопрос состоит в том, какое значение вибрации следует принимать за основу: амплитудное (пиковое), среднеарифметическое или среднеквадратичное (эффективное).

Пятый вопрос заключается в выборе места и направления измерения.

Шестой вопрос состоит в выборе режима работы машины, на котором должен осуществляться контроль вибрации.

 

 

82. Средства вибрационной диагности­ки.

Различают следующие средства вибрационной диагностики: вибромет­ры общего уровня, виброметры-анализаторы и вибродиагностические си­стемы. Каждая последующая группа включает функции предыдущей. Функции вибродиагностических сис­тем третьей группы выполняют так­же универсальные переносные компьютеризированные диагностические си­стемы.

Средства вибрационной диагно­стики могут быть переносными или встроенными (стационарными).

Виброметры общего уров­ня характеризуются простотой применения и компактностью. Виброметры изме­ряют общий уровень среднего квад­ратичного значения виброскорости в диапазоне частот 10 - 1000 Гц в соответствии со стандартом ИСО 2372-72.

Кроме общего уровня виброскорости, ряд виброметров измеряют общие уровни виброперемещения и виброускорения в различных частотных диапазонах. Измерение общего уров­ня виброускорения в диапазоне вы­соких частот (5 - 40 кГц) позволяет оценивать состояние подшипников ка­чения.

Виброметры-анализаторы (переносные) позволяют проводить частотный анализ колеба­ний в рабочих условиях.Точность измерения виброметров-анализаторов удовлетворяет требова­ния ИСО 2954 (значительно лучше регламентируемого уровня ±10%).

Вибродиагностические системы (переносные) осуществляют измерение вибрации, ее обработку, хранение, спектральный и корреляционный анализ. Для обра­ботки вибрационных сигналов исполь­зуется БПФ с «окнами» Хэмминга, Хэннинга и равномерным. Вибродиаг­ностические системы имеют возмож­ность усреднять значительное число спектров, сравнивать их между со­бой и передавать вибрационную ин­формацию в персональные компью­теры. Большинство систем имеет встроенные печатающие устройства. Системы позволяют проводить балан­сировку в рабочих условиях (при ба­лансировке вычисляются корректирующие массы в одной - четырех пло­скостях).

В виброизмерительной аппаратуре нашли преимущественное применение два типа измерительных пре­образователей: линейного виброускорения (акселерометры) - пьезоэлектрические, реже - тензорезисторные; линейной виброскорости - электродинамичес­кие.

Акселерометры измеряют абсолют­ное ускорение, а сигналы вибропере­мещения и виброскорости получают­ся путем преобразования в электрон­ной части виброметра. Традиционная конструкция акселерометра имеет инерционную массу, наложенную на пьезоэлемент и прижатую пружиной в центре.

Электродинамические датчики из­меряют абсолютную скорость и име­ют по сравнению с акселерометрами больший выходной сигнал, но их при­менение ограничивается частотой 2000 Гц.

Электродинамические датчики ис­пользуются в основном в вибромет­рах общего уровня, измеряющих виброскорость.

Пьезоэлектрический элемент аксе­лерометра можно представить или как источник заряда, или как источ­ник напряжения. В связи с этим чувствительность акселерометра определяется по заряду на единицу уско­рения или напряжению на единицу ускорения.

Чувствительность по заряду не зависит от длины соединитель­ного кабеля, а по напряжению зависит. Учитывая это, калибровка акселерометров по напряжению про­водится с определенным соединитель­ным кабелем. Чувствительность по напряжению не зависит от частоты вибрации в области низких и сред­них частот, а по заряду уменьшается с темпом около 2, 5 % на декаду (акселерометры «Брюль и Къер»).

Крепление акселерометров предус­матривается на шпильке, пчелином воске, тонкой липкой пластине, маг­ните, а также в виде ручного щупа. Способ крепления определяет верхний предел рабочего частотного диапазо­на: шпилька с силиконовым клеем до 20 кГц, тонкий слой пчелиного воска до 12, 5 кГц: магнит 2, 5 - 3 кГц, ручной щуп 700 - 900 Гц. Правильное применение ручного щупа с пьезоэлектрическим акселерометром заключается в том, что необходимо держать рукой собственно щуп, а не акселерометр.

Масса акселерометра должна быть меньше массы объекта более чем в 10 раз.

В магнитной державке для крепления акселеромет­ров используются магниты из самарий-кобальтового сплава SмСо₅ мар­ки КС-37 (сила удержания магнита: на отрыв 50...70 Н; на сдвиг 15...20 Н).