在國際標準中選用振動速度作為衡量振動激烈程度的參量,這是考慮到:振動速度可以反映出振動的能量,絕大多數機械設備的結構損壞都是由于震動速度過大引起的,機器的噪聲與振動速度成正比;對于同一機器的同一部分,相等的振動速度產生相同的應力;而且對于大多數的機器來說都具有相當平坦的速度頻譜等。
機器的振動烈度定義為:在機器表面的重要位置上(例如:軸承安裝點處等)沿垂向、縱向、橫向三個方向上所測得的振動的最大有效值。
對于振動速度為V(t)=Vpcosωt的簡諧振動,其振動速度有效值用下式計算:
若機器的振動系由幾個不同頻率的簡諧振動復合而成,則振動速度的有效值可由下式求得:
式中 V1rms,V2rms,,Vnrms——分別為第1,2,,n個簡諧分量的有效值;V1p,V2p,,Vnp——分別為第1,2,,n個簡諧分量的峰值。
實際上,振動速度的有效值可用具有平方檢波特性的電子儀器測量并直接予以顯示,因此在應用時是很方便的。
在國際標準ISO2372中規定了轉速為10~200轉/秒的機器在10~1000赫的頻率范圍內機械振動烈度的范圍,它將振動速度有效值從0.11毫米/秒(人體剛有振動的感覺)到71毫米/秒的范圍內分為15個量級,相鄰兩個烈度量級的比約為1:1.6,即相差4分貝。這是由于對于大多數機器的振動來說4分貝之差以為著振動相應有了較大變化。有了振動烈度量級的劃分就可以用它表示機器的運行質量。
為了便于實用,將機器運行質量分成四個等級:
A級——機械設備正常運轉時的振動級,此時成機器的運行狀態“良好”。
B級——已超過正常運轉時的振級,但對機器的工作質量尚無顯著地影響,此種運行中狀態是“容許”的。
C級——機器的振動已達到相當劇烈的程度,致使機器只能勉強維持工作,此時機器的運行狀態稱為“可容忍”的。
D級——機器的振動已大到使機器不能運轉、工作,此種機器的振動級是“不允許”的。
顯然,不同的機械設備由于工作要求、結構特點、動力特征、功率容量、尺寸大小以及安裝條件等方面的區分,其對應于各等級運行狀態的振動烈度范圍必然是各不相同的。所以對各種機械設備是不能用同一標準來衡量的,但也不可能對每種機械設備專門制定一個標準。為了便于實用,ISO2372將常用的機械設備分為六大類,令每一類的機械設備用同一標準來衡量其運行質量。
機械設備分類情況如下表:
幾種常用機械設備的振動標準
注:振動烈度以分貝表示時,選Vrms=10-5毫米/秒為參考值,即振動速度有效值此時相當于零分貝。
第一類:在其正常工作條件下與整機連成一整體的發動機和機器的零件(如15千瓦以下的發電機)。
第二類:設有專用基礎的中等尺寸的機器(如15-75千瓦的發電機)及剛性固定在專用基礎上的發動機和機器(300千瓦以下)。
第三類:安裝在振動方向上相對較硬的、剛性的和沉重的基礎上的具有旋轉質量的大型原動機和其它大型機器。
第四類:安裝在振動方向上相對較軟的基礎上具有旋轉質量的大型原動機和其它大型機器(如透平發電機)。
第五類:安裝在測振方向相對較硬的基礎上具有不平衡慣性力的往復式機器和機械驅動系統。
第六類:安裝在測振方向相對于較軟的基礎上具有不平衡慣性力的往復式機器和機械驅動系統等。
通過大量的實驗得到了前四類機械設備的運行質量與振動烈度量級的對應關系,如前表。
至于第五類、第六類的機械設備,特別是往復式發動機由于結構不同,其振動特性變化很大,往往允許有較強烈的振動(如Vrms=20-30毫米/秒)而不影響其運行質量。而安裝在彈性基礎上的機器受到隔振作用,由安裝點傳到周圍物體的作用力是很小的,在這種情況下機器的振動將大于安裝在剛體基礎上的振動,如高轉速的電機上測得的振動速度有效值可達50毫米/秒或更大。在上述情況下用振動絕對量級來衡量機器的運行質量顯然是不恰當的;
就是對于第一至第四類機器,由于實際情況是千變萬化的,表中所示的機器運行質量與振動烈度的關系也只能作為參考。可以考慮以及其“良好”運行狀態的量級為參考值,在此基礎上若增大2.5倍(8分貝),表明機器的運行狀態已有重要變化,此時機器雖尚能進行工作,實際上卻已處于不正常狀態;
若從參考狀態的基礎上增大10倍(20分貝),就說明該機器已需進行修理;再繼續增大,機器就將處于不允許狀態。
上述振動烈度相對變化與機器運行質量間的關系,常用于以振動信號進行故障診斷時的判據。
ISO2372將常用的機械設備分類與振動烈度國際標準:
注:振動烈度以分貝表示時,選Vrms=10-5毫米/秒為參考值,即振動速度有效值此時相當于零分貝。
機器運行質量:
A級——運行狀態“良好”
B級——已非正常但尚無顯著地影響,運行中狀態是“容許”
C級——能勉強維持工作,運行狀態稱為“可容忍”
D級——機器不能運轉、工作,振動級是“不允許”
設備分類:
第一類:與整機連成一整體的發動機和機器的零件(如15千瓦以下的發電機)
第二類:設有專用基礎的中等尺寸的機器(如15-75千瓦的發電機)及剛性固定在專用基礎上的發動機和機器(300千瓦以下)
第三類:安裝在振動方向上相對較硬的、剛性的和沉重的基礎上的具有旋轉質量的大型原動機和其它大型機器
第四類:安裝在振動方向上相對較軟的基礎上具有旋轉質量的大型原動機和其它大型機器(如透平發電機)
第五類:安裝在測振方向相對較硬的基礎上具有不平衡慣性力的往復式機器和機械驅動系統
第六類:安裝在測振方向相對于較軟的基礎上具有不平衡慣性力的往復式機器和機械驅動系統等
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