振动信号中频率的意义是什么?

频率的影响确实很重要,这就是为什么很容易把故障诊断和频谱分析联系起来。

都江堰的安澜索桥的振幅大约有半米,但仍然是安全的,因为其频率很低;如果一台转速为5000rpm的机器振动幅值达到100微米,估计所有的人员都会很紧张。离开了频率,单纯的幅值并不能说明什么。

我们这里要说的是频率在振动中的作用。在振动联想中定义异常状态时,其中一项是“出现新的频率成分”。在振动频率结构相对稳定的情况下,相同的幅值反映了相同的工作状态;但是当出现一个或数个新的频率成分时,一定是机器的工作状态发生了变化。

有一本振动监测的指导类小册子上有一幅频谱示意图,上面划分了数种故障特征频率在频谱上的位置,其实就是说明当出现这些特征频率时,就表明存在这种故障了。如果我们再细分,就会发现,即便是出现某种故障特征时,故障所处的阶段不同,起频率特征分布也是不同的:故障初期大概只能出现特征频率的基频(这个基频与工频没有任何关系,即便是与转速成一定的比例关系,纯粹是一种数学上的关系),但随着故障的进一步发展,会出现特征频率的低次谐波和高次谐波。这就是故障发展的本末始终。

在诊断滚动轴承故障时,我用的诊断模型采用了“3个频段6个数值段”的模式类型,根据不同频段、不同的取值范围、不同的报警阈值和频段变化特征来评价滚动轴承当前的状态和故障所处的阶段。

说到频率,还有一点需要注意:不同频率的振动对机器的影响系数是不同的。旋转力是振动幅值最大的贡献者,能够占到90%,如果摩擦力和冲击里也占到90%,那机器还能运行吗?所以看幅值谱的时候,还不能简单地看谁的个儿高,还要看清它是谁。有的频率成分幅值高点儿没事儿,有些频率成分露个头就可能出事儿。看人下菜不对,看频率成分分析故障绝对没错。