图1-8 周期脉冲的波形和频谱 a—周期脉冲的波形；b—周期脉冲的频谱
决定于结构阻尼大小（即振动能量消耗的快慢）。
对周期脉冲信号的响应是另一种周期信号，其频谱是一系列重复频率的谐波。各次谐波的幅值等于单个瞬态响应信号对应频谱的幅值。
1.4.4 随机信号
宽带频谱中还有随机信号。随机信号是一种非确定性的信号，这种不确定性是指对每单个信号的不可预测性和不重复性。例如，由于各种激励和影响因素的复杂和多变，摩擦产生的振动便是一种随机振动。但是，大量的随机信号存在着统计规律性，即存在着稳定的平均性质。
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图1-9 瞬态信号的波形和频谱
a— 瞬态信号的波形；b—瞬态信号的频谱
随机信号的频谱是宽带连续的（图1-10），它不象周期信号那样有孤立峰，而是能量分布在很宽的频率范围内。在频谱中可能有峰，但通常与系统共振有关，而不一定代表系统中存在周期性故障激励信号，峰的宽度决定于结构共振频率和阻尼。
实际工作中测量的信号常常是上述各种信号组成的组合信号，其频谱也不象上述每一种信号的频谱那么单纯，而是由叠加而成的复杂频谱（图1-11）。但是，在许多情况下，为主的是一种或两种信号，频谱中可以明显地找出它们的特征。有时还可通过滤波等方法消除掉次要成分，然后利用上述关于波形和频谱的知识，将主要信号（故障信号）鉴别出来。 现将常见波形和频谱总结列表如下：
频谱形式 孤立峰 谐波族 围绕孤峰的边频族 围绕谐频的边频族 宽带频谱 混合频谱
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振动波形 简谐振动 周期振动 调制的单一频率振动 调制的周期性振动 脉冲瞬态或随机振动 组合振动 图1-10 随机信号的波形和频谱 a—随机信号的波形；b—随机信号的频谱
图1-11 组合信号的波形和频谱 a—组合信号的波形；b—组合信号的频谱
2 识别故障的一般方法和步骤
2.1 搜集和掌握有关的知识和资料
（1）机器结构性能资料：包括机器的工作原理，机器在整个生产过程中的地位和作用，重要的动态参数，如驱动功率、流量、压力、转速变化范围、电流、电压、温度等，机器结构组成和参数，如轴承型式、密封结构、联轴节结构、齿轮齿数、叶片数、共振频率、临界转速等等。
（2）操作运行情况：包括负荷及其变化情况、润滑情况、起动和停机情况、工艺参数变化情况等。
（3）机器周围环境的影响：包括温度、湿度、与其他机器的关联、地基沉降、电压波动等因素对机器性能的影响。
（4）故障与维修情况：包括上次大修时间、大修时作过哪些调整、运转以来发生故障及对故障处理情况的记录和档案、机器的薄弱环节及预计容易发生故障的类型和部位、同型号、同工作条件下其他机器的故障情况等。
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2.2 振动数据采集
2.2.1仪器配置
设备振动诊断系统可以是微机系统，也可以是专用仪器。由于微机系统具有很多优点，越来越被广泛采用。图2-1是以便携式微机为主机的离线设备监测和诊断系统。图2-2是在线监测和诊断的计算机系统。
设备 加器放 速内大 度装器 传集 感成 数 据 采 集 器 便 携 式 微 机 监测和诊断软件 数据管理软件 图2-1 离线振动监测和诊断系统
设备 电位 涡移 流传 式感 器 预 处 理 器 数 据 采 集 器 台 式 微 机 监测和 诊断软件 数 据 管理软件 图2-2 在线振动监测和诊断系统
2.2.2 参数设置
采集振动数据时，首先要设置仪器的数据采集参数，这些参数主要有：最高分析频率、采样频率、采样点数（数据长度）、触发方式、放大倍数、AC/DC选择、传感器灵敏度等。简单说明如下：
（1）最高分析频率Fm指需要分析的最高频率，也是经过抗混滤波后的信号最高频率。根据采样定理，Fm与采样频率Fs之间的关系一般可取为:
Fs=2.56Fm
最高分析频率Fm的选取决定于设备转速和故障性质。例如，诊断常见故障不平衡、不对中、机械松动及电机转子故障时，特征信息包含在频谱的10×RPM范围内；滚动轴承的故障信息在内外滚道、保持架及滚子等的故障特征频率及其低次谐频处，这些故障特征频率与机器转速及轴承构造参数有关；滚动轴承疲劳故障信息在与转速有关的某些高频区域；滑动轴承油膜涡动引起的振动频率主要在（0.42～0.48）×RPM区域；齿轮箱故障信息在齿轮啮合频率以及齿轮的固有频率附近；而叶轮叶片故障信息则在叶片通过频率、转频及它们的谐频处等等。最高分析频率应适当高于上述各故障信息所在的频率范围。
〈2〉采样点数N与谱线数M有以下关系：
N=2.56×M
谱线数M与频率分辨率⊿F及最高分析频率Fm有以下关系：
⊿F=Fm / M
或 M= Fm /⊿F
所以有 N=2.56 Fm /⊿F
由此可知，采样点数的多少与要求多大的频率分辨率有关。当最高分析频率已经确定，要考虑诊断中读谱的频率分辨率是多少，然后由上式计算采样点数，并将采样点数设置为最接近计算值的2的n次幂。例如，机器转速R=3000r/min=50Hz，欲分析8倍频以下振动信号，要求频率分辨率⊿F =1Hz，则采样频率和采样点数设置如下：
最高分析频率Fm =8×R=8×50Hz=400Hz；
采样频率Fs=2.56×Fm=2.56×400Hz=1024Hz；
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采样点数N=2.56×Fm /⊿F=2.56×400Hz/1Hz;
=1024=2；
谱线数M=N/2.56=1024/2.56=400（条）。
若对于频谱的频率分辨率没有太高的要求，一般来说，采样点数设为1024（400条谱线）便足够了。有时需要作时间频率三维谱图，采样点数可设置为8192（213）甚至更多。 （3）触发方式一般设置为内触发。在作现场动平衡需要测量相位时，或作阶比分析时，要求以转速脉冲信号适当分频后作为数据采集的外触发信号。此时，应设置为外触发，同时在外触发端口引入触发信号。
（4）放大倍数一般能够自动改换，即根据信号幅度自动选择放大倍数，以使放大后的信号幅度满足模/数转换的要求。如果仪器不能自动转换放大倍数，则需预先测试或估计出信号的最大可能幅度，然后人工设定放大倍数，使放大后的最大信号幅度不超过允许幅值。
（5）AC/DC选择一项，在作动态测量时应设置为AC。
（6）传感器灵敏度（或工程单位）设置一项，在输入传感器灵敏度数值后，时域和频域幅值谱纵坐标单位为与灵敏度相应的力学单位，若不输入灵敏度数值，则时域和频域纵坐标为伏。例如，加速度传感器灵敏度以[ V /（m/s2）]为单位时，时域和频域幅值谱纵坐标单位为m/s2；加速度传感器灵敏度以[V/g]为单位时，时域和频域纵坐标单位为重力加速度g。 2.2.3 辅助测试
有些情况下，为了确定或排除某些可能的故障，需要进行一些辅助测试。这些辅助测试包括：
变转速振动测试； 变负荷振动测试；
变润滑系统参数（油温、油压）振动测试； 起动或停车过程振动测试； 共振频率测试；
机壳、基座或管道某些部件的测试 。
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2.3 故障分析与诊断
根据振动信号识别设备故障是件难度很大的工作。这主要因为：同一故障可以表现出多种症候，同一症候可由不同故障引起，不同类型的机器其故障与症候的对应关系可能不完全一样，这种关系又与运行条件、环境条件、故障历史及维修情况有密切联系。在故障诊断中，熟悉和掌握机器的结构、特性、使用和维修情况以及实际诊断经验都是很重要的。
2.3.1 注意发展和变化
在分析和诊断故障时，应注意从发展变化中得出准确的结论。单独一次测量往往难于对故障判断有较大把握，反复多次的追踪测量分析能使诊断更接近于真实情况。为此，应注意积累和研究机器正常运行状态下的振动数据，包括基频的幅值和相位、次谐波和高次谐波的幅值和相位、其他重要频率分量的幅值、时域波形以及轴心轨迹的形状、大小和旋转方向等。对当前机器的振动信号进行各种观察和分析时，应与正常运行状态下的振动进行比较，注意哪些参数发生了变化及变化程度如何。例如，基频分量变化不大而2倍频幅值明显增大可能说明不对中加剧，喘振使轴向振动变化明显，而不平衡增大使水平和垂直方向振动同步增长。趋势分析也是有效的方法，不但分析振动有效值或峰-峰值变化趋势，而且分析基频、1/2倍频、2倍频等各频率分量的变化趋势，从而得出振动是稳定不变、逐渐上升、时升时降还是迅速增大等信息。例如，不平衡加大使振动缓慢而稳定上升，叶片断落则使振动幅值突然上升。
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