通用振动标准

第一篇：通用振动标准

通用振动标准-按轴承振幅的评定标准

按轴承振幅的评定标准

1969年国际电工委员会(IEC)推荐了汽轮发电机组的振动标准，如表1所示（峰－峰值，μm）。原水电部规定的评定汽轮发电机组等级与IEC标准基本相符，如表2所示（峰－峰值）。

表1 IEC振动标准

转速（r/min）1000 1500 1800 3000 3600 6000 12000

在轴承上测量 75 50 42 25 21 12 6

在轴上测量 150 100 84 50 42 25 1

2表2 振动标准

转速（r/min）优 良 合格

1500 30 50 70

3000 20 30 50

按轴承振动烈度的评定标准

国际标准化组织ISO曾颁布了一系列振动标准，作为机器质量评定的依据。现将有关标准介绍如下：

⑴ ISO2372/1：

该标准于1974年正式颁布，适用于工作转速为600~12000r/min，在轴承盖上振动频率在10~1000Hz范围内的机器振动烈度的等级评定。它将机器分成四类：

Ⅰ类为固定的小机器或固定在整机上的小电机，功率小于15KW。

Ⅱ类为没有专用基础的中型机器，功率为15~75KW。刚性安装在专用基础上功率小于300KW的机器。

Ⅲ类为刚性或重型基础上的大型旋转机械，如透平发电机组。

Ⅳ类为轻型结构基础上的大型旋转机械，如透平发电机组。

每类机器都有A，B，C，D四个品质级。各类机器同样的品质级所对应的振动烈度范围是有些差别的，见表3。四个品质段的含意如下：

表3 ISO2372推荐的各类机器的振动评定标准

振动烈度分级范围 各类机器的级别

振动烈度（mm/s）分贝（db）Ⅰ类 Ⅱ类 Ⅲ类 Ⅳ类

0.18-0.28 85-89 A A A A

0.28-0.45 89-93 A A A A

0.45-0.71 93-97 A A A A

0.71-1.12 97-101 B A A A

1.12-1.8 101-105 B B A A

1.8-2.8 105-109 C B B A

2.8-4.5 109-113 C C B B

4.5-7.1 113-117 D C C B

7.1-11.2 117-121 D D C C

11.2-18 121-125 D D D C

18-28 125-129 D D D D

28-45 129-133 D D D D

45-71 133-139 D D D D

A级：优良，振动在良好限值以下，认为振动状态良好。

B级：合格，振动在良好限值和报警值之间，认为机组振动状态是可接受的（合格），可长期运行。

C级：尚合格，振动在报警限值和停机限值之间，机组可短期运行，但必须加强监测并采取措施。

D级：不合格，振动超过停机限值，应立即停机。

振动烈度是以人们可感觉的门槛值0.071mm/s为起点，到71mm/s的范围内分为15个量级，相邻两个烈度量级的比约为1.6，即相差4分贝。

⑵ ISO3945：

该标准为大型旋转机械的机械振动—现场振动烈度的测量和评定。在规定评定准则时，考虑

了机器的性能，机器振动引起的应力和安全运行需要，同时也考虑了机器振动对人的影响和对周围环境的影响以及测量仪表的特性因素。

显然，在机器表面测得的机械振动，并不是在任何情况下都能代表关键零部件的实际振动应力、运动状态或机器传递给周围结构的振动力。在有特殊要求时，应测量其它参数。表4给出了功率大于300KW、转速为600~12000转／分大型旋转机械的振动烈度的评定等级。

注：参考值10-5mm/s。

表4 ISO3945评定等级

振动烈度 支持类型

振动烈度（mm/s）分贝（db）刚性支承 挠性支承

0.46-0.71 93-97 良好 良好

0.71-1.12 97-101 良好 良好

1.12-1.8 101-105 良好 良好

1.8-2.8 105-109 满意 良好

2.8-4.6 109-113 满意 满意

4.6-7.1 113-117 不满意 满意

7.1-11.2 117-121 不满意 不满意

11.2-18 121-125 不允许 不满意

18-28 125-129 不允许 不允许

28-45 129-139 不允许 不允许

该标准所规定的振动烈度评定等级决定于机器系统的支承状态，它分为刚性支承和挠性支承两大类，相当于ISO2372中的Ⅲ与Ⅳ类。对于挠性支承，机器—支承系统的基本固有频率低于它的工作频率，而对于刚性支承，机器—支承系统的基本固有频率高于它的工作频率。

按轴振幅的评定标准

ISO7919/1《转轴振动的测量评定—第一部分总则》于1986年正式颁布。ISO/DIS79110-

2《旋转机器轴振动的测量与评定—第二部分：大型汽轮发电机组应用指南》于1987年制订，它规定了50MW以上汽轮发电机组轴振动的限值，见表5和表6，分别适用于轴的相对振动与轴的绝对振动。

表中级段A，B，C的意义与前述相同。轴振动的测量应用电涡流传感器。

表5 汽轮机发电机组轴相对振动的限值（位移峰－峰值，单位μm）

极段 转速（r/min）

1500 1800 3000 3600

A 100 90 80 75

B 200 185 165 150

C 300 290 260 240

表6 汽轮机发电机组轴绝对振动的限值（位移峰－峰值，单位μm）

极段 转速（r/min）

1500 1800 3000 3600

A 120 110 100 900

B 240 220 200 180

C 385 350 300 290

有关轴承座与轴振动评定标准的几点说明：

⑴ 根据ISO2372及7919的规定，有以下两个准则应注意

准则一：在额定转速下整个负荷范围内的稳定工况下运行时，各轴承座和轴振动不超过某个规定的限值。

准则二：若轴承座振动或轴振动的幅值合格，但变化量超过报警限值的25％，不论是振动变大或者变小都要报警。因振动变化大意味着机组可能有故障，特别是振动变化较大、变化较快的情况下更应注意。

⑵ 根据我国情况，功率在50MW以下的机组一般只测量轴承座振动，不要求测量轴振动。功率在200MW以上的机组要求同时测量轴承座振动和轴振动。功率大于50MW、小于200MW的机组，要求测量轴承座振动，而在有条件情况下或在新机组启动及对机组故障分析时，则测量轴振动。

⑶ 轴承座振动与轴振动之间一般不存在一种固定的比例关系。这是因为两者振动与很多因素有关，如油膜参数，轴承座刚度，基础刚度等，一般可根据统计资料给出一个比例的变化

范围。根据ISO资料，机组轴振动与轴承座振动的比例一般为2~6。

德国工程师协会1981年颁布了《透平机组转轴振动测量及评价》，简称VDI—2059，将机组振动状态分为良好、报警、停机三个等级，分别采用三个公式计算，转化后得到的轴相对振动如表7所示。

表7 VDI-2059汽轮发电机组轴相对振动的限值（位移峰-峰值，单位μm）

转速（r/min）

1500 1800 3000 3600

良好 124 113 88 80

报警 232 212 164 150

停机 341 311 241 220

第二篇：振动试验机的注意事项及标准

振动试验机的注意事项及标准

振动试验机适用于电子、机电、光电、汽机车、玩具……等各行各业的研究、开发、品管、制造。试验机可模拟产品在制造，组装运输及使用过程中所遭遇的各种环境，用以鉴定产品是否忍受环境振动的能力，红外碳硫仪该试验设备能让我们提早知道产品或产品中的部件的耐振寿命，从而确定产品设计及功能的要求标准。

1、标准型振动试验机是针对产品包装后包装箱的模拟汽车运输试验，切不要进行产品的裸机试验以免刮伤和损坏样品；

2、试验样品重量请不要超过最大荷重以免长期过载使用导致试验机维修加大及寿命缩短；

3、试验样品的固定：将待测物品放置工作台的中央，移动四个活动夹板将产品固定好锁紧螺丝，每块平板与包装箱留有约1mm的缝隙，并非将试品牢牢夹死；

4、试验开始前接通电源，首先在控制面板上的速度旋钮左旋到最小，设定好工作时间再旋至所需振动速度进行试验（速度不能低于180RPM）。

第三篇：振动监测报告

振动监测报告

1必要性

目前，振动监测已被广泛应用于冶金、石化、电力、化工、造纸、制药、机械制造等行业，在有大量的电机、泵、风机、压缩机、变速箱等机械设备在连续工作的系统中,通过监测这些旋转机械的振动幅度、频率、方向等物理量的变化,及时掌握设备的工作状态。半导体生产线中生产任务安排紧密，时间就是效益，一些关键设备一旦出现问题，会对整个生产线造成严重扰乱，甚至导致前期半成品报废，产品延期，造成重大损失。由于半导体生产线中设备数量多，种类杂，精度高，市场现有振动监测经验不能直接应用，在我所以及半导体行业内，尚无应用振动监测进行预测性维修的经验，处于技术空白。项目以振动监测为技术手段，通过建立模拟运行系统，积累分析数据，研究半导体生产线设备机械故障的振动特点，以期达到无损监测设备状态，发现设备机械故障隐患，从而在半导体生产线中应用预测性维修，减少故障停机对生产造成影响的目的。

1.1本项目研究的背景

1.1.1本项目的任务来源

近年来，随着国家的发展，我所产值由几亿到几十亿以及将要向百亿突破，科研生产任务也越来越重，各生产线的任务安排也是越来越紧密，设备可以说是生产线上最重要的环节，尤其是一些重点设备，其运行状态的正常与否对产品质量以及生产任务能否按时完成起着决定性的作用，一旦设备故障停机，对生产造成的影响也越来越突出，尤其是重点设备的长时间故障停机，往往会造成重大损失，目前我所生产用设备普遍采用事后维修方式，工作流程如下所示

在这种模式下，随着部门的不同，1—2步所需时间从几分钟到几天不等；第3步所需时间要看维修人员是否全部正在进行维修任务，在设备故障集中爆发的时候，这个时间甚至能达到三天；3—4步平均时间在一天内，80%的都控制在半天内，当然也有部分设备的故障较为复杂，判断故障需要几天甚至十几天的时间，这种情况所占比例不超过5%；4—5步所需时间视情况不同基本在两天内，紧急情况可以在半天内完成；6—7步，一些常规配件或已有成熟渠道的备件经常能在第二天到货，而一些非常规备件尤其是进口备件经常需要一两个月时间，有些个别的定制件甚至需要几个月以上；一旦到第7步，备件到货后，真正修复设备需要的时间往往很短，90%都可以在一天内修复完成。在这其中，1—2步的提交维修申请可以通过增强部门内部沟通减少，但是对一些对设备不够熟悉的操作者来说，可能判断设备异常状态都是有一定难度的，需要寻求部门内对设备更熟悉的人员的帮助，都会经过一定的时间，而且一些较为隐蔽的机械故障，在前期很难发现，不是专业的维修人员不会注意这些情况，等操作者发现时往往故障已经扩大化，造成了故障部件外其他部件的损坏。2—3步在有限的维修人力资源下，只能通过对设备的重要程度，进行有限程度的调控，优化程度有限。3—4步和备件到货后修复的时间基本可控且在整个维修周期内占比最低。在这整个维修周期内，6—7步，属于时间最长，而且我方不可控的阶段，往往设备修复耗时长，影响生产任务的情况，都是由于这一步用时太长的原因。重要的是在这整个维修周期内，设备处于带病运行或故障停机状态，无论是带病运行造成故障扩大还是设备长时间故障停机，都会造成重大损失。

如果，我们可以提前发现设备故障趋势，大致判断故障时间，较为准确的判断故障部件，我们的维修模式就可以进行改变，不再采用事后维修这种模式，改为预测性维修的模式，更加灵活的安排维修任务。如下所示

在这个过程中，免去了事后维修模式的1、2、3的过程，以一过程替代了4、5过程，尽管一过程和4、5过程同样时间不可控，但是，值得注意的是，这个时间段内，设备尚未发生故障，还在正常使用状态，同时用二过程替代了事后维修的7过程，这样可以综合考虑生产任务的安排情况和维修任务的繁忙情况，更合理的、有计划的安排维修时间，尤其是在这整个维修周期内，设备完全处于正常运行状态或大部分时间处于正常使用状态。用一句话概括预测性维修和事后维修的最大区别：预测性维修是把工作做在了设备发生故障之前，因此最大程度的降低了故障停机时间。

正是由于预测性维修的优越性且目前已有大量成功实施的案例，各国生产行业也对预测性维修越来越重视。要想在半导体行业应用预测性维修，振动监测作为预测性维修的重要手段之一，尚无资料显示其有半导体行业中应用的实例，亟需实验数据的积累及分析，这也是本项目的主要任务来源。

1.1.2新形势对振动监测在半导体生产设备中的应用提出了迫切的需求

在我所从事生产用设备的机械故障中，约有2/3的故障是由运动部件动作不畅直接或间接造成的，其中部分严重的情况会造成故障扩大，如电机烧毁、传动轴磨损、丝杠损坏以及导轨损坏等。还有部分电气故障是由于设备运动部件状态不良，振动过大，造成一些传感器移位，从而导致设备异常，甚至造成设备误动作，损毁部件的情况；包括部分线路接触不良也是由于设备的异常振动导致线路松动所致。

如图一所示，为等离子清洗所用真空泵，由于清洗工艺不可避免的造成泵内有粘稠状胶质物积累，该状况无法通过换油改善，胶质物经过长时间累积到一定量后，会造成真空泵负载变大，导致了该泵联轴器超负荷运转损毁，虽然因为其所用电机有过热保护没有烧毁，但长时间在临界状态的运转，也会造成电机寿命缩短，如果提前通过振动监测察觉其振动状态改变，仅需在故障前期进行维护，对泵腔、转子及旋片进行清洗即可。

图二所示为某激光设备工作台Y轴驱动电机，当工作台Y方向不能动作时才发现故障，经判断为电机轴承卡死，由于该设备为进口设备，轴承不易寻找，用时三天才找到备件，若能在其故障前期发现，提前寻找备件，此次维修可以在两小时内完成。

图三所示为某激光打孔设备FP模组，因其噪声过大发现故障，此时故障已接近晚期，然而该模组为定制产品，下单后才开始生产，周期要30天，该设备生产任务安排非常紧密，每停机一天就有几千元损失，在发现故障后一周就已完全不能使用。由于其转速达到5000r/min，一旦靠人耳听发现噪音变大时，已经进入故障爆发阶段，将会迅速失效甚至造成故障扩大，若能在前期通过振动监测发现隐患，可提前订购配件，避免损失。

图一

图二

图三

尤其是精度越高，运动速度越快，转速越高的设备，在故障隐患其越难靠人的直观感觉发现，而这些情况下，故障的突然爆发往往会直接导致设备停机，甚至造成故障扩大。这就迫切的要求我们进行振动监测，以提前发现故障隐患，采取措施，从而避免损失。

1.1.3现有振动监测技术对半导体生产线设备的适用性分析

振动监测这一名词国外早在50多年前就已经提出，但由于当时测试技术和振动监测诊断故障特征知识的不足，所以这项技术在20世纪70年代前都未有明显发展。国内提出振动监测也有30多年的历史。

（1）振动监测就目前来分，可分为在线式和离线式。前者是针对冶金、石化、电力、等行业，设备需要连续工作的系统，在时间要求上相对较为紧迫，一旦延误甚至会发生生产安全事故，需要对设备进行24小时不间断监测，通过对其中旋转机械的振动幅度、频率、方向等物理量的变化，及时掌握设备的工作状态，利用计算机记录设备的运行参数，包括振动加速度、速度、位移等参数，通过和专家预置的信息相对比，一旦超过警戒值自动发出故障警报信息，故又称为自动专家诊断系统。系统的核心是专家经验，但是如何将各行业分散的专家经验进行系统化和条理化，能够统一运用到各行各业不同的设备上，是目前国内外许多专家正在研究的一个技术问题，因此这种诊断系统不能进行无缝移植，不能再不同设备间通用。即使市场上的专业振动监测公司，也是针对特定的设备设计和制造振动监测诊断系统，该系统具有唯一性和不可移植性。

（2）离线式振动监测是在有需要时，由人到设备现场，对设备各部位进行振动监测，可以将振动信号、数据采集后离开现场，进行仔细的分析、讨论或模拟实验，因此称它为振动监测离线诊断。离线监测诊断在故障诊断深入程度上要比在线诊断具体的多，因此难度也较大。

振动监测离线故障诊断技术包括诊断思维方法、振动故障范围及其特征（包括数据处理）和机理。但一般所说的故障诊断技术主要是指故障特征和机理，对于故障诊断思维方式和故障范围的研究，目前还未有特别深入的研究。

（3）半导体行业相对电厂、矿场来说，设备的规模较小，但精度要求高，设备台数多、种类多，需要监测的重点设备随生产任务的变化会随时改变，各生产线区域分开，甚至不在同一厂房。生产任务安排紧密，无法定时停机检修。现有的在线式监测系统，安装调试复杂，一旦应用于一套设备后，如需更换应用设备，要重新安装调试，过程复杂、漫长；另外，对半导体生产来说，在线监测方式存在影响产品稳定性的可能。所以，在半导体生产线更适合离线式、便携式的监测方式，由维修部门和使用部门合作，进行每日、每周点检，持续性采集数据，然后针对不同的设备建立各自的数据库，再分门别类的进行数据分析的方式进行。

综上所述，我们只能借鉴现有的振动监测诊断技术，不能生搬硬套到我们的生产线上运用，还需要自行进行实验研究，累积数据加以分析，以应用到我们生产线的设备上，而随着生产任务越来越重，应用振动监测手段来减少设备停机时间，提高生产效率，也是非常必要的。

1.2国内外现状和发展趋势

上世纪70年代以来，美国的后勤工程（Logistic Engineering）、英国的设备综合管理工程（Tero Technology）及日本的全面生产性维修（Total Productive Maintenance）的创立，标志着维修作为一门独立的学科登上应用工程学的舞台。伴随着维修科学的发展，预测性维修作为一种新兴的维修方式成为行业研究的热点。

预测性维修最早在西方发达工业国家兴起，目前已经是“工业4.0”提出的关键创新点之一，有资料显示，德国工程行业现已普遍接受并理解预测性维护这一重要的行业趋势。已有有部分公司着手深入解决这个问题。

预测性维修发展到现在，基本已经有了成熟的体系，如下所示

据知名物联网研究机构Lot analytics2017年发布的报告指出，2016-2022年期间预测性维修的复合年均增长率（CAGR）为39％；到2022年，技术支出将达到10.96亿美元（如图四所示）。

图四

报告数据基于110家从事预测性维修实施的技术公司相关业务的收入所得出，这些公司跨越13个行业和7个技术领域。

图五显示的是前二十名实现预测性维修的公司。

图五

IBM利用数据分析和优化能力，帮助美国的普惠发动机公司实现预测性维修，从而防止由于发动机故障导致的飞机事故。

SAP发力预测性维修市场已然有多年历史，并因此成为与“预测性维修”相关的关键词搜索最多的公司。全球最大的空气压缩系统供应商之一的凯撒空压机，借助SAP 预测性维修及服务解决方案实时监控压缩空气站的情况，并在客户资产出现故障之前主动采取维护措施。

作为工业自动化的专家，西门子将预测维修应用于工厂设置和工业设备的自动化系统中。西门子于2016年10月在德国铁路公司推出了为期12个月的预测性维修试点。西门子与美国致力于数据分析的Azima DLI公司合作，在NASA阿姆斯特朗飞行中心（冷却系统）实施预测性维修。

在我国，也已有大量成功应用预测性维修的案例。如2015年3月，长春第一热电厂锅炉引风机进行了以振动监测为主的故障预测。2015年4月，首钢长治钢铁有限公司轧钢厂的杨诚潜在《山西冶金》发表了《状态检测与故障诊断技术在精轧机设备管理中的应用》一文，其中介绍了两起以振动监测手段发现精轧机齿轮、滚动轴承故障隐患的案例。

我国的预测性维修技术还是处于较落后的阶段，属于个别零散的运用，没有比较标准的，具有较好通用性的成熟系统。尤其是在半导体行业，更是没有实施案例。

预测性维修是一个极为复杂的系统，振动监测及诊断技术是其中最为重要的一环，尤其是对有旋转部件的设备来说，振动监测及诊断技术更是核心部分。半导体生产线的设备99%的都具有旋转部件，想要在半导体生产线实行预测性维修，首先就要进行振动监测及诊断技术的研究。而针对半导体生产线的设备的特点，以振动监测手段来进行预测性维修，即简便有效成本又低。

1.3 存在的问题

目前，存在的主要问题是，国内没有振动监测在半导体生产设备上应用的经验，更没有累积的数据。现有的为一部分通用经验和数据，再就是其他行业部分设备的应用经验和实例。直接移植到半导体生产设备上将会有不适用现象。

1.3.1可能会对设备产生影响

在线式监测系统需要在设备上加装大量传感器，以及加装大量线路，再连接到远程端的在线振动监测控制箱或工控机，如图六所示为钢铁厂精轧机在线监测系统，系统结构复杂，针对设备单一，一旦安装不可移动。半导体生产线设备数量种类众多，重点设备也是种类数量众多，都建立在线式振动监测系统不太现实。另外，虽然半导体生产设备大多规模相对较小，但是精度要求高，动作维度多，复杂程度高，在线监测系统加装的众多传感器和线路难免对其动过造成一定影响。包括过多的线路对设备是否会造成信号干扰也是不可预测。

图六

1.3.2可能会对设备的状态产生误判

现有的离线式振动监测经验多是在电力、矿场、化工等企业的设备上得来。如汉能华科技对风电企业风电机组的离线式振动监测；北京万博振通对山东鲁恒生电气车间0.5MW电机的监测。这些设备有一些共同的特点：体型庞大，功率大，对精度要求低，经振动监测发现不正常时，往往有经验的维修人员凭感觉也能发现振动、噪声的异常，这时故障已经发生，造成了部分部件的损坏，大多数只是用振动监测的方式判断故障发生的大概位置，进行亡羊补牢式的操作。如对某厂循环水泵（图七）进行振动监测发现异常，此时拆解检查后，发现电机轴承外圈跑圈（图八），也就是轴承存在部分失效情况，此时在电机转动时，轴承外圈和轴承安装孔之间已经存在了相对运动，这时其实已经对部件造成了损坏（图九），其实此故障在早期应该只是轴承转动不畅，当轴承本身阻力达到一定程度时，由于一般轴承外圈和轴承孔之间为过渡配合，摩擦力相对较小，此时就会出现轴承外圈跑圈现象，造成故障扩大。

图七

图八

图九

这种大型设备本身正常运转时振动就大，故障前期的振动信号被隐藏在正常震动中，就造成了隐患发现延时的情况，但是如果监测信号放大过渡，又可能会造成误报。与之相比，半导体生产线的设备体型小、功率小、精度高。正常运转时振动很小，即使故障时的振动相对那些大型设备也是很小的，如果套用那些现有的大型设备的振动数据，恐怕会都被认为在正常工作范围内，无法监测出问题，必须对采集的数据进行处理、分析，但是同样的，如果数据处理的不合理，也会出现误报现象。

总之，现有的在线式振动监测及诊断系统和离线式振动监测及诊断技术都是只适用于特定行业的部分设备，对半导体生产设备来说并不适用，直接简单移植套用，不只起不到预测故障发生时间和部位以进行预测性维修的作用，还会造成无法发现隐患或故障误报的情况，对正常的维修工作造成干扰。

1.4项目的作用和意义

本项目拟针对预测性维修中的的核心技术，振动监测及诊断技术在半导体生产设备维护维修中的应用问题进行研究，从而经过数据、经验的积累，在半导体生产线运用此技术，减少意外停机，降低设备故障对生产造成的影响，提高生产效率；同时，通过对故障的预测，在故障前期进行维护维修，防止故障扩大，降低损失。

2研究目标

本项目的研究目标是：紧跟国际前沿技术发展趋势，结合已有的研究成果，设计制作有自主产权的模拟半导体生产设备工作状态的失效模拟系统，研究半导体生产设备机械动作部分故障前的振动变化状态，通过实验和数据的累积，运用现在先进的科技手段和数据分析手段，首先做到在试验系统可以预测故障发生部位和时间，进一步以试验得到的经验和数据，结合实际生产用设备数据的采集工作，在实际生产线的重点设备上进行振动监测，达到预测重点设备故障发生部位和时间的目的，从而可以根据生产安排情况，开展预测性维修，减少设备故障对生产造成的影响；同时避免过度维修造成的浪费。

3.研究内容

通过监测采集数据，对采集到的数据进行分析，根据加速度、速度、位移等数据，进行对比，结合理论研究，对动作部件的工况进行判断，通过研究数据的变化趋势，对部件的状态趋势进行判断，预测故障隐患部位及故障发生大概时间。应用前景

该项目完成后，将可以在半导体生产线中应用振动监测手段，在机械动作的故障前期发现隐患，从而可以根据生产安排，灵活有计划的决定进行维修的时间，减少因临时停机对生产造成的影响，同时可以避免故障扩大，减少损失。若技术成熟，简化操作，可以很大程度上可以实隐患性机械故障的发现不再过于依赖有经验的维修人员，推动预测性维修和全员维修在半导体行业的发展，提高行业的生产效率。可行性分析

作为项目承接单位，计量维修部是由原十九室和计量中心合并组成，十九室一直从事我所科研生产设备的维修工作，有大量的维修经验，有力的技术支持，计量中心有丰富的计量、测试的理论知识和实际经验，又有丰富的做项目的经验，我们组成的计量维修部，一定可以发挥1+1>2的水平。项目团队技术水平较高，熟悉半导体生产线的各种设备，具有丰富的维修经验及设备理论基础，项目负责人具备专业的技术知识和能力，具备完成该项目的研究基础和研究条件。

需重点解决的技术难点，怎么让其具有一定的通用性；如何在复杂的数据中区分出有效数据和干扰数据；如何把数据和部件对应起来。

5.1 具备的研究基础

20世纪70年代以来，电子技术和信号处理技术的迅猛发展，转子-轴承系统动力特性研究的不断深入，有力地促进了大型回转机械状态监测和故障诊断技术的发展，使大型回转机械状态监测和故障诊断技术水平不断提高。无论是用于离线监测和在线监测都有比较成熟的产品供选用，如德国vibro-meter在线振动监测系统，国内的航天智控AIC9900等。

在理论方面：国内有俞培松2007年在《同济大学》发表的硕士学位论文《滚动轴承振动故障诊断技术的研究及其实际应用》；黄伟国2010年在《中国科学技术大学》发表的博士学位论文《基于振动信号特征提取与表达的旋转机械状态监测与故障诊断研究》。

在实际应用方面：陈珊珊、李钢燕、何凤英2006年在《中国设备工程》发表的《振动诊断技术在设备点检定修中的应用》，介绍了振动监测在鞍钢某厂步进式加热炉风机故障诊断中的应用实例，并进一步说明了监测与诊断技术是实现点检定修的基础和重要手段；有杨诚潜2015年在《山西冶金》发表的《状态检测与故障诊断技术在精轧机设备管理中的应用》，介绍了振动监测在精轧机上的应用实例。

振动监测的应用在国内已有大量的论文提供理论支持和成功的实施案例。项目组具有丰富的半导体生产设备维修经验，对设备机械结构有足够的实践基础和理论基础，熟悉各种设备的机械易发故障和部件失效方式。项目组成员均具有大学本科及以上学历，具有学习振动监测理论知识的能力。综上所述，项目组具有完成项目的基础。

5.2 具备的研究条件

我所是国内最主要的半导体器件科研生产单位之一，在前道、后道都有多条生产线，设备数量、种类众多，可以为项目的实施提供丰富的参考样本，并且可以在日常做设备维修工作时，根据实际情况，随时检验研究成果。

现有的分析方法和数据不知道是否适用于半导体生产设备状况，需研究、测试、验证。不同的设备，不同的结构，其振动数据都不一样，如何在大量的数据中分辨出有效数据和无效数据，哪些数据是故障特征的表现，这是一个技术难点。

主要的风险是：虽然具有较好的理论性，但是没有经过专业的技术论证，实施起来可能难度很大，而且每一项可能都需要大量的时间，整体实施下来可能需要的时间可能会超过预期。

采取的措施：在实际操作中优化各方案，随时优化模拟系统结构和加速失效方法，加强学习振动理论和数据分析的方法，同时请各相关专业的学术机构对方案进行可行性论证和向各相关专业的专家请教学习。已实施的应用情况

前期以维修人员经验为主，通过听和触摸判断设备运行中振动状态的改变，对设备动作部件的工作状态进行定性判断，主要实施案例如下：

1)印刷机的吸片风机噪声异常，触摸感觉振动剧烈，明显超过正常运行的振动程度，判断为轴承故障，通过拆解确认，轴承滚珠生锈，转动卡顿，更换轴承后该风机运行状态恢复正常，避免了因轴承卡死造成电机烧毁。

2)退火炉上舟故障，在维修时发现下舟驱动装置噪声异常，振动变大，判断为直线轴承故障，对设备进行拆解检查后发现4个直线轴承均出现不同程度的防尘圈老化有脱落物进入轴承内部，滚动体有锈蚀、磨损现象，其单独在导轨上滑动时就有滚动体失效造成的动作不畅现象，所以造成了运行过程中的异常振动，同时还发现6个驱动轴承有不同程度的磨损，有的已经卡死不能转动，但由于驱动轴承较小，卡死不转不导致设备振动变化幅度较小，通过人的感觉无法提前发现。对损坏的轴承进行更换后，设备振动状态恢复正常。

3)干泵在运行中噪声、振动明显变大，判断其轴承磨损或转子磨损，即将发生故障，及时寻找备用泵，在造成故障停机前对异常干泵进行替换，减少了因故障造成的设备停机时间。

4)加工中心在运行中主轴振动变大，判断为主轴轴承磨损，需进行更换，及时对主轴进行维护，避免了主轴卡死造成更大的损失。

5)印刷机印刷头在X方向运行时噪声、振动明显异常，判断为滑轨滑块磨损，提前订购滑轨滑块，在生产间隙进行更换后恢复正常，避免了因设备故障对生产进度的影响。

6)

溅射台吊架转动噪音、振动变大，用测振仪进行监测，加速度值在0.7~0.8~0.9~1.1m/s，速度为0.1mm/s，位移为0.003~0.004mm，由于该部件运转速度较慢，转速在15r/min，且故障现象较轻，尚能正常使用，认为速度值和位移值只具有一定的参考价值。其在低速运转情况下，加速度值较大，且周期性变化明显，说明在运行过程中具有一定的刚性冲击，位移值和速度值较低，说明冲击过程较短，程度较低。造成这种情况有两种可能，一是轴承有间歇性卡顿，二是腔体内有障碍物对吊架的转动的路径造成了一定的遮挡。进行拆解后，去掉了电机、减速箱和吊架主体，仅对转动机构进行检测，加速度值为0.1~0.3m/s，因此时无法对其进行有效固定，速度值和位移值不具有参考性，周期性变化的加速度值进一步说明了具有间歇性的刚性冲击，此时可以准确判断为轴承具有间歇性的卡顿现象。进行拆解后发现轴承有锈蚀现象，且有大量脱落的锈蚀粉末。

溅射台吊架转动噪音、振动变大，用测振仪进行监测，加速度值在0.7~0.8~0.9~1.1m/s，速度为0.1mm/s，位移为0.003~0.004mm，由于该部件运转速度较慢，转速在15r/min，且故障现象较轻，尚能正常使用，认为速度值和位移值只具有一定的参考价值。其在低速运转情况下，加速度值较大，且周期性变化明显，说明在运行过程中具有一定的刚性冲击，位移值和速度值较低，说明冲击过程较短，程度较低。造成这种情况有两种可能，一是轴承有间歇性卡顿，二是腔体内有障碍物对吊架的转动的路径造成了一定的遮挡。进行拆解后，去掉了电机、减速箱和吊架主体，仅对转动机构进行检测，加速度值为0.1~0.3m/s，因此时无法对其进行有效固定，速度值和位移值不具有参考性，周期性变化的加速度值进一步说明了具有间歇性的刚性冲击，此时可以准确判断为轴承具有间歇性的卡顿现象。进行拆解后发现轴承有锈蚀现象，且有大量脱落的锈蚀粉末。

溅射台吊架转动噪音、振动变大，用测振仪进行监测，加速度值在0.7~0.8~0.9~1.1m/s，速度为0.1mm/s，位移为0.003~0.004mm，由于该部件运转速度较慢，转速在15r/min，且故障现象较轻，尚能正常使用，认为速度值和位移值只具有一定的参考价值。其在低速运转情况下，加速度值较大，且周期性变化明显，说明在运行过程中具有一定的刚性冲击，位移值和速度值较低，说明冲击过程较短，程度较低。造成这种情况有两种可能，一是轴承有间歇性卡顿，二是腔体内有障碍物对吊架的转动的路径造成了一定的遮挡。进行拆解后，去掉了电机、减速箱和吊架主体，仅对转动机构进行检测，加速度值为0.1~0.3m/s，因此时无法对其进行有效固定，速度值和位移值不具有参考性，周期性变化的加速度值进一步说明了具有间歇性的刚性冲击，此时可以准确判断为轴承具有间歇性的卡顿现象。进行拆解后发现轴承有锈蚀现象，且有大量脱落的锈蚀粉末。

对轴承进行更换后，单独对转动部分进行测量，加速度值为0.1m/s，且保持不变，对设备进行恢复安装后，噪声、振动情况恢复正常，同时产品溅射均匀度有所改善。案例分析：由于轴承间歇性的卡顿会造成吊架转速的不均匀，从而影响到产品溅射均匀性，而产品在进行溅射时是在真空密闭环境下，操作者无法有效观察到吊架旋转状态，设备本身只能设定吊架转速，没有对吊架转速的实时监控，所以在进行生产时吊架的旋转情况是不可知的，此次通过对吊架转动过程中的振动监测，发现了隐性故障，改善了产品溅射的均匀性。阶段总结

振动监测在半导体设备维修中具有一定的应用前景，通过依靠维修人员的听和触摸操作进行监测，可以判断振动较为明显的故障，但是针对本身振动较小、隐性的、振动改变轻微的情况，维修人员无法仅靠感官进行判断，需要通过仪器辅助，难点是没有任何经验，外界也没有半导体设备振动监测的经验可借鉴，而且对于高精度的设备，能否真正进行有效的应用不可知，目前也没有在高精度的设备上成功应用的机会和案例。后期计划

在现有的条件下，工作中采集更多的数据，循序渐进，寻找在更高端的 设备上应用的机会，根据设备故障情况，可以先从某一设备的某一运动单元入手。

第四篇：《弦振动实验报告》

弦振动的研究

一、实验目的 1、观察固定均匀弦振动共振干涉形成驻波时的波形，加深驻波的认识。

2、了解固定弦振动固有频率与弦线的线密ρ、弦长 L 和弦的张力Τ的关系，并进行测量。

二、实验仪器

弦线，电子天平，滑轮及支架，砝码，电振音叉，米尺

三、实验 原理

为了研究问题的方便，认为波动是从 A点发出的，沿弦线朝Ｂ端方向传播，称为入射波，再由Ｂ端反射沿弦线朝Ａ端传播，称为反射波。入射波与反射波在同一条弦线上沿相反方向传播时将相互干涉，移动劈尖Ｂ到适合位置．弦线上的波就形成驻波。这时，弦线上的波被分成几段形成波节和波腹。驻波形成如图（2）所示。

设图中的两列波是沿 X 轴相向方向传播的振幅相等、频率相同振动方向一致的简谐波。向右传播的用细实线表示，向左传播的用细虚线表示，它们的合成驻波用粗实线表示。由图可见，两个波腹间的距离都是等于半个波长，这可从波动方程推导出来。

下面用简谐波表达式对驻波进行定量描述。设沿 X 轴正方向传播的波为入射波，沿 X 轴负方向传播的波为反射波，取它们振动位相始终相同的点作坐标原点 “O”，且在 X＝0 处，振动质点向上达最大位移时开始计时，则它们的波动方程图（2）

分别为：

Y 1 ＝Acos2(ft－x/ )Y 2 ＝Acos[2(ft＋x/λ)+ ] 式中 A 为简谐波的振幅，f 为频率，为波长，X 为弦线上质点的坐标位置。两波叠加后的合成波为驻波，其方程为：

Y 1

＋Y 2 ＝2Acos[2（x/ ）+/2]Acos2ft

① 由此可见，入射波与反射波合成后，弦上各点都在以同一频率作简谐振动，它们的振幅为｜2A cos[2（x/ ）+/2] |，与时间无关 t，只与质点的位置 x 有关。

由于波节处振幅为零，即：｜cos[2（x/ ）+/2] |＝0 2（x/ ）+/2＝(2k+1) / 2

(k=0.2.3.…)

可得波节的位置为：

x＝k /2

② 而相邻两波节之间的距离为：

x k ＋ 1 －x k ＝(k＋1)/2－k / 2＝ / 2

③ 又因为波腹处的质点振幅为最大，即

｜cos[2（x/ ）+/2] |

=1 2（x/ ）+/2 ＝k

(k=0.1.2.3. )

可得波腹的位置为：

x＝(2k-1)/4

④ 这样相邻的波腹间的距离也是半个波长。因此，在驻波实验中，只要测得相邻两波节或相邻两波腹间的距离，就能确定该波的波长。

在本实验中，由于固定弦的两端是由劈尖支撑的，故两端点称为波节，所以，只有当弦线的两个固定端之间的距离（弦长）等于半波长的整数倍时，才能形成驻波，这就是均匀弦振动产生驻波的条件，其数学表达式为：

L＝n / 2

(n=1.2.3.…)由此可得沿弦线传播的横波波长为：

＝2L / n

⑤ 式中 n 为弦线上驻波的段数，即半波数。

根据波速、频率及波长的普遍关系式：V＝f，将⑤式代入可得弦线上横波的传播速度：

V＝2Lf/n

⑥ 另一方面，根据波动理论，弦线上横波的传播速度为：

V＝(T/ρ)1/2

⑦ 式中 T 为弦线中的张力，ρ 为弦线单位长度的质量，即线密度。

再由⑥⑦式可得

f =（T/ρ）

1/2（n/2L）

得

T＝ρ /(n/2Lf)2

即

ρ＝T(n/2Lf)2

(n=1.2.3.…)

⑧ 由⑧式可知，当给定 T、ρ、L，频率 f 只有满足以上公式关系，且积储相应能量时才能在弦线上有驻波形成。

四、实验内容

1、测定弦线的线密度：用米尺测量弦线长度，用电子天平测量弦线质量，记录数据 2、测定 11 个砝码的质量，记录数据 3、组装仪器

4、调节电振音叉频率，弦线长度和砝码数量得到多段驻波，用米尺测量驻波长度，记录频率，砝码质量，波数，波长。（靠近振动端的第一个驻波不完整，要从第二个驻波开始测量波长）

五、数据 记录 及处理

1、弦线密度测定 弦线总长：2.00m

总质量：0.383g

σ=0.383/2.00=0.1915

g/m 2、砝码质量测定：

兰州 g=9.793m/s2 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

质量/g 10.015 10.016 9.988 10.020 10.009 10.000 10.013 10.006 10.018 10.018 4.997

波数 波长 L/cm 张力 T/N 频率 f/Hz 砝码 m/g 9 17.30 0.049 45.04 4.997 8 17.38 0.049 48.17 4.997 7 16.13 0.049 49.26 4.997 6 20.31 0.098 43.70 10.015 5 23.16 0.098 16.51 10.015 4 30.60 0.196 53.21 20.031 3 41.44 0.343 54.81 35.022 2 69.50 0.980 50.00 100.093 T/N 0.049 0.049 0.049 0.098 0.098 0.196 0.343 0.980 v/m/s 0.506 0.506 0.506 0.715 0.715 1.012 1.338 2．262

lgT/N-1.309-1.309-1.309-1.009-1.009-0.708-0.465-0.009 lgv/m/s-0.296-0.296-0.296-0.146-0.146 0.005 0.126 0.354

六、实验分析

本实验结果基本符合经验公式，但还存在误差，分析有以下原因 ：

1、未等挂在弦线上的砝码稳定就开始测量。

2、未等形成的驻波稳定就开始记录数据。

3、用米尺测量时读数不够精确。

七、实验问题 1、.如果要确定 v 与σ的关系，实验应如何安排?

答：应准备材质不同的弦线，在频率 f 和张力 T 一定的情况下，出现不同数量的驻波，测量对应波长 L，V=2Lf，作出σ—V 图像。σ作为 V 的幂函数令σ=AV，两边取对数得 lgσ=lgA+BlgV 作 lgσ—lgV 图像求 A,B.若 B=V,A=T 则公式推导正确。

2、弦振动时，使 N（波数）为偶数，将音叉转 90°后，观察现象，并说明原因。

答：旋转音叉 90°波数变为 N/2。原因是音叉带动的弦线由原来的左右摆动变成了前后摆动，形成的都是横波，原来左右振动一个周期形成两个波，旋转 90°之后前后振动一个周期只形成了一个波，此时，电振音叉的振动频率不变，但是弦线的振动频率变为了原来的一半，所以波数减半。

第五篇：振动漫谈读书报告

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振动漫谈

—论文

学号：011340107 姓名：汪长江 学院：航空宇航学院

专业：土木工程

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振动简析及现象

机械振动的定义就是某一个物理量在它的平衡点的附近来回的运动或者就是物体经过它的平衡位置所做的一种往复的运动。也可以说成是物体的一部分或者是全部沿着直线或者是曲线往返的颤动，有一定的规律和周期有时为了简便，人们也把它简称为振动。振动是一个比较重要的研究课题，早在1956到1957年，荷兰的惠更斯研究成功的单摆机械钟就是振动的应用。一直到了21世纪初期，人们的研究目标就是集中在了避免共振的问题上。共振一直是一个比较大的问题在我们的生活以及生产中都会接触到一系列的振动源，例如风动工具，内燃机车，拖拉机，船舶和摩托车等。振动量就是用来衡量振动的强弱的一种量，物体的位移，速度以及加速度都是一些振动量，其中一些零件的寿命的降低就和振动有许多的关系，一旦振动的程度加大，也许就会对机器的某些零件产生一些损坏，导致它的功能失效，可能就是由于某个零件的失效，导致及其发生事故都是可能的。例如，透平叶片由于振动而引起的失效就会引起严重的事故

振动可以分为许多种类，按照产生的原因分类，可以分为自激振动，受迫振动和自由振动。如果按照振动的规律分，可以分为简谐振动，随机振动等等也可以根据其他的一些标准将振动进行划分。其中简谐振动是我们最常见的振动。

1.简谐振动

简谐振动是振动的一种形式。自变量为时间的正弦函数或者是余弦函数的一种振动，在我们的生活中是比较常见的。也是一种最简单的振动。简谐振动的特点主要有往复性，周期性，对称性。弹簧拉一个小球左右或者是上下的摆动就是简谐振动，还有单摆的运动也是简谐振动的例子。

2.共振

振动频率，加速度和振幅可以是影响振动的主要因素古希腊的阿基米德曾经说过：“给我一个支点，我会撬起整个地球”而现代的美国的发明家特土拉也说过，只要是给他一个共振器，他就能把地球一分为二。他曾经做过一个实验，就是在未竣工的钢结构架的楼房上面，把一个共振器的小物体放在其中一个钢梁上，然后就是按动了按钮，结果钢梁就开始振动，慢慢的，延伸至整个大楼。这个事例足以说明共振的危害还有发货的军队过桥，脚步声和桥的固有频率一致，

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使桥的振动加强，当压力达到一定的程度，就发生了共振，以至于桥崩塌了，共振有时候也在威胁着人类的生活。

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院，大礼堂，演播室的墙面上都会加一些窗帘或者是泡沫之类的东西，让它们吸收声音的频率，因此不容易发生共振。我们现在的生活中还有一种东西叫做消声器由于现在生活节奏的加快，街上的喧闹声，鸣笛声等等影响着人们的生活，听力，休息，消声器就是这么发展来的。它就是使从枪口喷射出的高压气体经过若干的气室来吸收气体的冲击波，从而降低了枪口的噪声。随着科技的发展，会有更多的方法来控制振动的危害的

5.振动的应用

振动的技术是属于一项比较交叉的学科。因此应用也就是比较广泛的。它在土木工程中以及铸造生产中都有应用。在建设楼房的时候我们都需要下地基，但是下地基打桩用传统的锤子有些吃力。现在我们可以采用振动打桩技术，通过桩体产生的振源传递给土地，致使土地产生振动，然后土粒在振动下摩擦力减少，这样桩就很容易的打进土里面了。冷却以及烘干的振动机就是利用振动的例子。振动可以促使物料处于运动的状态，利于气流的通过，为热交换创造了必要的条件。分选及混合的振动机也是类似的原理．还有许多利用振动的例子。医学上也有好多利用振动的例子。比如现在有一款化妆品叫做 美伊美，深受广大的妇女的喜爱。它的按摩机就是通过振动的原理工作的，这种机器有两种工作频率，一种是柔波的速度，另一种是快速柔波的速度。它就是通过快速微震表面达到深层洁面的作用。同时也可以按摩脸部，抚平皱纹。

机械振动在生活生产中的实际应用。在现实生活中我们能看到很多机械都是运用机械振动这一学说理论来建造出来的。比如筛分设备、输送设备、给料设备、粉碎设备等等机械设备都是将理论运用到现实生活中的结果。以下我就举些例子来加以说明机械振动具体得在哪些产品中运用到了。先说说筛分设备，筛分设备是机械振动在现实生活中运用的最多的产品。比如热矿筛、旋振筛、脱水筛等各种各样的筛分设备。顾名思义，筛分设备就是运用振动的知识和筛分部件将不同大小不同类型的物品区分开来，以减少劳动力和提到生产效率。例如：热矿筛采用带偏心块的双轴激振器，双轴振动器两根轴上的偏心块由两台电动机分别带动做反向自同步旋转，使筛箱产生直线振动，筛体沿直线方向作周期性往复运动，从而达到筛分目的。又如南方用的小型水稻落谷机，机箱里有一块筛网，由发动机带动连杆做往复运动，当水稻连同稻草落入筛网的时候，不停的振动会让稻谷

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通过筛网落入机箱存谷槽，以实现稻谷与稻草的分离，减少人力资源，提高了农业效率。

输送设备运用到机械振动也是很多的。比如：螺旋输送机、往复式给料机、振动输送机、买刮板输送机等输送设备。输送设备就是将物体从一个地方通过输送管道输送到另一个地方的设备，以节约人力资源，提高生产效率。例如：广泛用于冶金、煤炭、建材、化工等行业中粉末状及颗粒状物料输送的振动输送机，采用电动机作为优质动源，使物料被抛起的同时通过输送管道做向前运动，达到输送的目的。

给料设备在某种程度上与输送设备有共同之处，例如：振动给料机、单管螺旋喂料机、振动料斗等设备。就拿振动料斗来说吧，振动料斗是一种新型给料设备，安装在各种料仓下部，通过振动使物料活化，能够有效消除物料的起拱，堵塞和粘仓现象，解决料仓排料难的问题。

钢结构失稳监测。结构的稳定性可用结构的模态参数（主要是自振频率和振型）进行描述。结构的模态参数是结构的一个非常重要的性态表现。它反映了结构的质量和刚度分布状况，从结构的模态参数发生的变化，可以定性或定量地判别结构稳定状态的改变。建筑结构的整体失稳往往是由于构件的老化或在地震等灾害作用下，连接件或构件的局部失稳所引起，任何由于局部失稳而造成的质量和刚度矩阵的变化都将从频率及振型量测值的变化上表现出来。如果发现当前所测的结构频率及振型与原来的频率及振型有差别，可以认为结构的质量和刚度矩阵发生了变化，频率和振型的变化到一定程度，即结构中的部分构件、连接件的稳定性发生了变化或结构的整体稳定性发生了变化，因此可以通过对结构振动响应的测量信息，来识别结构或构件的模态参数，进而根据模态参数变化来判断结构或构件的稳定性。

利用结构或构件的振动特性进行失稳监测和预估屈曲荷载的概念可以追溯到２Ｏ世纪３Ｏ年代，Ｓｏｍｍｅｒｆｉｅｌｄ试验了一根悬臂柱，在柱的自由端附加一个变荷载，发现系统的固有频率随荷载的增加而下降，当顶端荷载达到柱的屈曲载荷时，固有频率接近于０。２０世纪７Ｏ年代起。以Ｓｉｎｇｅｒ为代表的西方学者，结合航空航天事业的发展，利用振动频率特性预估屈曲载荷方法对金属桁条加筋圆柱壳进行了深入的研究，发现在临界屈曲前，高载荷处的频率急

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剧下降。中国国防科技大学雷勇军等为了验证复合材料圆柱壳的失稳与壳体振动频率的关系，进行了复合材料圆柱壳在轴压和外压作用下失稳荷载的振动监测试验。中国建筑科学研究院钱基宏 以一个简单的２４单元六角星型球面钢网壳结构为例，对薄壳的失稳与其振动特性之间的关系进行了研究。

大量的试验和理论研究证明：①结构自振频率与其所受载荷的大小有关，随着所受载荷的增加，自振基频在单调下降，当接近于屈曲失稳时，自振基频急剧下降，失稳时，自振基频下降到０。②根据结构或构件的振动特性与其稳定性之间的相互关系，通过一定的监测方法或手段，从实际结构或构件中提取反映其振动特性变化的参数，并根据该参数的变化趋势就可以判断结构或构件的稳定性。

利用ＧＰＳ实现的失稳振动监测ＧＰＳ作为一种新监测方法，由于其硬件和软件的发展和完善，特别是高采样率（目前有的采样率已高达２０ Ｈｚ）ＧＰＳ接收机的出现．为高层和高耸钢结构动态稳定性监测提供了一种新途径。这种监测方法一般将监测点设在高层建筑物顶部或高耸钢结构的最高点上，另外在被监测的建筑物附近设置两个固定点，其中一点作为固定基准点，另一点作为参考点，各点均放置１台ＧＰＳ接收机．数据的采集时间一般在风很小、天气良好的夜晚，每次按动态观测模式连续观测约30分，数据采样率 般可设置为0.5s，可得到监测点和参考点相对于基准点的三维坐标数据序列，对此数据序列进行分析，得到经均值化后的时程 曲线，经过采用频谱分析法或小波分析法就可实现监测点的动态特征（频率和幅值）的提取，将每次观测得到的动态特征绘制成曲线，就可得动态特征的变化曲线，从而可以判断钢结构的稳定性。

该监测系统一般由４个部分组成：传感系统、数据的采集和处理系统、通讯系统、监控中心和报警设备。传感系统用于将待测物理量转变为电信号；数据的采集和处理系统一般安装于待测结构中，采集传感系统的数据并对数据进行初步处理；通讯系统将采集并处理过的数据传输到监控中心；监控中心和报警设备利用具备诊断功能的软硬件对接收到的数据进行分析并对结构的稳定性作出评估，如发现异常，发出报警信息。由于被监测建筑结构的复杂性，传感器型号的合理选择、传感器的优化布置将是保证系统能否有效工作的前提和基础，因为这直接影响到监测所获信息的质量和数量。目前使用于钢结构失稳监测的传感器主要有：加速度传感器、应变传感器、光纤传感器、压电变频器、形状记忆合金传感器和微电

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子力学系统传感器等，其中加速度传感器、光纤传感器主要用于结构失稳的振动监测。传感器的优化布置方案主要有Ｋａｍｍｅｒ提出的有效独立法、Ｇｕｙａｎ模型缩减法、模态动能法等。

总而言之，机械振动在现实生活生产中的应用是多种多样的，有的是直接应用，有的是间接应用。总之，科学的力量是强大的，只有把科学转变为科技才能造化人类，造福社会。当然振动也是会带来灾害的，尤其是共振时，其灾害是最危险的，以下我就举例来说明下。

6共振的危害

古希腊的学者阿基米德曾豪情万丈地宣称：给我一个支点，我能撬动地球。而现代的美国发明家特斯拉更是“牛气”，他说：用一件共振器，我就能把地球一裂为二!他来到华尔街，爬上一座尚未竣工的钢骨结构楼房，从大衣口袋里掏出一件小物品，把它夹在其中一根钢梁上，然后按动上面的一个小钮。数分钟后，可以感觉到这根钢梁在颤抖。慢慢地，颤抖的强度开始增加，延伸到整座楼房。最后，整个钢骨结构开始吱吱嘎嘎地发出响声，并且摇摆晃动起来。惊恐万状的钢架工人以为建筑出现了问题，甚至是闹地震了，于是纷纷慌忙地从高架上逃到地面。眼见事情越闹越大，他觉得这个恶作剧该收场了，于是，把那件小物品收了回来，然后从一个地下通道悄悄地溜开了，留下工地上的那些惊魂未定、莫名其妙的工人。

上面这一段是一本书中有关美国著名发明家特斯拉进行共振器发明的描写，里面所说的“小物品”便是一个共振器。可以预见，若是他把这个小物品再开上那么十来分钟，这座建筑物准会轰然倒地。这件共振器的威力主要在于它能发出各种频率的波，这些不同频率的波作用于不同的物体，就能够相应地产生出一种共振波，当这种共振波达到一定程度时，就能使物体被摧毁。

想必有些人知道1940年11月7日那座舞动的塔科马海峡大桥吧！大风吹着大桥而引起了机械共振最终导致了大桥的坍塌。在这事故中成功逃离的里奥纳德·科茨沃斯（Leonard Coatsworth）在事后说道：“当我刚驾车驶过塔桥时，大桥开始来回剧烈晃动。当我意识到时，大桥已经严重倾斜，我失去了对车的控制。此时我马上刹车并弃车逃离。我耳边充斥着混凝土撕裂的声音。而汽车在路面上来回滑动。我看到大桥彻底被摧毁的一幕，我的车也随着大桥一起坠入了海峡。”

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以下是当时的图片：

图（1）、图（2）中，大桥被风吹的东摇西晃，两边的幅度相差几米，这完全不是一座坚硬的大桥，更像是一条柔软的丝带在风中翩翩起舞。大桥经不起这样剧烈的摇晃，最终还是如图（3）所示那样坍塌了。可见不防止共振是会带来很大的灾害的。唯一值得庆幸的就是在这件事故中并没有人员的伤亡。

当过兵的人都知道当部队通过大桥时，一定是便步走过去而不是跨着整齐的步伐走过去。这是为什么？其实道理很简单，这就是以防整齐的步伐所产生的周期频率碰巧接近大桥的固有频率，激起大桥的共振而导致大桥坍塌，因而造成不必要的损失。然后有些无知的军官就犯了这样不该犯的错误。1831年，一队骑兵队列通过英国曼切斯特附近的一座吊桥时，他们雄赳赳、气昂昂，“嗒、嗒”的马蹄声节奏分明有力。突然，不幸的事情发生了，随着一声巨响，大桥莫名其妙地倒塌了，人与马纷纷坠入河中，导致伤亡惨重。无独有偶，在1906年，俄国首都彼得格勒有一支全副武装的沙皇军队，步伐整齐、不可一世地通过爱纪华特大

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桥。这座大桥十分坚固，纵然跑过千军万马也难以撼动。可是正在指挥官洋洋得意的时候，突然间桥身剧烈振动起来。然后伴随着一声巨大的断裂声，大桥崩塌了。顿时，军官、士兵、辎重、马匹纷纷落水，马嘶人叫，狼狈不堪。究其原因就是整齐的步伐引起了大桥的共振，最终酿成了悲剧。

共振的危害是众多的，例如：1995年7月初，天全某水泥厂2号机立窑在因故更换风机时，由于忽视了共振现象的产生和危害，仅在7、8两个月时间里，就发生了连续损坏罗茨风机3台和215kW电机一台的重大设备事故，直接经济损失达40多万元。现场事故分析和补救措施处理的实践证明：此次重大设备事故，是共振现象造成的，损失严重，教训深刻。

共振会对人体产生危害，人体各部位都有不同的频率，如眼球频率约60ZH，颅骨最大约200ZH。把人体作为一个整体来看，如水平方向的固有频率为3-6ZH，垂直方向的固有频率约48ZH。因此，国家规定，要求各类振动机械频率必须大于20ZH，尽量除去振动源的频率与人体有关部位的固有频率产生共振。

这样的危害是可以避免的，只要我们能知道什么是共振就知道该如何去防止。共振这一物理现象并不是总给人类带来危害，在很多情况下，人们可以巧妙地利用它来为人类服务。