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振動分析診斷技術是設備故障診斷最重要最常用的方法。但在設備現場的實際工作中,常常遇到的最困難的也是最關鍵的問題是，在使用簡易診斷儀器〈如振動計〉已經發現設備存在故障的情況下，如何根據各種振動分析儀〈頻譜分析儀〉提供的振動波形和頻譜，診斷出設備的故障類型、部位及嚴重程度，以便據此采取相應的措施。

不同的振動信號具有不同的波形和頻譜。診斷設備故障時，為了根據已知的頻譜和波形

確定未知的振動類型和特點，需要掌握常見的幾種波形、頻譜與振動之間的對應關系。

1.1 孤立的譜峰——單一頻率信號

頻譜中只有一個孤立的峰，表明這是正弦振動。它具有單一的頻率分量，即峰值所在處的頻率分量，是最簡單的周期性振動。

頻譜中除了一個主峰外，若還有其他孤立的峰，表明這已不是正弦振動，而是由幾個頻率分量合成的振動，每個峰代表一個頻率分量。若其他峰比主峰幅度小很多，則可近似的看作是正弦振動。這種以單一頻率為主的振動是處于不平衡狀態下一臺簡單機器的振動，它的頻譜在軸轉速處（l×RPM①）出現一個主峰。

有時振動信號中包含直流分量,可以通過交流耦合輸入方式（AC 方式）將直流成分濾掉。

直流成分在頻譜分析中并不重要，一般不予考慮。

1.2 諧波——一般周期信號

機器產生的振動基本上都是周期性振動，即波形為無限重復的形式。一般周期性振動信號的頻譜由一系列彼此有關的峰a—波形；b—頻譜組成，每個峰代表一個頻率分量。代表信號中最長的波形重復率的稱為基頻或基波，其他各峰位于基頻的整數倍處，依次稱為二次諧波、三次諧波等等。上節討論過的單一頻率的振動是最簡單的周期性振動，其二次以上的諧波為零。

周期信號的一個例子是方波。方波的基頻是波形中基本方形的重復頻率，理想方波的頻譜只包含奇次諧波（一、三、五等次諧波）。如果方波不完全理想，也可能包含一些較小的偶次諧波。奇次諧波的幅值與諧波次數成反比，即三次諧波幅值是一次諧波幅值的 1/3，五次諧波幅值是一次諧波幅值的 1/5 等等。

1.3 邊頻——調制的單頻信號

1.3.1 調幅一個單一頻率與調制信號各次諧波幅值比例相同。

在調制信號中不含直流分量的特殊情況下，載波峰幅值可能為零，也就是說，只剩上邊頻和下邊頻。

1.3.2 調頻一個單一頻率信號的幅值保持不變，但是頻率隨時間周期性的變化，稱為調頻（頻率調制）。最簡單的情況是調制信號單一頻率的正弦信號，但即使這種最簡單的情況，頻譜也十分復雜。載波峰兩邊等間隔地分布著邊頻族，相鄰邊頻的間距等于調制頻率。

只有頻率調制而不存在幅值調制時，載波峰兩側左右對稱。但實際上兩種調制往往同時存在，使載波峰兩側一般不對稱、不規則，而且載波峰和某些邊頻的幅值有可能很小，甚至為零，這使得在某些情況下難于確認究竟哪個是載波峰。若調制信號不是單一頻率，而是一

般周期信號，則頻譜更加復雜。但是，相鄰邊頻的間距仍然等于調制信號的基本頻率。

例如，齒輪齒距的改變、載荷波動、局部缺陷以及連成片的缺陷都會對嚙合頻率產生調制頻率，其中，齒輪局部缺陷激發的是窄脈沖，其頻譜在較寬的頻率范圍內具有相等而較小的幅值。連成片的缺陷激發的脈沖較寬，其頻譜的頻率范圍窄，幅值衰減較快。由上述兩種缺陷的調制作用而形成的邊帶也不同：局部缺陷情況下，邊帶范圍寬，幅值小，變化平緩；連成片的缺陷情況下，邊帶范圍窄，集中于載波峰附近，幅值較大，衰減較快。

1.4 寬帶頻譜——脈沖信號、瞬態信號、隨機信號

1.4.1 脈沖信號

機器運轉中常有沖擊現象，沖擊產生脈沖信號。一個單獨的脈沖通常持續很短的時間，

波形很尖的常稱為窄脈沖。窄脈沖有頻帶很寬的連續頻譜，沒有明顯的峰值。

每個實際脈沖的頻譜，其幅度隨頻率的增加而減小，脈沖越窄，減小得越慢。

所以，從頻譜幅值減小的快慢可估計出脈沖的寬窄。第一個凹陷處的頻率等于脈沖寬度的倒數，在此頻率的整數倍處還有第二、第三凹陷。

1.4.2 周期脈沖信號

若脈沖信號以一定的周期重復，波形和幅值不變，則這是周期信號。它的頻譜中有一系列等間距的峰，基頻與相鄰諧波的間距等于脈沖重復頻率。諧波峰幅度隨頻率的增加而減小，整個頻譜的形狀類似于單個脈沖的頻譜形狀。

1.4.3 瞬態信號

瞬態信號與脈沖信號類似之處在于，它們都是突然間開始不同脈沖頻譜比較的，不同之處是，瞬態信號并不突然停止，而是在一段時間內逐步衰減，一臺機器或一個構件突然受到一次沖擊后的振動即是這種瞬態信號，它是對一個脈沖信號的響應。

象脈沖信號一樣，瞬態信號的頻譜也是寬帶連續的。頻譜的特點是有一個明顯的峰，稱為共振峰，其頻率為結構的共振頻率。共振頻率決定于結構的物理特性，尤其是結構的剛度和質量。剛度越大，質量越小，其共振頻率越高。共振峰的寬度

決定于結構阻尼大小（即振動能量消耗的快慢）。

對周期脈沖信號的響應是另一種周期信號，其頻譜是一系列重復頻率的諧波。各次諧波的幅值等于單個瞬態響應信號對應頻譜的幅值。

1.4.4 隨機信號

寬帶頻譜中還有隨機信號。隨機信號是一種非確定性的信號，這種不確定性是指對每單個信號的不可預測性和不重復性。例如，由于各種激勵和影響因素的復雜和多變，摩擦產生的振動便是一種隨機振動。但是，大量的隨機信號存在著統計規律性，即存在著穩定的平均性質。

隨機信號的頻譜是寬帶連續的，它不象周期信號那樣有孤立峰，而是能量分布在很寬的頻率范圍內。在頻譜中可能有峰，但通常與系統共振有關，而不一定代表系統中存在周期性故障激勵信號，峰的寬度決定于結構共振頻率和阻尼。

實際工作中測量的信號常常是上述各種信號組成的組合信號，其頻譜也不象上述每一種信號的頻譜那么單純，而是由疊加而成的復雜頻譜。但是，在許多情況下，為主的是一種或兩種信號，頻譜中可以明顯地找出它們的特征。有時還可通過濾波等方法消除掉次要成分，然后利用上述關于波形和頻譜的知識，將主要信號（故障信號）鑒別出來。

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