旋转机械振动测量知识

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　　机械中一般包括不运动的结构部分和运动的动力系统，本篇主要针对后者。

　　机械结构的常见动力系统

　　1、动力系统
　　动力系统主要包括：
　　  · 动力源：电动机、内燃机等;
　　  · 传动部件：转轴、齿轮、凸轮、联轴节、链条、皮带等;
　　  · 运动部件：完成各种运动的部件，如叶片、刀具、车轮、活塞;
　　  · 支承零件：滚动轴承、滑动轴承、液压系统等。

　　2、运动形式
　　主要有两种运动形式：
　　  · 旋转运动：动力源、传动部件、旋转的运动部件、轴承的内圈和滚珠等;
　　  · 往复运动：内燃机内部的凸轮活塞、磨床的运动部分。

　　3、常关心零件
　　常常关心的零件有：转子、转轴、齿轮、轴承、叶片等。

　　旋转机械振动特点

　　1、强迫振动
　　  · 周期性的强迫振动;
　　  · 往复运动：转子质量偏心(不平衡)、不对中、油膜非线性力;
　　  · 松动：摩擦、碰撞等;
　　  · 共振。

　　2、以转速为参考
　　基本周期：旋转周期→转频，一般以转速形式呈现。

　　X r/min → X/60r/sec → X/60Hz

　　3、特征频率
　　各种部件的振动频率，多数与旋转频率有关，可以事先计算出来。在频谱图上查找这些特征频率，以判断振动产生的部件和原因。

　　常用频率：
　　  · 旋转频率：fr = X r/min→ X/60Hz;
　　  · 倍频：n fr;
　　  · 分频： fr/n;
　　  · 齿轮啮合频率：Z fr;
　　  · 边频：Z fr ± n fr;
　　  · 滚动轴承频率：内圈、外圈、滚动体、保持架。

　　振动响应测试

　　1、各部件的自由振动测试
　　  · 非工作状态，以锤击、激振器等激励，测量自振频率和模态振型;
　　  · 临界转速：转轴系统的各阶自振频率对应的转速。

　　2、结构部件的强迫振动测试
　　工作状态下，测量振动响应。

　　3、旋转部件的振动测试
　　工作状态下，测量振动响应，关心各特征频率，分析系统工作状态，判别故障部件和原因。

　　转子现场动平衡

　　1、目的
　　测量转子的偏心角度和偏心量，以便在反相位上进行补偿，消除转子不平衡振动。

　　2、平衡分类
　　  · 静平衡：刚性转子(单盘转子，长度远小于直径，转速较低);
　　  · 动平衡：柔性转子(多盘转子，长度不远小于直径，转速较高);

　　3、动平衡方法
　　  · 平衡试验机：拆下旋转部件系统，安装到平衡机上;
　　  · 现场动平衡：正常安装条件下，现场进行平衡测试。

　　4、现场动平衡步骤
　　  · 测量原始振动幅度和角度;
　　  · 在各转盘上的某个角度，加上试验配重，测量振动幅度和角度;
　　  · 使用影响系数法，计算原始的转子偏心大小和角度;
　　  · 在反方向上加上补偿配重后，验证测量及再平衡。

　　测试传感器和安装

　　1、测量位置和方向
　　旋转振动，需要同时测量垂直的两个方向，X和Y方向，X-Y图。

　　2、非接触振动测量
　　使用电涡流传感器，对准旋转部位，防止两个电涡流传感器太近引起相互干扰。

　　3、接触式振动测量
　　使用加速度传感器，安装在轴承座上，注意安装角度。

　　4、转速和相位测量
　　  · 转速：电涡流、光电、编码器等测量转速脉冲，然后根据RRP和单位时间内脉冲数计算;
　　  · 相位：键相信号来确定振动的相位;
　　  · PPR：每转脉冲数，如齿轮100个齿，则PPR=100。

　　利用光电或电涡流传感器，测量键相或齿轮脉冲，获得转速。

　　常用分析方法

　　· 频谱分析：寻找特征频率;
　　· 启停机过程分析：伯德图、跟踪滤波、幅值转速曲线、阶次分析、时间谱阵分析;
　　· 阶次分析：阶次谱阵、涡动比;
　　· 轴心轨迹分析：X-Y图轴心轨迹、二维全息谱、三维全息谱、全息瀑布图;
　　· 幅域参量统计：有效值、峰值因数、裕度因数、偏态因数等;
　　· 倒频谱分析;
　　· 共振解调分析：寻找轴承故障频率。

　　来源：COINV东方所振动噪声测试公众号(ID：coinv2016)