旋转机械中一般包括不运动的结构部分和运动的动力系统

机械中一般包括不运动的结构部分和运动的动力系统，本篇主要针对运动的动力系统。

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）；

单盘转子

多盘转子

l 与d 同量级

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。

径向X/Y振动测量

轴向Z振动测量

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。

利用键相信号确定振动信号的相位

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。