旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障診斷技術(shù)研究

1、石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)論文旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障診斷技術(shù)研究Study on Fault Diagnosis for Rotor Misalignmentof Rotating Machinery 2015 屆 機(jī)械工程 學(xué)院專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 20110842 學(xué)生姓名 邵陽(yáng)鑫 指導(dǎo)教師 申永軍 完成日期 2015年 5 月 29 日摘要不對(duì)中故障是旋轉(zhuǎn)機(jī)械最常見(jiàn)的故障之一，在過(guò)去20年中，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者和工程師們對(duì)它的機(jī)理、振動(dòng)特征及診斷方法進(jìn)行了廣泛的研究，然而，傳統(tǒng)的不對(duì)中故障振動(dòng)特征過(guò)于籠統(tǒng)，對(duì)實(shí)踐排除不對(duì)中故障指導(dǎo)意義不太精確的弊端。本課題將針對(duì)角度不對(duì)中的故障做進(jìn)

2、一步更加詳細(xì)的振動(dòng)特征分析。在不同角度偏移的角度不對(duì)中下，研究速度和負(fù)載力等因素對(duì)振幅的影響。本課題主要研究對(duì)象是柔性轉(zhuǎn)子角度不對(duì)中,利用旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)及故障模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采集轉(zhuǎn)子振動(dòng)信號(hào)，再通過(guò)Matlab軟件分析軸向、徑向和水平方向上的振動(dòng)波形圖與頻譜圖的特征，最終根據(jù)分析結(jié)果確定轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障的振動(dòng)特征。關(guān)鍵詞：角度不對(duì)中；Matlab；振動(dòng)特征；頻譜圖 AbstractThe problem of misalignment is one of the most common failures of rotating machinery. In last 20 years, many sc

3、holars and engineers both here and abroad have carried out extensive research on the mechanism, vibration characteristics and diagnostic method of faults. However, the traditional fault vibration characteristics of the fault are too general, the fault guidance is not too clear in the practical rule.

4、 This paper will make further efforts to analyze the vibration feature of the angle misalignment. Under different angles of offset, the influence of the speed and the load is studied. The main research object of this paper is rotor angle misalignment experiment. The experimental data of the rotor mi

5、salignment is acquired by using the rotating machinery vibration and fault simulation experiment platform. Then through the Matlab software, the vibration waveforms and spectrum of the axial, radial and horizontal directions are analyzed, and the vibration characteristics of the faults are determine

6、d according to the results of the analysis.Key words: angle misalignment; Matlab; vibration characteristics; spectrum目錄第1章 緒論11.1 課題研究的目的意義11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 不對(duì)中機(jī)理分析2第2章 故障診斷試驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)說(shuō)明42.1 試驗(yàn)平臺(tái)介紹42.2實(shí)驗(yàn)操作82.2.1 準(zhǔn)備工作82.2.2 制造不對(duì)中狀態(tài)82.2.3 采集振動(dòng)信號(hào)8第3章 振動(dòng)信號(hào)處理103.1 Matlab頻譜分析的程序代碼103.2 包絡(luò)圖和FFT頻譜圖的比較113.3 數(shù)據(jù)整理13

7、3.3 轉(zhuǎn)子對(duì)中正常與對(duì)中不正常的比較153.3.1高轉(zhuǎn)速153.3.2中轉(zhuǎn)速183.3.3低轉(zhuǎn)速213.4 速度對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)影響分析24第4章 結(jié)論與展望31參考文獻(xiàn)32致謝34石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)論文第1章 緒論1.1 課題研究的目的意義不對(duì)中故障1是旋轉(zhuǎn)機(jī)械最為常見(jiàn)的故障之一，超過(guò)70%的旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)問(wèn)題都是有與不對(duì)中引起的2。當(dāng)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)聯(lián)軸器不對(duì)中超過(guò)正常規(guī)定范圍，其運(yùn)動(dòng)過(guò)程就會(huì)產(chǎn)生一系列不利于設(shè)備運(yùn)行的動(dòng)態(tài)效應(yīng)，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行危害極大。因此,不對(duì)中一直備國(guó)內(nèi)外受學(xué)者和工程師的關(guān)注。大多數(shù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械都是由驅(qū)動(dòng)件和被驅(qū)動(dòng)件組成,它們之間通過(guò)各種聯(lián)軸器聯(lián)接來(lái)傳遞扭矩。由于聯(lián)軸器加工誤差、安

8、裝誤差、轉(zhuǎn)子受力不均或溫差引得的轉(zhuǎn)子變形、以及機(jī)座高低偏差等因素會(huì)使聯(lián)軸器不可能完全對(duì)中3，使得系統(tǒng)中可能存在3種不對(duì)中平行不對(duì)中、角度不對(duì)中和混合不對(duì)中4-5。聯(lián)軸器不對(duì)中超過(guò)一個(gè)量就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生一系列對(duì)設(shè)備運(yùn)行有害的動(dòng)態(tài)效應(yīng),使旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)的振動(dòng)明顯增大。根據(jù)已有的研究可知,聯(lián)軸器不對(duì)中系統(tǒng)具有一些典型的特征,如不對(duì)中比較嚴(yán)重時(shí)會(huì)使軸承的油膜壓力偏離正常值,聯(lián)軸器的偏轉(zhuǎn),軸承的磨損，軸的撓曲變形等6-7。現(xiàn)代化機(jī)器不斷向復(fù)雜化和自動(dòng)化方向發(fā)展，機(jī)械設(shè)備的故障診斷技術(shù)也越來(lái)越受到人們的重視8-10。如果某一零件或者設(shè)備出現(xiàn)故障，沒(méi)及時(shí)被發(fā)現(xiàn)和排除，其后果可能不僅僅是導(dǎo)致設(shè)備本身?yè)p壞，甚至導(dǎo)致重

9、大整個(gè)公司生產(chǎn)線停止，給公司帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)損失和名譽(yù)損失11。這就要求研究人員對(duì)聯(lián)軸器不對(duì)中所產(chǎn)生振動(dòng)的機(jī)理和現(xiàn)象進(jìn)行更深的研究,找到分析不對(duì)中聯(lián)軸器的有效途徑和解決方法。這對(duì)實(shí)踐工程師提高旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷的準(zhǔn)確性和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，以及對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)和振動(dòng)的主動(dòng)控制等方面具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中， 轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障是一個(gè)廣受關(guān)注的問(wèn)題12-13。為了滿足理論研究和工程實(shí)際的需要，海內(nèi)外很多學(xué)者和工程技術(shù)人員，尤其是中國(guó)和美國(guó)、印度，對(duì)不對(duì)中故障的機(jī)理、振動(dòng)特征及診斷方法進(jìn)行了廣泛的研究14-18。 2002年，文獻(xiàn)19中，K.M.AL-Hussain等

10、人詳細(xì)介紹了利用理論和數(shù)值分析的方法研究檢查了兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸在平行不對(duì)中時(shí)對(duì)橫向和扭轉(zhuǎn)響應(yīng)的影響，得到適合普遍狀況的無(wú)量綱形式的運(yùn)動(dòng)方程式，并得出平行不對(duì)中是引發(fā)橫向和扭振激勵(lì)的來(lái)源。2004年，王占林從時(shí)域波形、頻率成分、相位特征、軸心軌跡、穩(wěn)定性等方面給出了不對(duì)中故障的振動(dòng)特征,并提供了如何區(qū)分平行不對(duì)中和角度不對(duì)中的方法20。2014年，Alok Kumar Verma，Somnath Sarangi提出不用振動(dòng)信號(hào)，只利用定子電流信號(hào)預(yù)測(cè)不對(duì)中的影響21。2010年，陳宏等人把原來(lái)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不對(duì)中和軸承不對(duì)中融合在一起，提出了一種基于軸承狀態(tài)的不對(duì)中分類方法。將旋轉(zhuǎn)機(jī)械不對(duì)中故障分為同側(cè)軸

11、承不對(duì)中、異側(cè)軸承不對(duì)中和混合不對(duì)中3種形式，把這3種新的不對(duì)中形式與傳統(tǒng)的不對(duì)中形式進(jìn)行了比較，并總結(jié)出新的不對(duì)中形式的振動(dòng)機(jī)理及特征22。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)診斷案例證明了該分類方法的有效性。1.3 不對(duì)中機(jī)理分析國(guó)內(nèi)外有不少學(xué)者和技術(shù)人員從理論分析聯(lián)軸器角度不對(duì)中的振動(dòng)特征23。聯(lián)軸器角度不對(duì)中示意圖及受力分析簡(jiǎn)化如下，本課題的試驗(yàn)平臺(tái)所用的聯(lián)軸器是柔性聯(lián)軸器，由6根螺栓連接，中間塞有尼龍。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，螺栓要經(jīng)歷一個(gè)壓縮和拉伸過(guò)程，使轉(zhuǎn)子軸同時(shí)受到徑向力和軸向力。若螺栓彈性力為F,角度不對(duì)中量為(本課題為了方便調(diào)節(jié)角度不對(duì)中量，將位移偏移量代替角度偏移作定量分析)。則F在徑向和軸向的分力可以表示

12、為： (1-1) (1-2)由上等式可以初步得到如下結(jié)論23-26：（1） 角度不對(duì)中將同時(shí)產(chǎn)生徑向和軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，并且由于角度偏移量一般都很小，所以徑向振動(dòng)小于橫向振動(dòng)；（2） 振動(dòng)頻率等于轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，轉(zhuǎn)頻；（3） 夾角和負(fù)載增加時(shí)，角度不對(duì)中的振幅都增大。圖1-1 聯(lián)軸器角度不對(duì)中示意圖通過(guò)查找資料，可以整理得到角度不對(duì)中的故障特征如下：表1-1 角度不對(duì)中故障特征時(shí)域波形1X頻與 2X頻疊加波形；特征頻率1X頻與2X頻明顯較高；常伴頻率1X頻 、高次諧波；振動(dòng)方向徑向、軸向均較大第2章 故障診斷試驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)說(shuō)明2.1 試驗(yàn)平臺(tái)介紹本次試驗(yàn)所用的平臺(tái)是QPZZ-系列的旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)故障試驗(yàn)平臺(tái)，是

13、江蘇千鵬診斷工程有限公司的一個(gè)產(chǎn)品。可以利用該產(chǎn)品做滾動(dòng)軸承故障模擬、齒輪故障模擬、軸系故障模擬和可變速模擬在不同速度條件下的故障特征等試驗(yàn)。試驗(yàn)平臺(tái)銘牌如圖2-1所示，平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。圖2-1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)銘牌圖2-2實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖2-3 軸系平臺(tái)位置調(diào)節(jié)螺栓、軸系平衡定位銷、軸系平臺(tái)緊固螺栓試驗(yàn)通過(guò)用扳手調(diào)節(jié)軸系平臺(tái)位置調(diào)節(jié)螺栓，使千分表達(dá)到指定讀數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)定量控制角度不對(duì)中偏移量。如圖2-4所示：圖2-4 百分表調(diào)節(jié)偏移量試驗(yàn)中所用的聯(lián)軸器是柔性聯(lián)軸器，聯(lián)軸節(jié)之間通過(guò)六個(gè)螺栓連接，如圖2-5所示圖2-5 柔性聯(lián)軸器通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)械模擬裝置控制器控制面板可以實(shí)現(xiàn)馬達(dá)的啟動(dòng)、停止和調(diào)速，馬達(dá)

14、變速范圍為751450rpm，利用數(shù)字接觸式測(cè)速儀可以準(zhǔn)確測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)機(jī)械模擬裝置控制器控制面板如圖2-6，數(shù)字接觸式測(cè)速儀如圖2-7所示。圖2-6 旋轉(zhuǎn)機(jī)械模擬裝置控制器圖2-7 數(shù)字接觸式測(cè)速儀2.2 實(shí)驗(yàn)操作2.2.1 準(zhǔn)備工作將檢查制動(dòng)器的電源是否處于OFF狀態(tài)；檢查各螺栓、螺釘松動(dòng)沒(méi)有；檢查各部分布線有否正確；作空載運(yùn)行，看旋轉(zhuǎn)方向是否正確；先運(yùn)行12個(gè)小時(shí)，檢查機(jī)械的振動(dòng)，噪音及溫度變化是否正常，如果有什么異常，讓馬達(dá)單獨(dú)運(yùn)行，看問(wèn)題是因?yàn)轳R達(dá)，還是平臺(tái)。 2.2.2 制造不對(duì)中狀態(tài)取出定位銷軸系平衡定位銷(如圖2-3中的2)；松動(dòng)2個(gè)軸系平臺(tái)位置調(diào)節(jié)螺栓(如圖2-3中的1)

15、的地方；松動(dòng)軸系底座四個(gè)緊固螺栓(如圖2-3中的3)的地方；把你眼前的軸系平臺(tái)位置調(diào)節(jié)螺栓向右轉(zhuǎn)動(dòng)(參照百分表如圖2-4)；把先前松開(kāi)軸系平臺(tái)位置調(diào)節(jié)螺栓的2個(gè)地方擰緊，把松開(kāi)的緊固螺栓擰緊；接通旋轉(zhuǎn)機(jī)械模擬裝置控制器面板上的啟動(dòng)按鈕，使裝置開(kāi)動(dòng)起來(lái)。2.2.3 采集振動(dòng)信號(hào)（a） 一切就緒后，按上面的操作制造角度不對(duì)中狀態(tài)，使百分表的讀數(shù)為0.4mm；（b） 接通旋轉(zhuǎn)機(jī)械模擬裝置控制器面板上的啟動(dòng)按鈕，使裝置開(kāi)動(dòng)起來(lái)；（c） 調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)械模擬裝置控制器面板上的調(diào)速按鈕，使顯示“40”；（d） 待系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，利用數(shù)字接觸式測(cè)速儀測(cè)轉(zhuǎn)子速度(如圖2-7)，并記錄；（e） 打開(kāi)電腦上的LabVI

16、EW界面，將采樣率改為20000，其他配置不更改；（f） 單擊“開(kāi)始”采集信號(hào)，采樣點(diǎn)數(shù)為65536，單擊“停止”按鈕，后臺(tái)將采集好的數(shù)據(jù)以txt格式將保存到指定位置；（g） 將步驟(c)中的“40”依次改成“30”和“20”，重復(fù)(d)(e)(f)操作；(將(e)中的20000改成10000)（h） 將步驟(a)中的偏移量0.4mm依次，改成0.8mm和1.4mm；（i） 重復(fù)(b)(g)操作。注：為了后期方便的處理數(shù)據(jù)，將文本名改0X-0X-0X-0X格式，第一個(gè)數(shù)是實(shí)驗(yàn)號(hào)，第二個(gè)數(shù)是通道(01表示橫向通道，02表示豎直通道，03表示水平通道)，第三個(gè)是轉(zhuǎn)速，第四個(gè)是加載狀況(01表示未加

17、載，02表示輕載，03表示重載)。具體如下表：表2-1 實(shí)驗(yàn)代碼及相應(yīng)參數(shù)實(shí)驗(yàn)序號(hào)實(shí)驗(yàn)代碼偏轉(zhuǎn)距離轉(zhuǎn)速(r/min)采樣頻率采樣點(diǎn)數(shù)101-01-01-010.4117120K6553601-02-01-0101-03-01-01202-01-02-010.487110K6553602-02-02-0102-03-02-01303-01-03-010.457710K6553603-02-03-0103-03-03-01404-01-04-020.8116620K6553604-02-04-0204-03-04-02505-01-05-020.887210K6553605-02-05-0205-

18、03-05-02606-01-06-020.857710K6553606-02-06-0206-03-06-02707-01-07-031.4116320K6553607-02-07-0307-03-07-03808-01-08-031.487210K6553608-02-08-0308-03-08-03909-01-09-031.457710K6553609-02-09-0309-03-09-03第3章 振動(dòng)信號(hào)處理3.1 Matlab頻譜分析的程序代碼Matlab是Matrix Laboratory的縮寫，是一個(gè)可視化的計(jì)算程序，具有使用簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大等特點(diǎn)，備受各行各業(yè)學(xué)者和研究人員的青

19、睞。利用Matlab編寫程序27-30，可以將振動(dòng)信號(hào)以圖像的形式展現(xiàn)，下面編寫的調(diào)用函數(shù)與主程序是實(shí)現(xiàn)波形圖，F(xiàn)FT頻譜圖和包絡(luò)圖。調(diào)用函數(shù)：% x-輸入信號(hào)，dt-采樣時(shí)間% p-單邊譜，f-單邊頻率function p,f=my_fft(x,dt);n=length(x); %計(jì)算信號(hào)長(zhǎng)度p1=fft(x); %信號(hào)的快速傅里葉變換p2=(abs(p1).2/n; %信號(hào)的快速傅里葉變換取模、平方、除以長(zhǎng)度nn=fix(n/2); %長(zhǎng)度的一半，取整p=p2(2:(nn+1); % 單邊譜fre1=(1:n)/n/dt; % 橫軸頻率f=fre1(1:nn); % 單邊頻率主程序:cle

20、ar allload 01-01-01-01.txt; %讀入數(shù)據(jù)x=X01_01_01_01; %簡(jiǎn)化輸入信號(hào)名稱dt=1/20000; %采樣時(shí)間間隔，為采頻率倒數(shù)t=0:dt:(length(x)-1)*dt ;figure(1)plot(t,x) %波形圖p,f=my_fft(x,dt); figure(2)plot(f,p) % FFT頻譜圖y=Hilbert(x);yy=abs(y);p1,f1=my_fft(yy,dt);figure(3)plot(f1,p1) % 包絡(luò)圖3.2 包絡(luò)圖和FFT頻譜圖的比較本次試驗(yàn)所研究的頻率主要分布在低頻域段，信號(hào)中存在較多的高頻信號(hào)干擾，而包

21、絡(luò)圖有較好的濾高頻波的優(yōu)點(diǎn)。從圖3-1 08-03-08-03的包絡(luò)圖和FFT頻譜圖的比較和圖3-2 09-03-09-03的包絡(luò)圖和FFT頻譜圖的比較可以看出，包絡(luò)圖特征頻率更明顯突出，有利于實(shí)踐工程師和維修人員快速鎖定故障類型。所以本課題主要通過(guò)分析包絡(luò)圖研究角度不對(duì)中的頻譜特性。a.08-03-08-03FFT頻譜圖b.08-03-08-03包絡(luò)圖圖3-1 08-03-08-03的包絡(luò)圖和FFT頻譜圖的比較a. 09-03-09-03FFT頻譜圖b.09-03-09-03 包絡(luò)圖圖3-2 09-03-09-03的包絡(luò)圖和FFT頻譜圖的比較3.3 數(shù)據(jù)整理不對(duì)中的旋轉(zhuǎn)頻率就是故障的特征頻率

22、，通過(guò)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，可以計(jì)算出該系統(tǒng)的轉(zhuǎn)頻： (3-1)式中，轉(zhuǎn)頻(Hz)； n旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速(r/min)；分析Matlab應(yīng)用程序和Matlab頻譜分析的程序代碼生成的包絡(luò)圖，通過(guò)整理得到各振動(dòng)信號(hào)的特征頻率和2X，3X，4X，5X頻率及其所對(duì)應(yīng)的加速度電壓值：表3-1轉(zhuǎn)頻與倍頻文件號(hào)轉(zhuǎn)頻2 X3 X4 X5 X頻率加速度電壓頻率加速度電壓頻率加速度電壓頻率加速度電壓)頻率加速度電壓114819.1620.238.410.757.570.976.540.887014.6517.228.920.4743.330.357.660.75889.8262.619.570.4529.390.339.

23、30.201-01-01-0119.5321239.083658.595497.962601-02-01-0119.539239.063858.591597.962701-03-01-0119.5318439.069558.591397.662902-01-02-0114.652029.141643.79758.14473.7402-02-02-0114.651029.14843.79358.9473.85502-03-02-0114.6535929.1424543.794558.2910472.949403-01-03-019.6131219.68303-02-03-019.613403-0

24、3-03-019.613719.381204-01-04-0219.539404-02-04-0219.5310439.061898.277104-03-04-0219.5312739.061358.592498.272905-01-05-0214.651129.3543.95758.59305-02-05-0214.651529.3343.95658.59305-03-05-0214.6521329.348506-01-06-029.613106-02-06-029.6135306-03-06-029.6132619.389128.998738.6207-01-07-0319.535839.

25、061458.911.279.043298.273607-02-07-0319.533839.372658.291679.041998.276407-03-07-0319.5382058.2954097.3512008-01-08-0314.654058.75408-02-08-0314.8543.95658.44273.25808-03-08-0314.54629.1424243.645858.293072.783009-01-09-039.6135919.23328.99538.45409-02-09-039.613219.23128.99138.45209-03-09-039.61311

26、19.23128.84538.91348.226表注：1.頻率單位為Hz，加速度單位為mV。3.4 轉(zhuǎn)子對(duì)中正常與對(duì)中不正常的比較我們需要的頻率集中在低頻處，所以只對(duì)低頻信號(hào)進(jìn)行分析。3.4.1高轉(zhuǎn)速先從高轉(zhuǎn)速開(kāi)始分析，將轉(zhuǎn)子對(duì)中正常與對(duì)中不正常的包絡(luò)圖和特征頻率整理如下：圖注：50Hz所對(duì)應(yīng)的加速度電壓異常大，是電源信號(hào)，本課題直接忽視這個(gè)信號(hào)。a.轉(zhuǎn)速1148對(duì)中正常的包絡(luò)圖b.01-03-01-01徑向振動(dòng)包絡(luò)圖c.04-03-04-02徑向振動(dòng)包絡(luò)圖d.07-03-07-03徑向振動(dòng)包絡(luò)圖圖3-3 高速旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子對(duì)中正常與對(duì)中不正常的頻譜比較表3-2 高速旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子對(duì)中正常與對(duì)中不正常

27、的特征值比較文件號(hào)轉(zhuǎn)速(r/min)轉(zhuǎn)頻2X3X4X5X頻率加速度電壓頻率加速度電壓頻率加速度電壓頻率加速度電壓頻率加速度電壓1148114819.1620.238.410.757.570.976.540. 801-03-01-01117119.5318439.069558.591397.662904-03-04-02116619.5312739.061358.592498.272907-03-07-03116319.538258.295497.35120表注：1.文件號(hào)1148的數(shù)據(jù)采樣頻率為10000Hz其他均為20000Hz；2.不對(duì)中量從上到下依次為0mm，0.4mm，0.8mm，1.

28、4mm依次遞增；3.負(fù)載從上到下依次為未加載，輕載，重載依次遞增；4.頻率單位為Hz，加速度單位為Mv。可以看出：（1） 當(dāng)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)對(duì)中正常時(shí)，系統(tǒng)的振動(dòng)比較小。即使轉(zhuǎn)子以1148 r/min的高速度運(yùn)轉(zhuǎn)，主頻加速度電壓也只有0.0202V，相對(duì)于存在角度不對(duì)中的主頻所對(duì)應(yīng)的加速度電壓0.184V和0.127V，0.082V顯得非常?。唬?） 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)對(duì)中正常情況下，特征頻率非常明顯，其2X、3X、4X、5X、nX頻和其他頻率沒(méi)區(qū)別都很小(圖a中頻率為50Hz時(shí)，振幅異常大，是電源信號(hào)，和本次課題研究無(wú)關(guān))，符合正常轉(zhuǎn)子的頻率特征；（3） 不對(duì)中偏移量越大，nX頻所占比值越大；（4） 水平振動(dòng)

29、對(duì)負(fù)荷變化敏感，負(fù)載越大特征頻率的倍數(shù)頻更加明顯，所占比值也越大。 3.4.2中轉(zhuǎn)速?gòu)闹修D(zhuǎn)速分析，將轉(zhuǎn)子對(duì)中正常與對(duì)中不正常的包絡(luò)圖和特征頻率整理如下：圖注：圖注：50Hz所對(duì)應(yīng)的加速度電壓異常大，是電源信號(hào)，本課題直接忽視這個(gè)信號(hào)。a.轉(zhuǎn)速870對(duì)中正常的包絡(luò)圖b.02-03-02-01徑向振動(dòng)包絡(luò)圖c.05-03-05-02徑向振動(dòng)包絡(luò)圖d.08-03-08-03徑向振動(dòng)包絡(luò)圖圖3-4 中速旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子對(duì)中正常與對(duì)中不正常的頻譜比較表3-3 中速旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子對(duì)中正常與對(duì)中不正常的特征值比較文件號(hào)轉(zhuǎn)速(r/min)轉(zhuǎn)頻2X3X4X5X頻率加速度電壓頻率加速度電壓頻率加速度電壓頻率加速度電壓頻率加

30、速度電壓87087014.6517.228.920.4743.330.357.660.702-03-02-0187114.6535929.1424543.794558.2910472.949405-03-05-0287114.6521329.348508-03-08-0387214.54629.1424243.645858.293072.7830表注：1.數(shù)據(jù)的采樣頻率均為10000Hz；2.不對(duì)中量從上到下依次為0mm，0.4mm，0.8mm，1.4mm依次遞增；3.負(fù)載從上到下依次為未加載，輕載，重載依次遞增；4.頻率單位為Hz，加速度單位為Mv從圖表可以得到如下結(jié)論：（1） 結(jié)論和高轉(zhuǎn)速

31、的幾乎相同；（2） 不同的是隨著速度降低，振幅也隨著減小，使得特征頻率和某些干擾頻率振幅大小相近，直觀上不如高速旋轉(zhuǎn)軸的不對(duì)中頻譜特性那樣明顯。3.4.3低轉(zhuǎn)速?gòu)牡娃D(zhuǎn)速分析，將轉(zhuǎn)子對(duì)中正常與對(duì)中不正常的包絡(luò)圖和特征頻率整理如下：圖注：50Hz所對(duì)應(yīng)的加速度電壓異常大，是電源信號(hào)，本課題直接忽視這個(gè)信號(hào)。a.轉(zhuǎn)速588對(duì)中正常的包絡(luò)圖b.03-03-03-01徑向振動(dòng)包絡(luò)圖c.06-03-06-02徑向振動(dòng)包絡(luò)圖d.09-03-09-03徑向振動(dòng)包絡(luò)圖圖3-5 低速旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子對(duì)中正常與對(duì)中不正常的頻譜比較表3-4 低速旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子對(duì)中正常與對(duì)中不正常的特征值比較文件號(hào)轉(zhuǎn)速(r/min)轉(zhuǎn)頻2X3X

32、4X5X頻率加速度電壓頻率加速度電壓頻率加速度電壓頻率加速度電壓頻率加速度電壓5885889.8262.619.570.4529.390.339.30.203-03-03-015779.613719.381206-03-06-025779.6132619.389128.998738.6209-03-09-035779.6131119.23128.84538.91348.226表注：1.數(shù)據(jù)采樣頻率均為10000Hz；2.不對(duì)中量從上到下依次為0mm，0.4mm，0.8mm，1.4mm依次遞增；3.負(fù)載從上到下依次為未加載，輕載，重載依次遞增；4.頻率單位為Hz，加速度單位為Mv。從以上包絡(luò)圖可

33、以看出，由于低速，導(dǎo)致特征頻率也很小，干擾信號(hào)對(duì)頻譜特性的影響更加嚴(yán)重。3.5 速度對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)影響分析本章節(jié)更深一層探討轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的橫向、豎直和水平方向的振動(dòng)特性的影響。a.01-01-01-01橫向振動(dòng)包絡(luò)圖b.02-01-02-01振動(dòng)包絡(luò)圖c.03-01-03-01振動(dòng)包絡(luò)圖圖3-6 零負(fù)載時(shí)橫向振動(dòng)包絡(luò)圖表3-5 零負(fù)載時(shí)橫向振動(dòng)特征值比較文件號(hào)轉(zhuǎn)速(r/min)轉(zhuǎn)頻2X3X4X5X頻率加速度電壓頻率加速度電壓頻率加速度電壓頻率加速度電壓頻率加速度電壓01-01-01-01117119.5321239.083658.595497.962602-01-02-0187114

34、.652029.141643.79758.14473.7403-01-03-015779.6131219.683表注：1.文件號(hào)01-01-01-01的數(shù)據(jù)采樣頻率為20000Hz其他均為10000Hz；2.不對(duì)中量均為0.4mm；3.負(fù)載均為未加載；4.頻率單位為Hz，加速度單位為Mva.01-02-01-01豎直方向振動(dòng)包絡(luò)圖b.02-02-02-01豎直方向振動(dòng)包絡(luò)圖c.03-02-03-01豎直方向振動(dòng)包絡(luò)圖圖3-7 零負(fù)載時(shí)豎直方向振動(dòng)包絡(luò)圖表3-6 零負(fù)載時(shí)豎直方向振動(dòng)特征值比較文件號(hào)轉(zhuǎn)速(r/min)轉(zhuǎn)頻2X3X4X5X頻率加速度電壓頻率加速度電壓頻率加速度電壓頻率加速度電壓頻率

35、加速度電壓01-02-01-01117119.539239.063858.591597.962702-02-02-0187114.651029.14843.79358.9473.850503-02-03-015779.6134表注：1.文件號(hào)01-02-01-01的數(shù)據(jù)采樣頻率為20000Hz其他均為10000Hz；2.不對(duì)中量均為0.4mm；3.負(fù)載均為未加載；4.頻率單位為Hz，加速度單位為Mv。a.01-03-01-01水平方向振動(dòng)包絡(luò)圖b.02-03-02-01水平方向振動(dòng)包絡(luò)圖c.03-03-03-01水平方向振動(dòng)包絡(luò)圖圖3-8 零負(fù)載時(shí)水平方向振動(dòng)包絡(luò)圖表3-7 零負(fù)載時(shí)水平方向振

36、動(dòng)頻譜特征值比較文件號(hào)轉(zhuǎn)速(r/min)轉(zhuǎn)頻2X3X4X5X頻率加速度電壓頻率加速度電壓頻率加速度電壓頻率加速度電壓頻率加速度電壓01-03-01-01117119.5318439.069558.591397.662902-03-02-0187114.6535929.1424543.794558.2910472.949403-03-03-015779.613719.3812表注：1.文件號(hào)01-03-01-01的數(shù)據(jù)采樣頻率為20000Hz其他均為10000Hz；2.不對(duì)中量均為0.4mm；3.負(fù)載均為未加載；4.頻率單位為Hz，加速度單位為Mv 通過(guò)比較圖表可知：（1）轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度對(duì)聯(lián)軸器角

37、度不對(duì)中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的橫向、豎直和水平方向的振動(dòng)影響都非常明顯，轉(zhuǎn)子速度越大，振動(dòng)越明顯。并且在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，振動(dòng)程度大大提高，（2）因此高速旋轉(zhuǎn)機(jī)器應(yīng)更加注重轉(zhuǎn)子的對(duì)中要求；（3）特征頻率1X頻與2X頻明顯較高，常伴高倍頻；（4）橫向振動(dòng)大于徑向(徑向包括數(shù)值方向和水平方向)振動(dòng)。第4章 結(jié)論與展望通過(guò)分析振動(dòng)信號(hào)的包絡(luò)圖，本課題最終可以得到如下結(jié)論：當(dāng)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)對(duì)中正常時(shí)，系統(tǒng)的振動(dòng)整體比較小。（1）轉(zhuǎn)子系統(tǒng)對(duì)中正常情況下，特征頻率非常明顯，其2X、3X、4X、5X，nX頻和其他頻率沒(méi)區(qū)別都很?。唬?）轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度對(duì)聯(lián)軸器角度不對(duì)中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的橫向、豎直和水平方向的振動(dòng)影響都非常明顯，轉(zhuǎn)子速度越大，

38、振動(dòng)越明顯。并且在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，振動(dòng)程度大大提高，（3）因此高速旋轉(zhuǎn)機(jī)器應(yīng)更加注重轉(zhuǎn)子的對(duì)中要求；（4）特征頻率1X頻與2X頻明顯較高，常伴高倍頻；（5）橫向振動(dòng)大于徑向(徑向包括數(shù)值方向和水平方向)振動(dòng)；（6）隨著速度降低，振幅也隨著減小，使得特征頻率和某些干擾頻率振幅大小相近，直觀上不如高速旋轉(zhuǎn)軸的不對(duì)中頻譜特性那樣明顯，頻譜混亂；（7）不對(duì)中偏移量越大，nX頻所占比值越大；（8）水平振動(dòng)對(duì)負(fù)荷變化敏感，負(fù)載越大特征頻率的倍數(shù)頻更加明顯，所占比值也越大。本次試驗(yàn)環(huán)境是室內(nèi)，干擾小，而一般機(jī)器在運(yùn)行所處環(huán)境噪音很大，這是本次試驗(yàn)的一大缺點(diǎn)，在后期工作中，會(huì)對(duì)這個(gè)問(wèn)題加以完善。參考文獻(xiàn)1 韓捷,

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