NUAAZDMN001说明书

1、NUAA®NUAAZDMN001振动故障模拟实验台说明书注意：使用前必须认真阅读本使用说明书，避免误操作和损害设备。每次实验前都必须检查轴承的润滑情况，并检查联轴器和各部件间的螺钉是否固紧，以免发生意外事故。南京航空航天大学二零一四年十一月目录一、 概述二、 系统构成与技术参数1、NUAAZDMN001 转子实验台组成2、测量传感器3、NUAAZDMN001 信号调理器：转速控制、信号调理与数据采集一体型仪器4、NUAAZDMN001采集和分析软件三、转子故障实验台结构的安装与操作1、轴承座的安装2、转子与轴的安装3、平衡螺钉的安装4、连轴器的安装及使用5、电涡流位移传感器的安装使用

2、6、压电式加速度传感器的安装使用7、涡动轴承座的安装使用8、维护与保养四、软件的安装与使用1、 软件安装2、软件使用五、试验项目的原理、步骤、说明实验一、对单个圆盘进行动平衡调节（可选择直角法，正三角形法,本例以直角法为例）。实验二、对两圆盘系统进行双面动平衡调节实验三、研究转子在起停过程中，转速变化和幅值变化的规律，并确定系统临界转速。实验四、研究转子在起停过程中，泊德图和极坐标图的变化规律，并确定系统临界转速。实验五、研究转子在起停过程中，时间三维谱阵、转速三维谱阵曲线。实验六 研究转子在起停过程中，阶次分析规律。实验七 研究转子在工作转速下，显示半频、基频、倍频、3倍频等频谱分析结果。实

3、验八 研究转子在工作转速下，轴心轨迹、提取的轴心轨迹。实验九 研究转子在工作转速下，二维全息谱分析结果。实验十、油膜滑动轴承油膜的形成、油膜涡动和油膜振荡实验十一、转子故障诊断实验十二、 多组滚动轴承故障的模拟分析（保持架故障、内环故障、外环故障、滚子故障、复合故障）实验十三、电机故障模拟（转子断条、定子绕组）实验十四、水泵汽蚀故障模拟六、装箱单一、 NUAAZDMN001振动故障模拟实验系统简介NUAAZDMN001振动故障动力学综合教学实验系统是针对高等院校和科研院所力学与机械类专业转子动力学等相关课程而设计的实验教学和研究用仪器。它通过设定不同的转动条件和轴承结构形式来模拟旋转机械各种运

4、行状态和多种故障类型，通过故障电机的更换来模拟电机故障对系统的影响，通过电机驱动水泵模拟水泵汽蚀现象并测量汽蚀振动参数，通过测量与分析系统可完成多项基本实验、动平衡实验和故障诊断与分析实验。系统的硬件和软件设计成开放型的，旨在提供一个多用途、综合型的系统平台，为从事转子动力学教学和研究的人员有针对性的深入研究创造良好的实验与分析条件。二、系统构成和技术参数 本系统主要由转子实验台、电机、轴承基座、水泵、测量传感器、数据采集器、信号采集与分析软件等构成。1、 NUAAZDMN001 故障模拟实验台组成 图1 转子实验台结构示意图1、基座，2、电机座，3、电机，4、电机控制器， 5、光电传感器，6

5、、光电传感器座，7、联轴，8、轴承座，,9、传动轴，10、滚动轴承座，11、转子，12、保护罩，13、滑动轴承座，14、油膜振荡轴承，15、油膜振荡轴套，16、油膜轴承座，17、油杯，18、水泵，19、机脚。转子实验台采用高速永磁电机驱动，电机轴经柔性联轴器直接驱动转子，结构简单，调速范围宽，平稳可靠。电机额定电压110V，额定电流6.4A，输出功率600W。通过手动调节仪器的速度旋钮或自动编程可实现电机012000rpm范围的无级调速。转子实验台长1300mm，宽300mm，高505mm，质量约120kg；转轴直径10mm，有两种长度规格：320mm光轴、500mm油膜振荡专用轴。转子有两种

6、规格：直径72mm，厚度27.6mm，质量800g；直径72mm，厚度20.8mm，质量600g。配有刚性联轴器1个。2、测量传感器测量传感器采用非接触式电涡流位移传感器测量轴的径向位移，采用压电式加速度传感器测量轴承座的振动，采用光电传感器测量转速、提供键相信号。配置有： CWY-DO-502（2mm）非接触式电涡流式位移传感器： 4 个 CA-YD-107 压电式加速度传感器： 2 个 光电传感器（0-12000 转/分） 1 个3、NUAAZDMN001 信号调理器：转速控制、信号调理与数据采集一体型仪器包括以下几个部分 转速控制与显示单元（计算机或仪器控制）：1 路 转速及键相信号调理

7、器单元：1 路 电涡流位移信号调理器单元：4 路 加速度信号调理器单元：2 路a) NUAAZDMN001转速控制与显示单元主要技术指标1）转速50 r/min  12000 r/min连续可调； 2）限流保护3）转速显示：采用5位7段LED数显 4）电机启动、停止控制5）紧急制动控制 图2 电机调速器面板使用说明1） 将启动开关置为启动RUN2） 调节旋钮可调节转速。b) 5864A电荷调理器5864A的主要技术指标1) 最大电荷输入：±106PC2) 最大电压输入：±10Vp3) ICP(电压输入端)：4mA/+24VDC4) 增

8、益： 0.1、1、 10、100、1000(mV/UNIT) 5) 灵敏度调节范围：1.009.99(pc/unit或mV/unit)6) 频率范围：加速度：0.3HZ100KHZ（-3dB±1dB）速度：1HZ-10KHZ位移：1HZ-1KHZ7) 高通滤波器：0.3HZ、1HZ、3HZ、10HZ（-3dB±1dB）8) 低通滤波器：20HZ、50HZ、100HZ、200HZ、500HZ、1KHZ、2KHZ、5KHZ、 10KHZ、20KHZ、直通（100KHZ -3dB±1dB）分档9) 抗混滤波器衰减特性：-120dB/OCT10) 输出：±10V

9、p/5mA11) 过载指示：大于±10VP，过载指示灯亮12) 信号幅度指示：满量程的10%13) 精度：加速度： <±1%速度：<±3%位移：<±3%14) 噪声: 7.5uVrms（RTI）b)、5864A使用说明1) Q INPUT：电荷输入端，配接电荷输出型传感器；选择传感器类型为Q。2) ICP INPUT：电压及ICP型电压输出传感器。采用电压输入时，选择传感器类型为Q，采用ICP型传感器时，选择传感器类型为ICP；3) OUTPUT：调理器信号输出端；4) CAL：信号幅度指示灯，当信号幅度大于满量程的10%时，指示灯亮。

10、建议用户在测试稳态信号时，调节调理器的增益，使输出信号的幅度大于调理器满量程的10%，以得到好的信噪比。5) OVER：当输出信号大于±10VP，过载指示灯亮，此时通过调节增益，降低信号输出幅度。c)8708位移调理器8708的技术指标1) 配接CWY-DO-502电涡流传感器2) 增益：*1、*103) 频率范围：DC5KHz（±0.5dB）4) 工作方式：测量、安装5) 初始位置调零6) 精度误差：1%7) 过载指示：大于±10VP，过载指示灯亮8) 信号幅度指示：满量程的10%9) 输出：±10Vp8708使用说明1) INPUT：输入端，配接电涡

11、流传感器。2) OUTPUT：调理器信号输出端；3) CAL：信号幅度指示灯，当信号幅度大于满量程的10%时，指示灯亮。建议用户在测试稳态信号时，调节调理器的增益，使输出信号的幅度大于调理器满量程的10%，以得到好的信噪比。4) OVER：当输出信号大于±10VP，过载指示灯亮，此时通过调节增益，降低信号输出幅度。d) NUAAZDMN0019208采集器部分技术指标1) 通道带宽：020KHz2) A/D分辨率：16bit3) 信噪比：72 dB4) 数据传输方式：USB2.05) 采样频率：同步连续采集250KSPS/CH，分档可选6) 抗混叠保护：100dB7) 采样长度：海量

12、存储（取决于计算机硬盘空间大小）8) 触发方式：单通道内触发、外触发和手动触发4、NUAAZDMN001 采集和分析软件 转速采集与控制软件：旋转、紧急制动、数显实时转速 转子动力学基本测试分析软件：测量参数设置、波形测试分析、频谱测试分析、波形和频谱双显、轴心轨迹分析、三维彩色谱阵分析、幅值转速曲线分析、结果输出、测量数据记录和回放、阶次分析、启停机分析等 动平衡测试分析软件：单面转子动平衡、双面转子动平衡 故障诊断分析软件：轴承油膜涡动、油膜振荡、轴承故障分析等三、振动故障模拟实验台安装与一般操作使用时实验台应水平放置在刚度较好且支撑稳定的平整台面上，底座下面最好垫以较厚实的橡皮板。首先拆

13、除搬运提手，然后安装安全防护罩。1、轴承座的安装本实验台轴支撑采用滑动轴承和滚动轴承，安装轴承座时应注意方向一致，应认定无轴承盖的一面一律朝向电机方向。使用M6内六角螺钉和T型槽内浮动螺母紧固轴承座，其轴向位置按需要而定。轴承座内的轴承不宜随意拆卸，以防止降低精度或损坏零件。 图3 配置示意图2、转子与轴的安装转子在轴上的固定采用转子外圆面上的紧定螺钉对轴紧固，松开紧定螺钉，转子在轴上可任意移动或拆卸。注意：紧固或松开转子时，必须小心，切莫用力压转轴，以免轴受过大的径向力而弯曲，造成永久变形。同样，安装或拆卸联轴器、将轴穿过转子时，为防止轴承和轴过度受力和损坏，施力应保持轴与轴承座基本成一水平

14、线。安装转轴时，应先从外侧轴承孔穿入，并依次穿入转子，再穿过内侧轴承孔直至与联轴器配合、紧固。实验需要转子悬伸时，应悬伸转子内侧面与外轴承座外侧面之间的距离不超过25mm，同时在转子外侧必须安装摩擦螺钉架保护，3、平衡螺钉的安装（配重块）为便于转子动平衡，在转子侧面上均布24个M5螺纹孔，两孔之间的角度为15度。用以安装平衡配重螺钉，平衡配重位置半径R=30，平衡配重螺钉配有多种质量，以方便选用。4、联轴器的使用与安装本实验台可使用刚性联轴器。刚性联轴器主要用于调控轴承座不对中及某跨间转子动不平衡量、扰动力对转子的影响。安装联轴器时螺钉必须紧固，以免高速运行时螺钉飞出，造成事故。5、电涡流位移

15、传感器的安装电涡流位移传感器用来测量轴的水平和垂直两个方向上的径向振动。实验台共配有二只电涡流位移传感器支架，用于安装CWY-DO-502非接触式电涡流位移传感器，为避免信号的相互干扰，垂直和水平两方向的电涡流位移传感器应错开安装，具体操作步骤如下：1）固定传感器支架于所需位置，使得传感器安装孔中心线与轴线方向垂直；2）错开安装垂直和水平两方向的电涡流位移传感器；3）接好传感器与仪器之间的连线，接通仪器电源；4）调节传感器前端面与轴外表面之间的距离，使其约为传感器线性范围的中间值；5）锁紧传感器螺母；6）低速启动电机，检查信号是否正常。6、压电式加速度传感器的安装加速度传感器用于测量轴承座的水

16、平和垂直两个方向上的振动。加速度传感器与轴承座之间通过M5*10的紧定螺钉连接。 图4 加速度传感器的安装1.光电传感器（转速测量） 3. 光电传感器（键相信号测量） 4.柔性联轴器 5.轴承座 6.加速度传感器 7. 位移传感器测量支架 8 .位移传感器 9.M5螺纹孔（用于安装平衡螺钉）7、涡动滑动轴承座的安装使用 验证涡动和油膜振荡需使用下列组件：涡动轴承座、700mm油膜涡动转轴、装有滑动轴承的涡动轴承座、针阀式油杯和接油盒。实验时，首先将转子装在涡动转轴上，插入轴承座，转轴与联轴器固紧。然后安装涡动轴承座，使涡动转轴的轴肩进入涡动轴承座内，同时调整涡动轴承座与转轴的轴向距离，保证有1

17、2mm的间隙，固紧涡动轴承座。 图5 涡动及油膜振荡试验配置示意图1. 加速度传感器 2. 电涡流位移传感器 3. 螺母 4. 转子5. 700mm油膜涡动转轴 6. 接油盒 7. 针阀式油杯 8. 油膜轴承支架8、滚动轴承的安装 实验时，首先将滚动轴承装在转轴上，插入轴承座，转轴与联轴器固定装紧。9、电机安装 将电机放入实验台，与联轴器相连，转动转子使之与电机同心，开机测试转速，若在第一临界转速前发生共振，则需要重新调节电机角度。10、水泵及水箱的安装11、维护与保养 本实验台为高速精密机械，在运行时应特别注意安全。应随时保持各部件的清洁和合理的润滑。 转轴采用GCr15钢，为防止轴弯曲，实

18、验结束后，应在转子下方加弹性垫块以减少轴的长时间静负荷，实验时必须去掉。若长时间不做实验，应将转轴拆下，并沿其轴线悬吊放置。如轴有少量弯曲变形，可经矫直后使用，如变形严重，则必须更换。搬运实验台时必须使用专用提手，严禁握住轴搬动实验台。四、软件的安装与使用1、 运行环境 硬件配置 基本配置：CPU为Pentium 以上，内存不少于128M，1000M以上剩余硬盘空间。计算机必须配置有支持USB2.0的接口。 操作系统 Win98/Win2000/WinXP/win7操作系统。2、程序安装运行“安装”下的setup.exe开始控制软件的安装，一般情况下只要按照默认的方式，进行安装即可。安装成功后

19、会在桌面自动添加一个“NUAA9800”控制软件图标。3、软件使用一般步骤1) 登录输入 图6 软件登陆界面2) 打开设备 用USB线连接仪器和计算机(计算机必须为支持USB2.0的接口),打开仪器电源,然后点击工具栏的”打开设备”,如果设备打开成功就可进行下一步工作了。2) 试验项目选择选择当前的试验项目，下面以“单面转子动平衡”为例说明具体使用过程。图7 单面转子动平衡测试界面 选择试验项目后，系统会自动显示本实验的实验向导，这样实验时可按照上面的实验向导的步骤进行实验。3) 通道参数设置CH1为转速通道及键相信号通道、CH3CH6为位移通道，可以接电涡流传感器，CH7CH8为振动通道，可

20、以接加速度传感器。 当选择一个试验项目时，系统已经给出一个大致合理的通道设置，当然用户也可进行部分修改。通道参数包括测点号设置，通道是否测量设置,工程单位设置,以及满量程设置(即增益选择)，本试验进行单面转子动平衡，只需要使用1个位移通道，本例选择“CH3”作为测量通道，所以在“CH3”的通道选择中选择“” 对于电涡流通道CH3CH6，需要设置通道增益，一般设置为*1，如果测量的位移很小可以设置为*10；另外还需要设置传感器的灵敏度，一般在4.5左右，在灵敏度这一栏内输入灵敏度后，再按后面的设置按钮，才能将设置的灵敏度传到仪器。用电涡流传感器测量位置前，先要进行安装好传感器，请将“测量”和“安

21、装”的开关拨到“安装”档，这时在此后会自动显示当前的初始位置，调节传感器的位置，使用显示的初始位置的值为1000um左右。然后按其后的“调零”按钮，将当前位置置零，等“调零”变为有效后，再将“测量”、“安装”的开关，拨到“测量”位置，就可进行正常测量了。 对于振动通道CH7CH8,除了设置增益和灵敏度外，还需要设置高通和低通滤波器,一般来说将高通设置为1Hz，低通设置为200Hz即可。图8 通道设置4) 系统参数设置通道参数设置后，还需要设置系统参数，主要包括采样频率、采样方式、采样长度、测试模式等。 如果当前是进行上面的单面转子动平衡试验，这时的测量模式即为“动平衡测量”，平衡方式为“单面直

22、角法”、平衡面数为“1”，按照“单面直角法”测量过程需分5次进行，第1次为转子不加任何设重，进行测量。这在下面的备注中给出了提示，如图9所示。图9 试验参数设置提示上面4次测量完成后，点“配重计算”按钮，会自动进行配重计算，并显示配重计算结果图10 配置计算 系统所配的试重一般不会正好有0.71的试重，这时可以进行配重的分解，遵循平行四边形法则，分解可两个合适大小和合适相位的配重。 然后在转子上加上“配重”将采样批次设置为“5”，再进行一次测量，测量完成后，再点“显示平衡结果”，会显示平衡结果图11 单面动平衡结果示意图采样方式：包括"示波"、"随机采样"

23、;、"信号触发"和"连续记录"四种方式。采样块数：采集的数据长度，每块长度为1024点。触发参数: 触发通道 监测的通道触发极性 分为上升沿、下降沿和绝对值触发触发电平 触发的门槛值触发延迟 该参数设置为负数，表示是从触发点向前预保留的点数.触发次数 多次触发采集允许在一个测试项目中连续多次捕捉瞬态信号，在每次触发条件满足后，系统自动采集一段数据，随后即进入等待触发状态，等待捕捉下一个瞬态信号；如此反复，直到采集完指定的触发次数或用户强制终止采集。其取值范围是正整数。5) 观察视图设置选择工具栏的“时间波形”可以创建时间波形视图。图12 时间波形图也可以

24、设置其它类型的分析视图,如FFT分析、XY视图、瀑布图等。图13 瀑布图6) 数据采集采集前一般先选择“示波”,进行正式试验前测量系统的调试,如果显示异常，可以通过改变调理器参数进行调节.然后使用指定的方式采集所需要的数据.五、实验项目说明实验一、对单个转子进行动平衡调节（可选择直角法，正三角形法,本例以直角法为例）。实验原理:    单面平衡三次测量法,即单面动平衡时,将同一试重分别加在三个不同的相位角,只要测量这三次不平衡量的大小,不需要测量键相信号,即可求出配重的大小和相位。     将三次试重分别加在0°, 90&#

25、176;和180°的位置,称为直角法。     将三次试重分别加在0°, 120°和240°的位置,称为正三角形法。    共需进行3次测量，每次测量必须在同一转速下进行，每次都加同一试重,每次测出不平衡量的大小，分别为，为其对应的的振动矢量的模，假定所求的修正质量为矢量，不加试重时的振动矢量为，三次试重为已知矢量，根据影响系数法的原理，有 可假定方程右边的模为大于0的常量 ，对上式两边求模得到： 由以上三个方程即可求出矢量。 用直角法和正三角形法，以上方程求出的解相位是唯一的，大小往往有两个解

26、，其对应的不加试重时的振动矢量的模不同，可用实测的不加试重时的振动量大小作为校核，从两个解中筛选出一个真正的解。 实验步骤:1、将700mm轴安装于轴承座上，将转子装于轴的中央位置，固定好, 在靠近转子处用电涡流传感器对准轴进行测量，相当于测量转子振动,调整电涡流传感器初始位置的方法参看“如何调整传感器的初始位置”。2、软件设置：将采样方式设置为“随机采样”，采样速率设置为2000Hz，采样长度设置为16K，测量模式选为“动平衡测量”,平衡方式选为“单面直角法”。在测量通道中仅在接电涡流传感器测位移的通道勾选。3、将采样批次设置为“1”，进行第1批数据测量,第1批测量不加试重, 将转子转速调到

27、工作转速（比如2000转/分），然后进行数据采集。4、将采样批次设置为“2”，进行第2批数据测量,第2批测量在0度角位置加一标准试重， 将转子转速调到与第1批同速，然后进行数据采集。5、将采样批次设置为“3”，进行第3批数据测量,第3批测量在90度角位置加一标准试重， 将转子转速调到与第1批同速，然后进行数据采集。6、将采样批次设置为“4”，进行第4批数据测量,第3批测量在180度角位置加一标准试重，将转子转速调到与第1批同速，然后进行数据采集。7、选择左边面板的“配重计算”按钮，这时自动进行动平衡计算，并显示计算的试重的幅值和相位。8、因为计算出的配重大小不一定的整数或相位角不一定在指定位置

28、，这时可以进行试重的分解，将计算出的配重分解为两个合适的配重的合成。关于配重的相位角，在采用单面直角法进行动平衡时，如0度、90度、180度是按照转子转向同方向来标度的，那么计算出的相位角以0度为基准，逆时针方向为正，顺时针方向为负；反之如果0度、90度、180度是按照顺时针方向来标度的，那么计算出的相位角以0度为基准，顺时针方向为正，逆时针方向为负。9、将采样批次设置为“5”，进行第5批数据测量，在转子上加上配重后，将转子转速调到与第1批同速，然后进行数据采集。10、选择左边面板的“显示平衡结果”按钮,系统自动计算平衡结果。比较加配重前后，振动量的变化，如果需要，可以进行二次动平衡。实验二、

29、对双转子系统进行刚性转子动平衡实验原理：本程序采用影响系数法进行动平衡的计算，影响系数法的原理如下 做n个面的现场动平衡，需要n1个通道，第1通道为相位基准通道，其余n个通道用来测量n个平面的振动。 共需进行n1次测量，每次测量必须在同一转速下进行，第一次各面都不加配重，测出各个平面的振动矢量为。 第二次，在第1面加试重 （矢量），测得各个平面的振动矢量为。 第三次，卸掉以前所加试重，在第2个面加试重 （矢量），测得各个平面的振动矢量为。 第n1次，卸掉以前所加试重，在第n个面加试重 （矢量），测得各个平面的振动矢量为。 每次所加试重大小参照以下公式确定： m 单位为克， 其中： r 为半径，

30、单位为 米 , G 为转子系数，风机为6.5，气轮机为1.2，一般取4。 n 为转速，单位为转/分 M 为转子质量，单位为Kg 每个面的修正质量 、 、 （矢量），由下面复数方程组求解： 式中各量都为矢量。相位角以和转子转动方向的相同方向为正。实验步骤：1、将500mm轴安装于轴承座上，两个转子分别装于轴的1/3位置，使转子的0刻度对齐，并固定好, 在靠近转子处分别安装电涡流传感器,使得电涡流传感器垂直于底座，对轴进行测量，可测量两个转子振动，。2、软件设置：将采样方式设置为“随机采样”，采样速率设置为50000Hz，采样长度设置为32K，测量模式选为“动平衡测量”,平衡方式选为“多面动平衡”

31、，将平衡面数设置为2。测量通道中在键相通道和两个位移通道勾选。3、将采样批次设置为“1”，进行第1批数据测量,第1批测量各转子不加试重,将转子转速调到工作转速（比如2000转/分），然后进行数据采集。4、将采样批次设置为“2”，进行第2批数据测量,第2批测量在第1个转子加一个试重，在试重幅值栏输入所加的试重大小，试重相位栏输入试重的相位，将转子转速调到与第1批同速，然后进行数据采集。5、将采样批次设置为“3”，进行第3批数据测量,第3批测量将加在第1个转子上的试重取下，在第2个转子加一个试重，在试重幅值栏输入所加的试重大小，试重相位栏输入试重的相位，将转子转速调到与第1批同速，然后进行数据采集

32、。6、选择左边面板的“配重计算”，这时自动进行动平衡计算，并显示计算的试重的幅值和相位。7、因为计算出的配重大小不一定的整数或相位角不一定在指定位置，这时可以进行试重的分解，将计算出的配重分解为两个合适的配重的合成。8、将采样批次设置为“4”，进行第4批数据测量，在转子上加上配重后，将转子转速调到与第1批同速，然后进行数据采集。9、选择左边面板的“显示平衡结果”,系统自动计算平衡结果。比较加配重前后，振动量的变化，如果需要，可以进行二次动平衡。图 14 双面动平衡测试界面示意图实验三、研究转子在起停过程中，转速变化和幅值变化的规律，并确定系统临界转速。实验步骤：1、将500mm轴安装于轴承座上

33、，将一转子安装于轴中央位置，并固定好, 在靠近转子处用电涡流传感器对轴进行测量，可测量转子振动，同时还要测量1路键相信号和1路转速信号。2、调节转速从0开始，均匀提高转速，转速要超过1阶临界转速,然后再降速，在此过程中测量转速信号，键相信号 和1路振动信号.3、打开时间转速时间幅值视图，观察在整个过程中转速和幅值的变化。4、找到转子在启停过程中的临界转速、注意转子振幅的变化情况5、在单跨的轴上，安装两个转子，重做以上测量。实验四、研究转子在起停过程中，泊德图的变化规律，并确定系统临界转速。实验原理：在旋转机械振动分析中最常用的两种图形，即泊德图。泊德图是描绘基频振动的幅值及相位随转速的变化曲线

34、。如用表基频振动分量，式中为转速，泊德图即是以为横坐标，分别以及为纵坐标描绘的两条曲线，如下图所示。图 15 泊德图实验步骤：1、将700mm轴安装于轴承座上，将一个转子安装于轴中央位置，并固定好, 在靠近转子处用电涡流传感器对轴进行测量，可测量转子振动，同时还要测量键相信号和转速信号。2、调节转速从0开始，均匀提高转速，转速要超过1阶临界转速,然后再降速，在此过程中测量转速信号，键相信号和1路振动信号.3、打开泊德图-极坐标分析视图，确定系统的临界转速,注意在过临界转速过程中相位的变化。4、在单跨的轴上，安装两个转子，重做以上测量。实验五、研究转子在起停过程中，时间三维谱阵、转速三维谱阵曲线

35、。实验原理：时间三维谱阵图又名级联图、频谱图、瀑布图，它是以时间作为第三维绘制的频谱曲线集合。三维谱阵图形象地展现了旋转机械振动信号频谱随上述各种参量的变化规律。图16上是以时间作为第三维的升速图。随着时间的增加，转速也在升高，但它们不是正比关系，因此表现在三维图上，诸倍频分量不再是分布在通过原点的直线上。此外，在这一图上还可看到一个频率不随时间及转速而变的分量，它在三维频谱图上表现为平行于第三维轴的直线。目前市场上已有多种频率分析仪，比如HP公司的3561、SD公司的348和380Z、小野公司的CF940930等，都具有自动完成三维频谱测量和显示的功能。此外，Bently公司的ADRE系统也

36、能以软件方式实现三维频谱图的绘制。图16 时间三维谱阵图转速谱阵图是以转速作为第三维绘制的频谱曲线集合。图17是以转速作为第三维绘制的转子升速过程的三维频谱图，其转速步长取为100rrain，即每当转速增加一个步长，分析系统自动完成一个实时频谱线的测量。在这一图上，清楚地显示基频、2倍频、3倍频诸分量随转速升高时分布图像。显然，由这些倍频分量所构成的“山脉”都是通过原点的直线。图17 转子三维频谱图以转速作为第三维的三维频谱图，它能较清晰地显示各倍频分量随转速的变化情况。图21为一台空气压缩机轴承由油膜“半速”涡动发展到油膜振荡的三维频谱图。图中1×R为不平衡响应振动分量，由1

37、15;R分量看出，该机第一阶临界转速约在4200r/min；图中的频率分量为油膜“半速”涡动。当转速超过低阶共振频率两倍以后，激起了油膜振荡。此时，在三维频谱图表现为频率不随转速升高而增加的，而且恒等于第一阶共振频率的振荡分量，它的幅值具有急剧增加的趋势。这一由“半速”涡动发展为油膜振荡的转速，称为失稳转速或阈速。在图上可以看出，这一失稳转速约在9000rmin。在图上还可看到，当转速等于第一阶临界转速时，对“半速”涡动起抑制作用。图18空气压缩机油膜振荡的三维频谱实验步骤：1、将500mm轴安装于轴承座上，将一个转子分别装于轴中央位置，并固定好, 在靠近转子处用电涡流传感器对轴进行测量，可测

38、量转子振动振动,同时还要测量键相信号和转速信号。2、调节转速从0开始，均匀提高转速，转速要超过临界转速,转然后再降速，在此过程中测量转速信号，键相信号、和1路振动信号。3、打开时间三维谱阵或速度三维谱阵视图观察启停规律。4、在单跨的轴上，安装两个转子，重做以上测量。实验六 研究转子在起停过程中，阶次分析规律。实验步骤：1、将500mm轴安装于轴承座上，将一转子安装于轴中央位置，并固定好, 在靠近转子处用电涡流传感器对轴进行测量，可测量转子振动，同时测量键相信号和转速信号。2、调节转速从0开始，均匀提高转速，转速要超过临界转速,转然后再降速，在此过程中测量转速信号，键相信号和1路振动信号.3、打

39、开阶次分析视图，观察分析结果。4、在单跨的轴上，安装两个转子，重做以上测量。实验七 研究转子在工作转速下，显示半频、基频、倍频、3倍频等频谱分析结果。实验原理:转子轴系由于结构比较复杂，其振动波形一般来说不是单一频率的简谐波，而是各种频率分量的合成波形。这一合成波形除了频率等于转速的基频分量外，可能还有频率为2×R、3×R等倍频分量，频率接近0.5×R的亚倍频，频率等于某个固有频率的振动分量，以及具有一定带宽的随机振动分量。通过频谱分析可以显示半频、基频、倍频、3倍频等频谱分析结果实验步骤：1、将500mm轴安装于轴承座上，将1个转子安装于光轴中央位置，并固定好,

40、 在靠近转子处用电涡流传感器对轴两个相互垂直的方向进行测量，可测量出转子振动，再加1路键相信号和1路转速信号。2、将转速调节到工作转速1000转/分，在此过程中测量转速信号，键相信号和2路振动信号.3、打开二维全息谱，观察分析结果.实验八 研究转子在工作转速下，轴心轨迹、提取的轴心轨迹。实验原理：轴心轨迹是指转子轴心点相对于轴承座运动而形成的轨迹。柔性转子均采用流体动压滑动轴承，其轴与轴承之间的间隙为轴心轨迹的形成构成了条件。实验证明，轴心轨迹携带着丰富的诊断信息，特别是与亚同步振动有关的一些故障的诊断信息。因此，轴心轨迹是一些大型旋转机械如气轮机、压缩机等的重要诊断手段之一。(a)轴心轨迹的

41、测量一般大型高速旋转机械均在轴承处装有相互垂直的涡流位移传感器，可以直接采集两个方向上轴心相对于轴承的位移信号。经电涡流放大器及高通滤波器处理后，将信号放大并消除直流分量后即可在示波器上或绘图仪上合成为轴心轨迹如图19所示。图19 轴心轨迹的测试图20 空压机转于振动轴心轨迹图20为一台空压机转子的实测轴心轨迹图。由于包含多种频率成分的波形，在方向合成的结果，其每一循环的轨迹均不一定重合。因此形成的轴心轨迹十分紊乱，很难从其中获取具在明显特征的诊断信息。为了解决这一问题，可以根据频谱分析的原理，从方向频谱图中提出主要的频率分量（即与故障有关的频谱分量）。设、方向的信号由下列谐波成分所组成：式中

42、为基频，一般为工作频率或旋转频率。若将其中一个或几个较突出的谐波分量提出，用计算机合成而得的轴心轨迹称为计算机仿真的轴心轨迹。这是一种排除了随机于扰，有选择的，经过提纯了的轴心轨迹。因此比较清晰，能够显示某些特征，便于提取有关的诊断信息。图21(a)为某信号、方向基频分量的仿真轴心轨迹图，而图21(b)为其二倍频()及四倍频()分量的复合仿真轴心轨迹图。(a) 基频分量轴心轨迹 (b)二倍频与四倍频复合轴心轨迹图21 计算机仿真轴心轨迹实验步骤：1、将700mm轴安装于轴承座上，将1个转子安装于轴中央位置，并固定好, 在靠近转子处用电涡流传感器对轴两个相互垂直的方向进行测量，可测量出转子振动，

43、同时测量键相信号和转速信号。2、将转速调节到工作转速2000转/分，在此过程中测量转速信号，键相信号、2路振动信号.3、打开轴心轨迹视图和提纯的轴心轨迹视图，观察分析结果实验九 研究转子在工作转速下，二维全息谱分析结果。实验原理：若对转子的某一支承截面的垂直和水平方向的振动信号作FFT谱分析后，可相应地从幅值谱及相位谱中提取各主要频率分量的幅值和相位。然后再对其进行复合处理，即可得到各频率分量对应的振动轨迹，并将其按顺序排列在张谱图上，就得到了一张二维全息谱。图26为二维全息谱的一般形式，它由直线、圆和椭圆所组成。横坐标为振动的阶次即频率比图22 二维全息谱的一般形状二维全息谱合并了垂直和水平

44、两张幅值谱和两张相位谱的信息，不仅反映了两个方向上振动信号的幅值，而且也反映了它们之间的相位关系。在各阶次的图形上还标明了合成的方向和起始点的位置，它反映了各阶振动的初始相位。在二维全息谱上，由两个相位差为或180的垂直和水平振动分量合成的结果为一条直线。直线的倾角取决于两分量的比值。当两个分量幅值相等而相位差为90或270时，则合成为一圆。而在其余情况下合成的结果将为偏心率不同的椭圆。椭圆的偏心率和长轴的方向也反映了不同的转子运行状态。(a) 自由端振动二维全息谱(b) 联轴节端振动二维全息谱图23 空压机驱动透平转子的二维全息谱图23(a)，(b)分别为某化肥厂空压机驱动透平转子自由端和联

45、轴器端的二维全息谱。图23(a)自由端基频分量较突出，并为一圆。表明转子存在某种程度的不平衡。而四倍频分量也较突出，并为一直线。可以解释为转子受到一个方向不变力的作用，而力的作用频率为转子旋转频率的四倍。这一现象的原因可能与转子采用四油楔滑动轴承有关，图23(b)联轴器端二倍频分量的影响（椭圆）较突出，可解释为联轴器不对中所造成的、而基频分量由圆变为较小的椭圆也可解释为内联轴器的约束而造成的。四倍频分量的直线变短也是同样的原因。由以上图形可以明确地得出转子存在不平衡和不对中的诊断结论。实验步骤：1、将700mm轴安装于轴承座上，将1个转子安装于轴中央位置，并固定好, 在靠近转子处用电涡流传感器

46、对轴两个相互垂直的方向进行测量，可测量出转子振动，同时测量键相信号和转速信号。2、将转速调节到工作转速2000转/分，在此过程中测量转速信号，键相信号、2路振动信号.3、打开二维全息谱，观察分析结果.实验十、油膜轴承油膜的形成、油膜涡动和油膜振荡实验步骤:1、换上油膜轴承,将700mm轴安装于油膜轴承座上，慢慢升高转速,观察在油膜涡动和油膜振荡时，转子的轴心轨迹。2、对信号进行频谱分析，观察半频涡动。图24 油膜振荡测试界面实验十一、转子故障现象的诊断实验步骤：1、转子不平衡故障诊断采集不平衡转子的时域信号，并进行频谱分析，观察时域信号是否有明显的与转速一致的周期信号.实验十二、滚动轴承故障诊断滚动轴承故障频率分别为：内环：外环：滚珠：保持架：式中：n为滚动体数目，d为滚动体直径，D为轴承节径，即外环内径与内环外径的平均值，为接触角，对于推力轴承