旋转机械故障诊断基本理论讲义

.东方振动和噪声技术研究所

目录Withthe

Thegrowth第一节oftribalpopulation,tribaland旋转机械故障诊断的基本知识2differentiateintomanysmalltribes一、旋转机械故障诊断的意义及发展概况,2thesetribesmovedto1.otherplaces.These旋转机械故障诊断的定义2outoftheoriginaltribal2.people旋转机械故障诊断的意义2toopenwith3.the旋转机械故障诊断的发展概况other3tribesdifference二、转子振动的基本概念3tribetookanewname,1.thisis机械振动3latershi.Thus

2.Theknown频率4,maternalkinship3.embodimentofthe振幅4ofthe4branchesthe5‘shi’wassurname5.fixed相位和相位差5iseasytochange6..The涡动和进动5earliestsurname7.临界转速6fundamentaldifferencebetween'shi‘Thedifference8.between油膜涡动、油膜振荡6performancein第二节theQinandHandynastiesespecially

旋转机械故障诊断的基本图谱7ofthesurnames1.associatedwithlivestock7,suchas:Luo2.,horses,cattle,8bears,etc.From3.thesesurnames轴心轨迹图9theancient4.people极坐标图10

Thekindofadmirationand5.adulation3第三节EnglishsurnamesOnlyaftertheconquestoftheBritishuntil1066Normansurnamesconcept.Early15thcentury,almostallofBritishbirth,followed

Thefamilyname,sosincethenthewordsurnameonlywegiveitmeaning.Atfirst,theirlastnameisnot

Fromthefamilyname,butasasignofdistinction.ThefirstBritishsurnameswithspecialsignificancewords,andthese

Surnamemeaningwiththeprogressofsociety,justevolvedintoasymbol.Ifyoutracethemeaningofthesurnameofacertainperiod,wecanfindthesesurnames

Havethecharacteristicsoftheera,andingeneralcanbedividedintosixcategories.1.Thefirstcategory:thesurnamederivedfromthefather'snameorthenameofthepaternalancestors,orderivedfromtheparentnameorthenameofthematernalancestorsurname.Suchassoandso

Sonoftheargument.ThismethodcanthreepeoplecalledHenryisknownas:Henry,sonofJohn(sonofHenryJohnHenry,sonof

142.Thesecondcategory:theancestorsoftheoccupationsorgoodskillsforthesurname.Asthenamesuggestscomesfromtheoccupationsoftheancestors.Forexample,twopeoplecalled

John,aweaver,andtheotheristhechef.PeoplearecalledJohntheWeaver,ofthem(WeaverJohn,JohnCook,

(ChefJohn.Similarexamplesare:JohntheMiller(millworkers,John,JohntheShepherd,(shepherdJohn,Johnthe

Thatcher,(coverhousingCarpenterJohn.Soonthesecalledbecame:theJohnWeaverJohnWiley&SonsHavre,JohnCookJohnCook

TheJohnMiller(JohnMiller,JohnShepherd,JohnShepherdJohnThatcherJohnThatcher.OldEnglish,thereisa

WordiscalledtheWrighttheoriginalintentoftheworkersorthemanufacturer.Createtwocarriagesthecallcartwrightrepairerwheelscalledwheelwright,theshipcalled

Arecommon3.Thethirdcategory:thedescriptivelastname.Peopleusetheperson'sphysicalcharacteristicsasasurname.Manysurnamescomefromtheoccasionalnicknameorcrooked

Said.Forexample,amancalledPeter'slookedstrong,peoplenicknamedhimPeterthestrong(strongPeter,andlaterthegradually

Isomitted,thispersoncalledPeterStrong(1PeterStrong.Similarname,thereareArmstrong(Armstrong,LongFellow

144Thefourthcategory:geographicsurname.Itoriginatedintheregionofthefirstofthefamilywork,whichmeansthatthisindividualinwhichthecity,township

thenameofthetownorvillageevolvedintoafamilyname.Inthisway,thesamevillagenamedTom(Tom,accordingtothedifferencebetweentheirhabitationsopen

,Suchas:livingunderthecliff,Tom,livingclosetotheedgeofthewoods,Tomandthehouseislocatedinthefield,Tom,andthusgiverisetoaseriesofat

Namedlastname:Hill(HillHill,Wood(woodsWood,Field(fieldRumsfeld,Ford(shoalFord,Street

(StreetStreeter,Cliff(cliffCliff,Tree(treeTerryLane(alleyRyanBush(bushBush,

151.152.1679191.202.20六、转子支承系统联接松动的故障机理及诊断方法1.振动机理2.诊断方法七、转轴具有横向裂纹的故障机理及诊断方法1.振动机理2.诊断方法第四节东方所旋转机械分析软件介绍一、数据采集二、调入数据三、键相信号编辑四、数据预处理五、多踪时频分析六、多踪转速参量分析七、频谱分析八、Hilbert-Huang变换九、阶次分析十、时间三维谱阵十一、转速三维谱阵十二、伯德图十三、频率阻尼位图（FDB）十四、提纯轴心轨迹十六、时间转速幅值曲线十七、二维全息谱十八、三维全息谱十九、全息瀑布图二十、在线分析

第一节旋转机械故障诊断的基本知识一、旋转机械故障诊断的意义及发展概况1.旋转机械故障诊断的定义通俗地说，对旋转机械故障的诊断类似于医生给患者治病，医生基于病理需要向患者询问病情、病史、切脉（听诊）以及量体温、验血相、测心电图等，根据获得的多种数据，进行综合分析才能得出诊断结果，提出治疗方案。机器在运行过程中出现故障也是不可避免的。人生了病需要求医就诊，机器出了故障也要找“医生”诊断病因。在通过监测获取机器大量信息的基础上，基于机器的故障机理，从中提取故障特征，进行周密的分析，确定故障原因，作出符合实际的诊断结论，提出治理措施。故障是指机械设备丧失了原来所规定的性能或状态。通常把设备在运行中所发生的状态异常、缺陷、性能恶化、以及事故前期的状态统统称为故障，有时也把事故直接归为故障。而故障诊断则是根据状态监测所获得的信息，结合设备的工作原理、结构特点、运行参数、历史状况，对可能发生的故障进行分析、预报，对已经或正在发生的故障进行分析、判断，以确定故障的性质、类别、程度、部位及趋势，对维护设备的正常运行和合理检修提供正确的技术支持。2.旋转机械故障诊断的意义旋转机械故障诊断技术的由来及发展，与十分可观的故障损失以及设备维修费密切相关，而旋转机械故障诊断的意义则是有效地遏制了故障损失和设备维修费用。具体可归纳如下几个方面：①及时发现故障的早期征兆，以便采取相应的措施，避免、减缓、减少重大事故的发生；②一旦发生故障，能自动纪录下故障过程的完整信息，以便事后进行故障原因分析，避免再次发生同类事故；③通过对设备异常运行状态的分析，揭示故障的原因、程度、部位，为设备的在线调理、停机检修提供科学依据，延长运行周期，降低维修费用；④可充分地了解设备性能，为改进设计、制造与维修水平提供有力证据。3.旋转机械故障诊断的发展概况旋转机械故障诊断技术和其它学科一样，也是有其发展过程的。在二战以前对机器振动问题的解决，主要靠技术人员的经验和技巧。利用原始的检测手段，例如用小锤敲击或用细长导体抵在机器的某部位，以耳朵听到的声音来判断机器工作是否正常。五十年代末，电涡流传感器逐步广泛用于旋转机械的振动检测上。这不仅为振动监测提供了可靠的手段，也为转子动力学，轴承等学科的理论研究提供了先进的测试手段。六十年代至七十年代振动监测仪逐渐运用在旋转机械上，同时在这个期间内，数字电路、电子计算机技术发展很快。当计算机进入信号处理与分析领域时，测试技术便出现了一个新的分支——“信号数字处理分析技术”。这种技术提供了对各种物质运动分析与识别信息。七十年代末，八十年代初，旋转机械的状态监测与故障诊断系统在许多发达国家开始研制，并把实验室的研究结果推向工业部门应用。我国状态监测与故障诊断技术起源于上世纪七十年代末。那时，建国后首批从西方工业发达国家成套引进的13套大化肥装置，以及随后不久引进的大化纤、大乙烯等装置正处于建成后的试车、开车阶段，由于某些机组事故频发，促进了高校及科研单位对这项技术的理论研究和实际应用。国外某些大公司的监测与诊断部门也同时开展了一些服务与交流，客观上起到了一定的推动作用。二、转子振动的基本概念旋转机械的功能实现主要靠转子旋转来完成的，故转子是其核心的部件。旋转机械发生故障时伴随着异常的振动和噪声，我们对其振动信号进行分析可以有效提取机器故障特征信息。因此，了解和掌握旋转机械转子振动基本概念，是监测机组运行状态和提高诊断故障的准确度的核心基础。1.机械振动物体或质点相对于平衡位置所作的往复运动叫机械振动，简称振动。例如，机器箱体的颤动、管线的抖动、叶片的摆动等都属于机械振动。振动用基本参数、即所谓“振动三要素”—振幅、频率、相位加以描述。描述振动的三种物理量有：位移、速度、加速度。2.频率振动物体单位时间内的振动循环次数称为频率f，单位是赫兹[Hz]。频率是振动特性的标志，是分析振动原因的重要依据。对旋转机械来说，转子每旋转一周就是完成了一个振动过程，为一个周期，或者说振动循环变化了一次。因此转速n、角速度ω都可以看作频率，称为旋转频率、转速频率、圆频率，或n、ω、f不分，都直接简称为频率，它们之间的换算关系为：f=n/60，ω＝2πf＝2πn/60≈0.1n，其中转速n的单位为转/分钟[r/min]，角速度ω的单位为弧度/秒[rad/s]。如果振动频率为机器实际运行转速频率的一倍、二倍、三倍、0.5倍、0.43倍、…时，则称为一倍频（习惯上又称为1X，或1×）、二倍频（2X、2×）、三倍频（3X、3×）、0.5倍频（0.5X、0.5×）、0.43倍频（0.43X、0.43×）、…等。其中，一倍频，即实际运行转速频率又称为工频、基频、转频，0.5倍频又称为半频。例如，某机器的实际运行转速n为6000r/min，那么，转速频率＝n/60＝6000/60＝100Hz，其工频为100Hz，二倍频为200Hz，半频为50Hz。3.振幅振幅是物体动态运动或振动的幅度。振幅是振动强度和能量水平的标志，是评判机器运转状态优劣的主要指标。振幅的量值可以表示为峰峰值（pp）、单峰值（p）、有效值（rms）或平均值（ap）。峰峰值是整个振动历程的最大值，即正峰与负峰之间的差值；单峰值是正峰或负峰的最大值；有效值即均方根值。图1振幅各量值示意图只有在纯正弦波(如简谐振动的情况下，单峰值等于峰峰值的1/2，有效值等于单峰值的0.707倍，平均值等于单峰值的0.637倍；平均值在振动测量中很少使用。它们之间的换算关系是：峰峰值＝2×单峰值＝2×21/2×有效值。此换算关系并无多大的实用价值，只是说明振幅在表示为峰峰值、峰值、有效值时，数值不同、相差很大。振动位移具体地反映了间隙的大小，振动速度反映了能量的大小，振动加速度反映了冲击力的大小。在实际应用中，大型旋转机械的振动用振动位移的峰峰值[μm]表示，用装在轴承上的非接触式电涡流位移传感器来测量转子轴颈的振动；一般转动设备的振动用振动速度的有效值[mm/s]表示，用手持式或装在设备壳体上靠近轴承处的磁电式速度传感器或压电式加速度传感器（如今主要是加速度传感器）来测量；齿轮和滚动轴承的振动用振动加速度的单峰值[g]表示，用加速度传感器来测量。4振动烈度振动烈度是振动标准中的通用术语，是描述一台机器振动状态的特征量。在我国及国际振动标准中，几乎都规定振动烈度的度量值为振动速度的有效值。因此，可以认为振动烈度就是振动速度的有效值。所以，在对一般转动设备进行振动监测时，应测量振动速度的有效值（并要求在靠近轴承位置处的水平、垂直、轴向三个方向上进行测量，取最大值），因为只有振动烈度才有振动标准可以参照（大机组不完全如此），评定机器运转状态的优劣时才能做到有据可依。5.相位和相位差相位是振动在时间先后关系上或空间位置关系上相互差异的标志（例如同一部件不同位置处的振动或不同部件之间的振动），单位是度［°］。相位在判断振动故障的类型中有着非常重要的作用，在动平衡技术中更是必不可少。把转子旋转一圈的时间看成是360°，两个振动之间的相位差就是转过此角度的时间差。通过角度不仅表示空间、而且表示时间，这便是相位的奥妙之处。相位差是两个振动的相位之差。在实际应用中，通常只讲相位差。通过相位（差），可以很具体地想象到两个振动矢量在时间和空间上的相互关系：①谁先谁后～相位小的在先、称超前，相位大的在后、称滞后，因为相位小的先到达第一个正峰、即最大振动点处；②相差的时间t～t＝相位差×周期/360＝相位差/(工频×360，实际中很少算，主要是由相位差（角度）的大小想象两者间隔时间的长短；③空间位置～相位差就是空间方向差夹角的角度。相位差表面上看是一个角度，实际上是反映了两个振动在时间先后关系上或空间位置关系上，是否存在差异、存在什么差异、存在多大差异。在分析振动原因和判断振动故障类型时，往往更关注相位差，而不是相位。6.涡动和进动转动物体相对于平衡位置所作的圆周运动称为涡动。物体涡动时，是在绕着自身对称轴旋转（自转）的同时，对称轴又进一步在绕着某一平衡位置旋转（公转），所以涡动又称为进动。例如，水中的漩涡、玩具陀螺、转子的运动等都属于涡动。图2转子涡动示意图旋转机械转子的实际运动状态是，在以角速度ω（即转速n）绕着自身轴线ACB旋转（自转）的同时，整个轴线又以角速度Ω绕着两轴承中心连线AOB在做圆周运动（公转）。转子实际上是做旋转状的涡动，并不是往复状的机械振动。由于这种涡动在径向上所测得的振幅、频率、相位在数值上与机械振动相同，因此可以沿用机械振动的许多成熟的理论、方法，所以旋转机械转子的涡动通常仍然称作振动。但是，在研究旋转机械转子的振动时，应该时刻牢记转子的振动实际上是涡动的这一基本特点。正进动是指涡动方向与转子旋转方向相同的涡动。反进动是指涡动方向与转子旋转方向相反的涡动。因为转子的实际振动是涡动，其涡动轨迹通常为不规整的椭圆，因此需要配置两个相互垂直的探头才能较为准确地测出转子真实的振动。7.临界转速临界转速就是转子—轴承系统本身的固有频率；临界转速完全是由转子—轴承系统本身的固有特性所决定的，与外界条件（如不平衡力、介质负荷等）无关。固有特性即结构特性，主要有转子的质量、材质、轴径、长度、轴上集中质量的大小及分布，支座跨度以及支座的刚度、阻尼、质量，联轴器的刚度、阻尼、质量等。另外，临界转速有计算值（转子无阻尼、或仅考虑了轴承阻尼的自振频率）和现场实际值（转子有阻尼时的共振频率），由于转子阻尼相对很小、以及近来计算机和计算方法水平的提高，如今此二值已相差很小。与物体的固有频率一样，临界转速也有若干阶，如一阶（第一临界转速）、二阶（第二临界转速）、三阶、…、n阶。8.油膜涡动、油膜振荡油膜涡动和油膜振荡是由径向滑动轴承油膜力学特性引起的自激振动。如果轴颈受到的涡动力小于油膜阻尼力，则轴心涡动所形成的轴心轨迹是收敛的，涡动会减小；如果涡动力等于油膜阻尼力，则轴心轨迹不再扩大并成为封闭图形，涡动是稳定的；如果涡动力超过阻尼力，则轴心轨迹是发散的，涡动是不稳定的。涡动的转向与转子旋转方向相同时，为正进动；反之，为反进动。理论推算表明，油膜涡动的旋转频率Ω等于转子旋转频率ω的一半，即Ω＝ω/2，因此油膜涡动理论上又称为半速涡动。实际中，油膜涡动的振动频率约为0.42~0.48转速频率，即Ω＝（0.42~0.48）ω。伴随着转子旋转频率ω（即转速n）的不断上升，油膜涡动的涡动频率Ω也不断上升，当转速n上升到转子第一临界转速nk1的二倍附近时，也就是说当油膜涡动的频率等于转子轴承系统的固有频率时，即Ω＝ωk1时，转子轴承系统将发生强烈的共振，这就是所说的油膜振荡。油膜振荡发生后，即使转速继续上升，但涡动频率却不再按涡动比（Ω/ω）不变的规律上升，仍为ωk1，也就是紧紧地咬住转子的固有频率——第一临界转速——不再改变。油膜涡动及油膜振荡是一种自激振动，也就是说，维持振动的能量是由转子轴承系统（含润滑油）在自身旋转中产生的，它可以不断地提供极大的能量，足以引起转子轴承系统零部件的损坏。所以，油膜振荡具有严重性、突发性、有时会发出间断吼叫声等特点。第二节旋转机械故障诊断的基本图谱1.波形图波形图显示了振动位移与时间的关系，又称幅值时域图。波形图显示了振幅、周期（即频率）、相位，特别是波形的形状和状态。图3波形图振幅为正峰与负峰之间的位移量，比较各周期对应的峰高，即可知振幅值是否稳定；二个波峰之间为一个旋转周期，波形图的周期数可以选取，想了解波形重复性时周期数选多一点，想了解波形细节时周期数选少一点；比较各周期对应峰与零位的间隔，可以粗略了解振动相位（发生的时间、位置）是否稳定。波形图既可以是通频波形图，即显示通频总振值与时间(周期的关系；也可以是选频波形图，即一倍频波形、二倍频波形、0.5倍频波形、…等。波形图也可以作为示波器对振动波形的形态和变化进行实时监测。由于从波形图上不能直接得频率及相位的精确数据，现在很少用它来确定振动参数。但是，其形象、具体的波形及其变化状态，特别是波形在各周期下的重复性状况，仍非常有助于对振动故障、尤其是干扰信号的分析、界定。例如：①动不平衡时，为近似的等幅正弦波，见图4；②对中不良时，波峰翻倍，波形光滑、稳定、重复性好，见图5；③摩擦时，波峰多，波形毛糙、不稳定，或有削波，见图6；④自激振荡时，波形杂乱、重复性差、波动性大；⑤严重油膜涡动时，因接近半频，振幅大小间隔，反而有点规律，见图7；图4动不平衡时的波形图图5对中不良时的波形图

图6摩擦时的波形图图7严重油膜涡动时的波形图2.频谱图频谱图显示了各振动分量的频率及其振幅值。对于旋转机械来说，正常运转状态下的频谱图通常是：一倍频最大，二倍频次之、约小于一倍频的一半，三倍频、四倍频…x倍频逐步参差递减，低频（即小于一倍频的成份）微量或无，其它频率成分基本上不存在。图8频谱图3.轴心轨迹图轴心轨迹图显示了转子轴心相对于轴承座涡动时的运动轨迹。它反映了转子瞬时涡动状况。对轴心轨迹形状的观察有利于了解和掌握转子的运动状况。图9轴心轨迹图正常的轴心轨迹应该是一个较为稳定的、长短轴相差不大的椭圆。不对中时，轴心轨迹为月牙状、香蕉状，严重时为8字形；发生摩擦时，会出现多处锯齿状尖角或小环；轴承间隙或刚度差异过大时，为一个很扁的椭圆；可倾瓦瓦块安装间隙相互偏差较大时，会出现明显的凹凸状。图10不对中时，轴心轨迹为月牙状、香蕉状、8字形生物与制药类专业培养方案（专业代码：081102，070402、070403W）（本方案从2011级学生起使用）一、人才培养定位、目标和特色定位：遵循“厚基础、有侧重、宽口径、重实践、创特色”的原则，适应现代生物与制药及相关产业发展需要，突出“专业+信息技术”的优势，着重培养学生具有扎实的化学基础、较强的现代药物和生物技术素养，能在药学与制药工程产品研发生产、生物技术产品研发生产或生物软件设计和应用的能力基础等方面具有突出特色的人才。目标：毕业生能在有关研究单位、学校或企事业单位从事生物与制药领域的科学研究、技术开发、教学与管理等工作，并为相关学科输送研究生后备人才。特色：“专业+信息技术”。二、培养规格及要求本专业学生在全面、扎实学习数、理、化、英语等基础上，学习制药工程、生物技术或生物信息技术的基本理论和技能，受到基础研究和应用研究领域的科学思维和科学实验的训练，具备较好的科学素质，并具备初步的教学、研究、开发和管理等基本技能的高级人才。三、修业年限及授予学位修业年限：四年授予学位：理学或工学学士。四、主干学科和主要课程生物技术主干学科：生物学生物技术主要课程：细胞生物学、遗传学、微生物学、分子生物学、生物化学、基因工程、细胞工程、微生物工程、酶工程等。生物信息学主干学科：生物学、计算机科学与技术生物信息学主要课程：普通生物学、生物化学、分子生物学、遗传学、生物信息学、数据结构与算法、操作系统、软件工程等。制药工程主干学科：化学、化学工程与技术主要课程：有机化学、生物化学、物理化学、化工原理、制药工程、药物合成反应、药物化学、药理学、药剂学、天然药物化学、仪器分析、制药工艺学、波谱分析等。五、双语课程分子生物学、Perl语言程序设计、生物信息学概论、药物化学、药物合成反应六、适用专业（1）生物技术（2）生物信息学（3）制药工程七、培养方式本类专业学生前1年（1~2学期）按大类培养，学生按照教学计划的结构修满规定学分后遵循一定的程序选定专业；修业期间的后三学年（3~8学期）学生按照所选定专业的培养计划修业。培养方案由A、B学分构成，其中，A学分部分培养学生具备本专业的基本理论、基本知识、专业理论、专业知识及专业技能等德智体方面的业务综合素质和能力；B学分部分主要以第二课堂教育为主，重点培养学生了解社会、热爱和帮助他人、心理健康，培养课外科技创新、素质拓展、技能提升和就业竞争等社会综合能力。学生必须分别修满A、B学分所规定的结构和基本要求方能毕业。八、毕业学分基本要求学分类别学分A学分必修课88限选课25任选课6实践环节（含随课和上机）56合计175B学分14

表一、A学分课程设置及学分/学时分配表（一）课程分类序号课程编号课程名称学分/学时其中各学期周学时分配理论实验上机一二三四五六七八公共基础平台︵必修︶思想素质基础课程1120039思想道德修养与法律基础3/484832070112中国近代史纲要2/323223070129毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论(上2.0/48321624070130毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论(下2.0/48321625070111马克思主义基本原理3/4836070107形式与政策(2/3230.5身体素质基础课程7090105体育（1）1.5/32321.58090106体育（2）1.5/32321.59090107体育（3）1.5/32321.510090108体育（4）1.5/32321.5知识能力素质基础课程11050140大学英语1(视听说2/3232212050141大学英语1(读写译2/3232213050142大学英语2(视听说2/3232214050143大学英语2(读写译2/3232215050144大学英语3(视听说2/3232216050145大学英语3(读写译2/3232217050146大学英语4(视听说2/3232218050147大学英语4(读写译2/3232219110401高等数学(上5.5/88885.520110402高等数学(下5.5/88885.521040411线性代数3/4848322040415概率论与数理统计3/4848323020101大学物理(上4/644816424020102大学物理(下4/644816425040101大学计算机基础2/321616226040105C语言程序设计3/483216327070201大学语文2/32322小计66/10569923232181914.514.5续表一、A学分课程设置及学分/学时分配表（二）课程分类序号课程编号课程名称课程性质学分/学时其中各学期周学时分配讲课实验上机一二三四五六七八学科基础课程28060301普通生物学必修（20学分）4/6464429060510普通化学4/6464430060162有机化学(上3/4848331060170有机化学(下3/4848332060446生物化学(一3/4848333060478生物化学(一3/4848334060352（生物）数据库技术及应用生物技术与信息必修(6学分3/4848335060626*Perl程序设计3/4848336060167物理化学（上）制药工程必修(6学分3/48337060168物理化学（下）3/483专业课程︵生物技术专业︶38060317*分子生物学生物技术限选︵至少选25学分︶3/4848339060355生物信息学（双语）2/3232240060312遗传学3/4848341060311细胞生物学3/4848342061315微生物学3/4848343060348基因工程3/4848344060320细胞工程2/3232245060374微生物工程2/3232246060379生物工程下游技术2/3232247060319酶工程3/4848348060376生物技术制药2/3232249060433药学基础2/3232250061303植物生理学2/3232251060445免疫学2/3232252060619专业英语2/3232253060395系统生物学导论2/32322专业课程︵生物信息学专业︶54060620数据结构与算法生物信息学限选︵至少选25学分︶3/4848355060317*分子生物学3/4848356060355生物信息学（双语）2/3232257060312遗传学3/4848358040340Linux操作系统2/3232259061317BioJava程序设计3/3232260060318生物信息学算法2/32322610600372现代生物技术导论2.5/40402.562060384基因组学3/4848362040317软件工程3/4848264060623数据挖掘原理及应用2.5/48402.565040215计算机硬件技术基础3/4848366040716汇编语言程序设计2.5/40402.567061320计算机网络技术及其在生物信息学中的应用2.5/40402.568060501药物分子筛选与设计2/32322专业课程︵制药工程专业︶69060125化工原理（上）制药工程限选︵至少选25学︶分4/6464470060126化工原理（下）4/6464471060422制药工程工艺设计3/4848372060152药物合成反应3/4848373080488化工制图2/3232274060158药物分析3/4848375060150制药工艺学3/4848

376060157波谱分析3/4848

37706134药物化学3/4848378060489反应工程3/4848379060173制药分离工程2/3232280060619专业英语2/3232281060136天然药物化学2/3232282060491药剂学3/4848383060475药理学3/4848384060469药事管理2/32322小计必修课（26）限选课（其中至少要选修25学分）个性化教育平台人文素质课程任选课85041301WEB动态网页设计3/483216386060032老子《道德经》与当代人生2/3232287070233《论语》与儒家思想2/3232288070239大学生创新与创业2/3232289120051音乐赏析2/32322学生可自主选修全校开设的任意选修课获得6学分小计（设置11/176，最低选6/96）11/p>

表二、A学分实践性教学环节（生物技术专业）传统的谱分析方法不能给出同一截面在垂直和水平两方向振动之间的相互关系，而只是孤立地分析某一方向振动，并不能了解转子振动的全貌。全息谱技术实质上是多传感器信息融合在设备监测和诊断中的一种体现。它是在FFT算法的基础上，通过内插技术，精确求得按各种方式采集的振动信号的幅值、频率、相位值，然后将转子截面水平和垂直方向上的振动信号进行合成，用不同频率分量下合成的一系列轴心轨迹（通常是椭圆）来刻画转子的振动情况。旋转机械中的大多数常见故障现象在全息谱图上都有对应。全息谱分为二维全息谱、三维全息谱和全息瀑布图。①二维全息谱就是在一个平面坐标上表示出转子振动时各个频率分量下的轴心轨迹。二维全息谱不仅反映了转子在每个阶比频率下两个方向上的振动信号幅值，而且也反映了它们之间的相位关系。在各阶比频率图形上还标明了合成轨迹起始点，这些起始点的位置反映了各阶比频率振动的初相位。图12二维全息谱图②三维全息谱可以表示多个截面上同一阶次成分的振动轨迹、相位关系以及转子的振型节点。全面反映转子在多个横截面上的振动信息。准确绘制三维全息谱，三个截面上的数据必须同时采集，否则相位会产生误差，会造成轴的扭曲，不能真实的反映轴的状态。图13四个测量面的数据合成的某旋转机械的三维全息谱③全息瀑布图是旋转机械升、降速时各个转速下二维全息谱的叠置。由于综合了垂直和水平方向振动的幅值和相位信息，与传统的瀑布图相比，它更能有效地揭示大型旋转机械起停机过程中的振动特性。图14全息瀑布图转速三维谱阵图图20某转子的转速三维谱阵图上图中我们可以看到，基频振动在1000r/min和2700r/min附近出现高峰，这对应于转子的第一阶和第二阶临界转速。在2000r/imn以下，谱图上有半频振动成分，这是轴承的油膜涡动，但幅值很小，在转速超过2000r/min以后，半速涡动固定为1000min-1频率下的涡动，当转速上升到2600r/min附近时，出现了油膜振荡，幅值急剧增大，但频率始终保持在1000min-1，亦即等于转子第一临界转速。第三节转子系统的故障机理及诊断旋转机械的主要功能是由旋转动作完成的，转子是其最主要的部件。旋转机械发生故障的重要特征是机器伴有异常的振动和噪声，其振动信号从幅值域、频率域和时间域实时地反映了机器故障信息。因此，了解和掌握旋转机械在故障状态下的振动机理，对于监测机器的运行状态和提高诊断故障的准确度具有重要的理论意义和实际工程应用价值。课程设计不变062008计tdp类别编号实践项目学分周数按学期分配周数一二三四五六七八公共基础实践平台︵必修︶000006运动会1.5(0.5(0.5(0.5061001认识实习111▲062009野外实习222041220集中上机(基础111041201集中上机(C语言111专轴心轨迹图有原始、提纯、平均、一倍频、二倍频、0.5倍频等多种轴心轨迹，主要看提纯、一倍频、二倍频的轴心轨迹图。这是因为转子振动信号中不可避免地包含了噪声、电磁信号干扰等超高次谐波分量，使得轴心轨迹的形状变得十分复杂，有时甚至是非常地混乱。而提纯的轴心轨迹排除了噪声和电磁干扰等超高次谐波信号的影响，突出了工频、0.5倍频、二倍频等主要因素，便于清晰地看到问题的本质；一倍频轴心轨迹则可以更合理地看出轴承的间隙及刚度是否存在问题，因为不平衡量引起的工频振动是一个弓状回转涡动，工频的轴心轨迹就应该是一个圆或长短轴相差不大的椭圆，而如果轴承间隙或刚度存在方向上的较大差异，那么工频的轴心轨迹就会变成一个很扁、很扁的椭圆，从而把同为工频的不平衡故障和轴承间隙或刚度差异过大很简便地区别开来；二倍频轴心轨迹则可以看出严重不对中时的影响方向等。通过轴心轨迹图，还可以判断转子的涡动是正进动、还是反进动。必修极坐标图实际上就是振动向量矢端图。振动向量可以是各阶谐波的振动分量。极坐标图可以看成是伯德图在极坐标上的综合曲线，它对于说明不平衡质量的部位，判断临界转速以及进行故障分析是十分有用的。极坐标图也可以描述在定速下旋转机械由于工作条件或负荷变化而导致的基频或其它谐波幅值与相位的变化规律。极坐标图具有以下一些的优点：①利用极坐标图上每一种转速所对应的矢量位置，可以找到转子上不平衡质量的方位，因此对转子动平衡提供了很多方便。②同一转速时，在转子轴向的几个截面上用极坐标图同时观察，可以看到转子工作时的空间振型，同样，各个转速下转子的振型也就看的很清除。③机器在任何转速下都存在轴的弯曲，因此检测到的振动信号中包含了弯曲轴转动时的幅值和转轴本身的振动幅值要把这两种幅值分开，用极坐标图来观察就非常清楚。图中的慢转矢量即属于出示弯曲信号。因为轴的初始弯曲在慢转状态下的相位是不变的。④转子以外的元件振动，如管道、联轴节、机壳和基础对转子产生的谐振作用，随着转速变化，旋转矢量点的轨迹会在极坐标图上出现一个个干扰小圆圈，而在伯德图上就难辨别出这些干扰信号。图115.轴心位置图轴心位置图显示了转子轴心相对于轴承中心的稳态（即忽略振动）位置。通过轴心位置图可以看出偏位角、偏心距、最小油膜的厚度，从而判断转子运行是否平稳。一般来说，大机组转子轴心位置的偏位角应该在20°～50°之间，最小油膜厚度大约为普通化学实验2.27.波德图波德图显示了转子振幅和相位随转速变化的关系曲线。波德图是十分有用的分析图谱。图15伯德图从波德图上可以得到以下信息：①转子系统在各种转速下的振幅和相位；②转子系统的临界转速；③转子系统的动态放大系数Q(Q=2工作转速下的峰峰值，动态放大系数原可接受范围是3~8，但伴随着设计与制造水平的提高，如今动态放大系数越来越小，新出厂的机器多数在3.55以下，小于2.5的也屡见不鲜（API标准规定小于2.5时为临界阻尼状态），动态放大系数过大，很可能是不安全的；④转子的振型；⑤系统阻尼的大小；⑥转子是否发生热弯曲；⑦生物信息学基础实验1（Perl8.阶次谱阵图许多旋转机械在工作过程中其旋转速度并非处于绝对匀速状态，而是在一定的转速范围内不断变化；特别是在启动和停车的过程中，其转速是不稳定的。若人为地将这类信号假定为平稳信号进行处理，结果将产生严重的“频率模糊”现象。阶次分析就是一种阶次跟踪和数字重采样分析技术，相当于等相位采样分析。能更好的反应与转速相关的振动信息。能有效解决“频率模糊”现象，准确反映系统工况。216频谱图图9.三维谱阵图与伯德图以及极坐标图的不同，三维谱阵不是对某一频带幅值的描述，而是对全频带的响应进行描述，这样便可以在速度或时间等其它参量变化的过程中，观察到转子许多频率分量下转子的动态响应过程，从图中可以看出临界转速的位置，系统阻尼大小，发生自激振动的转速或失稳转速。它是一种比较常用的转子故障分析图形。图18时间三维谱阵图图一、转子不平衡的故障机理及诊断方法1.振动机理转子不平衡是指受材料质量、加工、装配以及运行中多种因素的影响，其质量中心和旋转中心线之间存在一定量的偏心距，使得转子在工作时形成周期性的离心力干扰，在轴承上产生动载荷，从而引起机器振动的现象。因此，把产生离心力的原因旋转体质量沿旋转中心线的不平均分布叫做不平衡，由此引起的机器振动或运行时产生的其他问题称为不平衡故障。实验2.诊断方法234567特征频率常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向1×稳定061364椭圆正进动表2转子质量偏心的敏感参数123微生物工程11振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法明显课程设计(细胞工程123457特征频率常伴频率062005毕业实习进动方向3突发性增大后稳定径向突变后稳定椭圆正进动061003毕业设计（论文）316166振动随转速变化振动随油温变化其它识别方法明显不变不变不变振幅突然增加二、转子不对中的故障机理及诊断方法机组各转子之间由联轴器联接构成轴系，传递运动和转矩。由于机器的安装误差，承载后的变形以及机器基础的沉降不均等，造成机器工作状态是各转子轴线之间产生轴线平行位移、轴线角度位移或综合位移等对中变化误差，统称为转子不对中。18

表二、A学分实践性教学环节图23转子不对中的两种变形情况用刚性联轴器联接的转子不对中时，转子往往是既有轴线平行位移，又有轴线角度位移的综合状态，转子所受的力既有径向交变力，又有轴向交变力。弯曲变形的转子由于转轴内阻现象以及转轴表面与旋转体内表面之间的摩擦而产生的相对滑动，使转子产生自激旋转振动，而且当主动转子按一定转速旋转时，从动转子的转速会产生周期变动，每转动一周变动两次，因而其振动频率为转子转动频率的两倍。2.诊断方法表5转子不对中的振动特征1234567特征频率常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向2×1×、3×稳定径向、轴向较稳定双环椭圆正进动表6转子不对中的敏感参数133456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法明显明显有影响有影响有影响转子轴向振动较大；联轴器相邻轴承处振动较大；随机器负荷增加，振动增大；对环境温度变化敏感三、转子摩擦的故障机理及诊断方法在高速旋转机械中，为了提高机器效率，往往把密封间隙、轴承间隙做得较小，以减少气体和润滑油的泄露。但是，小间隙除了会引起流体动力激振之外，还会发生转子与静止部件的摩擦。轻者发生密封件的摩擦损伤，重者发生转子与静止件的摩擦碰撞，引起严重的机器损伤事故。此外轴承中也会发生干摩擦或半干摩擦，这种摩擦有时是不明显的，并不发生事故，机器未停机拆检之前找不出异常振动原因。因此，必须了解转子与静止件摩擦激振的故障特征，以便及时做出诊断，防止重大事故发生。1.转子与静止件径向摩擦的振动机理图24转子与静止件径向摩擦示意图转子与静止件发生径向接触瞬间，转子刚度增大;被静止件反弹后脱离接触，转子刚度减小，并且发生横向自由振动。因此，转子刚度在接触与非接触两者之间变化，会产生一些特有的、复杂的振动响应频率。摩擦振动是非线性振动，局部摩擦引起的振动频率中包含有2X、3X···一些高次谐波及分数谐波振动(即次谐波振动。在频谱图上出现(1/nX的次谐波成分(n=2,3,4，···，重度摩擦时n=2，轻度摩擦时n=2,3,4,···。次谐波的范围取决于转子的不平衡状态，在足够高阻尼的转子系统中也可能完全不出现次谐波振动。2.转子与静止件轴向摩擦的振动机理轴向摩擦时，转子的振动响应几乎与正常状况一致，没有明显的异常特征，所以诊断轴向摩擦时，不能用波形、轨迹和频谱去识别。干摩擦具有阻尼的特性，干摩擦正比于转子与静止件间的干摩擦因数和轴向力。干摩擦阻尼远较正摩擦阻尼大，由轴向干摩擦引起的系统阻尼的增加是显著的，因此系统阻尼的变化可作为诊断轴向摩擦的识别特征。3.诊断方法表7转子与静止件径向摩擦的振动特征1234567特征频率常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向高次谐波、低次谐波及其组合谐波1×不稳径向连续摩擦时:反向位移、跳动、突变；局部摩擦时:反向位移连续摩擦时:扩散；局部摩擦时:紊乱连续摩擦时:反进动；局部摩擦时:正进动表8转子与静止件径向摩擦的敏感系数133456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法不明显不明显不变不变不变时域波形严重削波四、转子油膜涡动和油膜振荡的故障机理及诊断方法油膜涡动和油膜振荡是由滑动轴承力学特性引起的自激振动。1.振动机理以圆柱滑动轴承为例，由于交叉刚度系数不等于零，油膜弹性力有使轴颈失稳的因素。在不同的工作转速下，轴颈中心位置如图所示，其位置还随载荷大小而变，轨迹近似为一个半圆弧，称为平衡半圆，即轴承中轴颈中心的位置并不是沿着载荷作用方向移动，其位置与工作转速及载荷大小有关。图25轴颈中心轨迹图滑动轴承工作状态对于受载荷条件一定的滑动轴承，当轴颈转速不太高时，即使受到一个偶然的外部干扰力的作用，轴颈仍能回到平衡位置。轴颈转速升高达到一定数值后，一旦受外部干扰力作用，轴颈便不能回到初始位置，而沿一近似椭圆的封闭轨迹涡动，或者沿某一极不规则的扩散曲线振荡，这就形成了轴承的失稳状态。2.油膜涡动的诊断方法表9油膜涡动的振动特征1234567特征频率常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向≤0.5×1×较稳定径向稳定双环椭圆正进动表10油膜涡动的敏感参数133456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法明显不明显明显不变不变涡动频率随工作角频率升降，保持≤0.5×3.油膜振荡的诊断方法表11油膜振荡的振动特征1234567特征频率常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向＜0.5×组合不稳定径向不稳定（突变）扩散不规则正进动表12油膜振荡的敏感参数133456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法振动发生后，升高转速，振动不变不明显明显不变不变工作角频率≥时突然发生；振动强烈，有低沉吼叫声；振荡发生前发生油膜涡动；异常振动有非线性特征五、转子弯曲的故障机理及诊断方法转子弯曲包括转子弓形弯曲和临时性弯曲两种故障。转子弓形弯曲是指转子轴呈弓形，它是由于转轴结构不合理、制造误差大、材质不均匀、转子长期存放不当等，发生永久弯曲变形或是由于热态停机时未及时盘车、热稳定性差、长期运行后转轴自然弯曲加大等原因造成的。转子临时性弯曲是指转子的转轴有较大预负荷、开机运行时暖机不足、升速过快、加载太大、转轴热变形不均匀等原因造成的。转子弓形弯曲和临时性弯曲是两种不同的故障，但其故障机理相同。1.振动机理旋转轴弯曲时，由于弯曲所产生的力和转子不平衡所产生的力相位不同，两者之间相互作用有所抵消，转轴的振幅将在某个速度下减小。当弯曲的作用小于不平衡时，振幅的减小发生在临界转速以下:当弯曲的作用大于不平衡时，振幅的减小就发生在临界转速以上。转子无论发生弓形弯曲还是临时性弯曲，它都要产生与质量偏心类似的旋转矢量激振力.同时在轴向发生与角频率相等的振动。这两种故障的机理与转子质量偏心相同。2.诊断方法转子弓形弯曲和转子临时性弯曲的故障诊断，与转子质量偏心的诊断方法基本相同。其不同之处是，具有转子弓形弯曲故障的机器，开机启动时振动就较大；而转子临时性弯曲的机器，是随着开机升速过程振幅增大到某一值后振幅有所减小；转子质量偏心的机器是低速时振幅趋于零。六、转子支承系统联接松动的故障机理及诊断方法轴承松动是指机器的转子支承系统配合间隙误差过大或配合过盈量不足，或是配合面的联接螺栓紧固不牢发生的异常振动。1.振动机理当轴承套与壳体配合具有较大间隙或配合过盈量不足时，轴承套受转子离心力的作用沿圆周方向发生周期性变形，从而改变了轴承的几何参数而影响油膜的稳定性;当轴承座螺栓紧固不牢时，由于结合面上有间隙，系统将发生不连续的位移。2.诊断方法转子支承系统的联接状态对转子的偏心率和转速比的变化敏感，当工作转速低于一阶临界转速时，联接松动的振动响应较大；当转速高于一阶临界转速时，在一定条件下将发生分数谐波共振。表13转子支承系统联接松动的振动特征1234567特征频率常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向基频及分数谐波2×、3×不稳定。工作转速达到某阈值时，振幅突然增大或减小松动方向振动大不稳定紊乱正进动表14转子支承系统联接松动的敏感参数133456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法很敏感敏感不变不变不变非线性振动特征七、转轴具有横向裂纹的故障机理及诊断方法转子系统的转轴上出现横向疲劳裂纹，会发生断轴的严重事故，危害很大。对转轴裂纹的诊断目前常用的方法是监测机器开机或停机过程的工作转速通过“半临界转速”的振幅变化，以及监测转子运行中振幅和相位的变化。1.振动机理转轴的横向疲劳裂纹为贝壳状的弧形裂纹，由于裂纹区所受的盈利状态不同，转轴的横向裂纹呈现张开、闭合、时张时闭三种情况。当裂纹区所受拉应力大于自重载荷时，在拉应力作用下裂纹总处于张开状态，轴的挠度大于无裂纹时的挠度，在一定工作转速下振幅及相位都发生变化。当裂纹区受压应力时，裂纹总是处于闭合状态，裂纹对转子的振动特性没有影响。当裂纹周期性时闭时开，对振动的影响比较复杂。裂纹所引起的转子刚度非对称性不仅是裂纹深度的函数，也是裂纹相对转轴振型的位置和运行时间的函数，振动是非线性的。2.诊断方法表15转轴具有横向裂纹的振动特征1234567特征频率常伴频率振动稳定性振动方向相位特征轴心轨迹进动方向半临界点的2×2×、3×等高频谐波不稳定径向、轴向不规则变化双椭圆或不规则正进动表16转轴具有横向裂纹的敏感参数133456振动随转速变化振动随负荷变化振动随油温变化振动随流量变化振动随压力变化其它识别方法变化不规则变化不变不变不变非线性振动特征。过般临界点2×谐波有共振峰值第四节东方所旋转机械分析软件介绍旋转机械分析软件包括有频谱分析、阶次分析、时间三维谱阵、转速三维谱阵、时间转速曲线和时间幅值曲线、伯德图和极坐标图（奈魁斯特图）、提纯轴心轨迹、二维全息谱、三维全息谱和全息瀑布图分析。此套软件可以用来完成旋转机械的启停过程分析，转子的故障诊断，研究旋转机械的失稳性，确定临界转速和共振，区分旋转噪声、结构噪声和振动现象，辨别旋转振动所产生的噪声。做旋转机械分析时，有离线和在线两种方式。离线分析，先采集数据。再用调入数据命令选择数据路径，文件名，试验号，要分析的测点号，键相测点号。然后用分析命令选择分析的方法，分析的结果可以存盘。在线分析，有时间三维谱阵、时间转速曲线和时间幅值曲线、伯德图和极坐标图（奈魁斯特图）三种方式，在线实时分析，分析结果可以存盘。一、数据采集采样前应首先设置采样参数，然后用示波命令检查各测点是否工作正常，放大器档位是否合适，放大器档位确定后，再返回采样参数设置设定程控放大倍数，各通道测点号、标定值、工程单位，设采样参数对话框如下图所示。二、调入数据打开调入分析数据命令，调入要分析的数据。先设置数据路径（也可通过“浏览”命令得到），文件名，试验号，在已有测点栏中会自动显示出所有测点。通过文件名的浏览可以直接得到文件名和试验号。用鼠标左键单击测点号可选中测点，一次可选多个，用“=>”命令可将选中测点在“选中测点”栏中列出，供以后分析时使用。如有键相测点存在，可先选到“选中测点”栏中列出，再从“选中测点”选到键相测点。如“选中测点”栏中有多余的测点，通过“<=”命令可将其删除，一次只可删除一点。按“完成命令”即可完成选择，“取消”命令则放弃当前的选择，仍记住上次的选择。三、键相信号编辑可以对采集错误或有干扰的键相信号编辑改正。调入原键相信号，将键相信号整理成标准的方波信号，作为测点号为“新测点”的键相信号存盘。四、数据预处理数据预处理可同时将多道波形进行梳状滤波（可设低通，高通和带阻）以及加密重构，处理后的波形可以新的试验名存盘，以备将来分析。如下图所示。五、多踪时频分析可同时进行时域，频域和1/3倍频程分析。当进行频域分析时，显示方式可在线形、对数和双对数中选择一种。六、多踪转速参量分析可选择工频幅值，总有效值，线形声级和A记权声级。选择完成后，得到随转速变化的各参量曲线。可通过输入或拖动进度条改变起始转速，截止转速以及分析的点数。七、频谱分析显示方式可在线形、对数和双对数中选择一种。如选择显示时域波形，在显示频谱时可同时显示对应的时域波形。FFT点数可选512点、1024点或2048点。频谱形式可在FFT、ARMA和AR谱中选择一种，本程序的ARMA模型可进行迭代计算，使得模型和实际的数据的吻合程度能几十倍上百倍的提高，用户可选择最大的迭代次数。分析过程中，可提前结束分析。当ARMA模型提前收敛时，不用分析到最大的迭代次数，分析即可完成。八、Hilbert-Huang变换经验模态分解（EMD）可以对一个信号同时将不同尺度（频率）的波动或趋势逐级分解开来，产生一系列具有不同特征尺度的数据序列称为固有模态函数（IntrinsicModeFunction,IMF）。对EMD分解的每一个IMF进行希尔伯特变换，称希尔伯特—黄变换（Hilbert-HuangTransform,HHT），这种变换非常适合于具有非线性和非平稳特征的经济系统时间序列。显示方式可在IMF(Intrisicmodefunction内禀模态函数、边际谱（MarginalSpectrum，IMF的FFT谱）中选择一种。如选择显示重构波形，在显示各层数据时，最后一层为各层数据通过重构系数加权得到的合成数据，重构系数可以设定。如每层重构系数都设为1，重构以后的波形即为原始波形。变换点数可选512点、1024点或2048点。九、阶次分析阶次分析可通过阶次跟踪和数字重采样分析得到，相当于等相位采样分析。阶次分量有着不依赖于机器转速的相同分析线，且阶次很容易识别。阶次分析时，要求有较好的键相信号。横轴为阶次，纵轴为转速。改变测点号可分析其它的测点。再按“开始计算”按钮得到新的阶次谱。显示方式有彩图、瀑布图、切片图和涡动比四种。十、时间三维谱阵横轴为频率，纵轴为时间。显示方式有彩图和瀑布图两种，当分析参数发生变化，如换了测点号、谱线条数、FFT点数、起始或截止的