關于階次你了解多少？

NVH是噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise, Vibration and Harshness）分析的縮寫，是指對車輛、航空、船舶等機械設備在運行過程中產生的噪聲、振動和沖擊等問題進行分析和解決的相關技術。其中，階次是NVH分析中非常重要的一個概念，它可以用于描述發動機、傳動系統、車輪等旋轉部件的振動頻率，從而幫助工程師進行故障診斷、優化設計和改進制造工藝等方面的工作。階次可以理解為旋轉系統中的一個周期，通常使用“倍頻”來描述，為了更易于理解階次的物理意義，我們先引入頻率的概念。首先我們常說的頻率是指1秒內完成周期性變化（振動）的次數，單位為赫茲(Hz)，例如每秒振動10次，那么它的頻率就為10Hz。而階次就是每旋轉一圈事件發生的次數，例如在一圈內振動了兩次，我們就可以說階次是二階次。同時階次和頻率之間也有關系，對于旋轉機械，每秒旋轉的圈數即轉動頻率，簡稱轉頻；而階次則是每圈事件發生的次數，那么階次對應的事件發生的頻率=階次×轉頻。因此可以可以說1階次對應的頻率=1倍轉頻，n階次對應的頻率=n倍轉頻，這也是我們使用“倍頻”來描述階次的理由。

那為什么我們需要關心階次？

首先階次分析可以用于故障診斷：階次分析可以用于診斷發動機、傳動系統和車輪等旋轉部件的故障來源。例如，一些特定的階次頻率可能會導致明顯的振動和噪聲，工程師就可以通過階次關系確定是發動機哪個部件產生的響應，從而針對這個部件進行減振降噪工作。

其次階次可以用于優化設計：階次分析可以幫助我們評估旋轉系統的穩定性。例如，在發動機的轉速范圍內，不同階次的振動響應會呈現不同的變化趨勢。通過分析不同階次的振動信號，我們可以評估旋轉系統在不同轉速下的穩定性，從而優化系統設計和控制振動。

階次怎么查看？

在進行旋轉機械的振動噪聲時，離不開瀑布圖分析，它采用“跳躍式的FFT變換”方式計算瞬時頻譜，用三維圖來顯示分析結果，是所有瞬時FFT頻譜的集總顯示。它的分析結果既能反映出與隨轉速變化的階次信息，又能反映出結構的共振特性。而在RecurDyn中我們常會使用Campbell圖來分析振動，常見的樣式為轉速×頻率的圖表（如下圖所示）。我們知道旋轉機械的振動噪聲響應容易出現在轉速的倍數處，也就是我們前面講的階次處，坎貝爾圖可以形象地描述這些關系，如下圖黃色的為階次線，用顏色深淺表示幅值。暗的顏色表示低的幅值，亮的顏色表示高的幅值，我們可以直觀地看出各階次對振動的貢獻，例如黃色高亮的部分就表示該階次發生了明顯的振動和噪聲。另外，Campbell圖中確定的關鍵因素有除了階次線還有共振頻率，由于共振與轉速無關，當外界激勵頻率接近或等于物體固有頻率時就會發生共振，因此圖中共振曲線為垂直與頻率軸的直線，且幅值更高。

RecurDyn坎貝爾圖

除此之外，大家也可以看到低階次較為清晰，但是高階次線就會變得模糊不清，這主要原因是高階次對應的頻率變化范圍更大。前面我們講過n階對應的頻率= n倍轉頻，因此在低階頻率變化的倍數是小于高階的，例如3階的頻率如果變化了10Hz，那么30階的頻率就會發生100Hz的變化。由于轉速會連續變化，頻譜就會變成連續譜，離散的譜線會變成譜帶或者說譜線變寬，從而導致高階次線變得模糊不清。