機械結構的常見動力系統

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動力系統

動力系統主要包括：

• 動力源：電動機、內燃機等；

• 傳動部件：轉軸、齒輪、凸輪、聯軸節、鏈條、皮帶等；

• 運動部件：完成各種運動的部件，如葉片、刀具、車輪、活塞；

• 支承零件：滾動軸承、滑動軸承、液壓系統等。

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運動形式

主要有兩種運動形式：

• 旋轉運動：動力源、傳動部件、旋轉的運動部件、軸承的內圈和滾珠等；

• 往復運動：內燃機內部的凸輪活塞、磨床的運動部分。

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常關心零件

常常關心的零件有：轉子、轉軸、齒輪、軸承、葉片等。

旋轉機械振動特點

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強迫振動

• 周期性的強迫振動；　　

• 往復運動：轉子質量偏心（不平衡）、不對中、油膜非線性力；

• 松動：摩擦、碰撞等；

• 共振。

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以轉速為參考

基本周期：旋轉周期→轉頻，一般以轉速形式呈現。

X r/min → X/60r/sec → X/60Hz

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特征頻率

各種部件的振動頻率，多數與旋轉頻率有關，可以事先計算出來。在頻譜圖上查找這些特征頻率，以判斷振動產生的部件和原因。

常用頻率：

• 旋轉頻率：fr = X r/min→ X/60Hz；

• 倍頻：n fr；

• 分頻： fr/n；

• 齒輪嚙合頻率：Z fr；

• 邊頻：Z fr ± n fr；

• 滾動軸承頻率：內圈、外圈、滾動體、保持架。

振動響應測試

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各部件的自由振動測試

• 非工作狀態，以錘擊、激振器等激勵，測量自振頻率和模態振型；
  

• 臨界轉速：轉軸系統的各階自振頻率對應的轉速。

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結構部件的強迫振動測試

工作狀態下，測量振動響應。

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旋轉部件的振動測試

工作狀態下，測量振動響應，關心各特征頻率，分析系統工作狀態，判別故障部件和原因。

轉子現場動平衡

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目的

測量轉子的偏心角度和偏心量，以便在反相位上進行補償，消除轉子不平衡振動。

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平衡分類

• 靜平衡：剛性轉子（單盤轉子，長度遠小于直徑，轉速較低）；
  

• 動平衡：柔性轉子（多盤轉子，長度不遠小于直徑，轉速較高）；

單盤轉子

多盤轉子

l 與d 同量級

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動平衡方法

• 平衡試驗機：拆下旋轉部件系統，安裝到平衡機上；

• 現場動平衡：正常安裝條件下，現場進行平衡測試。

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現場動平衡步驟

• 測量原始振動幅度和角度；
  

• 在各轉盤上的某個角度，加上試驗配重，測量振動幅度和角度；

• 使用影響系數法，計算原始的轉子偏心大小和角度；

• 在反方向上加上補償配重后，驗證測量及再平衡。

測試傳感器和安裝

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測量位置和方向

旋轉振動，需要同時測量垂直的兩個方向，X和Y方向，X-Y圖。

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非接觸振動測量

使用電渦流傳感器，對準旋轉部位，防止兩個電渦流傳感器太近引起相互干擾。

徑向X/Y振動測量

軸向Z振動測量

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接觸式振動測量

使用加速度傳感器，安裝在軸承座上，注意安裝角度。

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轉速和相位測量

• 轉速：電渦流、光電、編碼器等測量轉速脈沖，然后根據RRP和單位時間內脈沖數計算；
  

• 相位：鍵相信號來確定振動的相位；

• PPR：每轉脈沖數，如齒輪100個齒，則PPR=100。

利用光電或電渦流傳感器，測量鍵相或齒輪脈沖，獲得轉速。

利用鍵相信號確定振動信號的相位

常用分析方法

• 頻譜分析：尋找特征頻率；
  

• 啟停機過程分析：伯德圖、跟蹤濾波、幅值轉速曲線、階次分析、時間譜陣分析；

• 階次分析：階次譜陣、渦動比；

• 軸心軌跡分析：X-Y圖軸心軌跡、二維全息譜、三維全息譜、全息瀑布圖；

• 幅域參量統計：有效值、峰值因數、裕度因數、偏態因數等；

• 倒頻譜分析；

• 共振解調分析：尋找軸承故障頻率。

來源：聲振之家