信号检测与故障诊断实验报告Word文档下载推荐.docx

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实验仪器：

ZT-3多功能转子实验台（如下图），PC机，电涡流传感器，信号放大器等。

图1ZT-3转子试验台

图2（实验台的数模图形）

图3转静碰摩的实验（shí

n）装置

关于（guānyú

）试验台：

ZT-3多功能转子实验台有东大仪器厂研制，本转子振动实验台是一种用来（yò

nɡlá

i）模拟旋转机械振动的实验装置。

主要用于实验室验证转子轴系的强迫振动和自激振动特性，它能有效的再现大型旋转机械所产生的多种振动现象。

通过不同的选择改变转子转速，轴系刚度（ɡānɡdù

），质量不平衡，轴承的摩擦或冲击条件以及联轴节的形式来模拟机器的运行状态，由配置的检测仪来观察和检测其振动（zhè

ndò

ng）特性。

因此，本试验台为专门从事振动测试，振动研究试验室和振动测试教学提供了有效而方便的试验手段。

该试验台可以完成如下功能：

（1）旋转机械振动位移、速度、加速度测试研究；

（2）模拟不平衡、不对中、碰摩、油膜涡动、基础松动、转轴裂纹等故障；

（3）转子系统动平衡技术研究；

图4不平衡实验图5不对中实验图6单点碰摩实验

实验具体内容：

（1）转子不平衡的实验演示：

通过人为的向圆盘内旋进螺钉来制造转子不平衡，如上图4。

通过电涡流传感器来得到转子中心的x和y方向的位移，并通过滤波器、信号放大器等信号处理过程后，连接到PC机上，显示出转子中心x和y方向位移信号（在时频域中）以及转子的中心轨迹。

结果如图7、8、9，这是转子转速为5241r/min时的信号图：

图7不对中情况（qí

ngkuà

ng）下x方向（fāngxià

ng）信号的频谱图

图8不对中情况（qí

ng）下y方向（fāngxià

ng）的信号

图9不对中情况（qí

ng）下转子中心的轨迹图

通过（tōngguò

）实验演示结果可以得出不平衡故障的故障（gù

zhà

ng）特征（tè

zhēng），总结如下：

a:

振动的激振频率为单一的旋转（xuá

nzhuǎn）频率（即工作频率），而无其他倍频成分，转子中心的轨迹近似为圆形（与理论相符）。

在这种情况下，我们可以看到上图的频率曲线中只在一倍频处有幅值，而时间曲线则近似为正余弦信号。

（2）转轴不对中的实验演示：

如图5，通过向支撑处加一个垫片来制造不对中。

启动转子，采集信号，得出结果如图10、11、12：

图10不对中情况（qí

图11不对中情况（qí

图12不对中时的转子中心（zhōngxīn）轨迹图

从以上三张图得出转子不对中时（zhōnɡshí

）的主要故障特征是：

以一倍频（bè

ipí

n）和二倍频为主，这从图11和图12（轴心轨迹图）可以清楚的得出来（chūlá

i），同时还会伴有三倍频、四倍频等高倍频特征。

（3）碰摩故障（gù

ng）的演示实验：

如图6，通过内旋图中支座上面的螺钉，使其与转子发生接触来制造碰摩故障（单点碰摩）。

启动转子至一定转速，然后内旋螺钉，使其与转子发生碰摩，采集信号，得出结果如下图13、14和15:

图13碰摩故障下x方向的信号

图14碰摩故障（gù

图15碰摩故障下转子（zhuà

nzǐ）中心的轨迹

从上述三张图中得出碰摩故障时的故障特征（单点碰摩）：

碰摩故障主要（zhǔyà

o）特征表现为一倍频、二倍频、三倍频和四倍频等高倍频特征，时间波形上下不对称，出现明显的截波特征。

此外（cǐwà

i）还用图3的转静碰摩实验装置演示了轴向碰摩的故障特征，结果如下图15、16和17：

图15x方向（fāngxià

图16y方向（fāngxià

图17转子的轴心（zhó

uxīn）轨迹图

结论（jié

lù

n）：

在这里，主要介绍一下三种故障（gù

ng）及其振动特征。

（1）转子（zhuà

nzǐ）不平衡（pí

nghé

ng），转子不平衡是各类旋转机械失效的常见因素。

转子不平衡包括转子系统的质量偏心和转子部件出现缺损。

转子不平衡的振动特征如下：

频率特征：

振动的激励频率为单一的旋转频率（即工作频率），而无其他倍频成分；

b:

相位特征：

在工作频率下相位稳定；

c:

转速跟踪动态特征：

在单自由度模型下，转子启动时，振幅随转速增大而增大。

临界转速时出现最大峰值（共振峰），超过临界转速时振幅逐渐减小而趋向于偏心值。

在多自由度模型下，超临界转速主要指转速在一阶和二阶共振峰之间，其振幅减小并不趋向于偏心值，而与转速及阻尼水平有关。

（2）转子不对中，它分为平行不对中、角度不对中以及二者的组合，造成转子不对中的原因有：

转子及支座安装不良；

轴承支座由不均匀膨胀引起变形；

地基下沉。

不对中的转子振动特征为：

振动的形态特征：

平行不对中主要引起转子的径向振动；

而角度不对中除了引起径向振动外，还引起轴向振动。

实际上发生的多为综合不对中，故轴向振动往往是存在不对中的一种征兆。

振动的频率特征：

转子不对中相当于在联轴器端输入某种激励。

理论及试验结果表明，对刚性联轴器及齿轮联轴器，其径向激励频率除旋转频率（由角度不对中引起），主要以旋转频率的二倍频为主，并伴有高次谐波成分。

（3）转静碰摩，转子与静子件发生碰摩有两种情况：

一种是转子在涡动过程中轴颈或转子外缘与静止部件接触引起的径向摩擦，另一种是转子在轴向与静止部件接触而引起的轴向摩擦。

摩擦振动是非线性振动，局部摩擦引起的振动频率中包含二倍频、三倍频等一些高次谐波以及次谐波振动。

重摩擦时n=2，轻摩擦时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。

内容总结

（1）信号检测与故障诊断实验报告

实验目的：

采用ZT-3转子试验台进行转子不平衡、不对中以及碰摩的实验演示，观察这三种情况下的故障信号，并总结出这三种故障对应的频谱的幅值特征以及转子轨迹

（2）临界转速时出现最大峰值（共振峰），超过临界转速时振幅逐渐减小而趋向于偏心值

（3）摩擦振动是非线性振动，局部摩擦引起的振动频率中包含二倍频、三倍频等一些高次谐波以及次谐波振动