《能源动力机械转子振动故障实验教学平台》实验指导说明书 OK

1、能源动力机械转子振动故障实验教学平台 实验指导说明书 能源动力机械转子振动故障实验教学平台 实 验 指 导 书编写：程道来、石 钢、纪林章、刘 栋、高相龙上海应用技术大学北京东方振动和噪声技术研究所二O一六年三月能源动力机械转子振动故障实验教学平台 实验指导说明书 目 录第一章 转子系统组成及测试仪器使用.1第二章 转子实验指导7实验一、转子临界转速测量7实验二、转子结构对临界转速的影响11实验三、轴承座及台体振动测量14实验四、滑动轴承油膜涡动和油膜振荡17实验五、转子摩擦实验21实验六、柔性转子振型测试23实验七、转子基频、倍频和半频测试26实验八、转子启停机三维彩色谱阵分析29实验九、转

2、子轴心轨迹提纯32实验十、转子非接触测量径向振动和轴向位移34实验十一、转子动平衡实验36实验十二、三点试重法进行单面转子动平衡45实验十三、转子启停机波德图49实验十四、转子启停机转速谱阵52实验十五、转子阶次谱阵分析55实验十六、转子二维全息谱分析59实验十七、转子三维全息谱分析62实验十八、转子全息瀑布图分析65 该实验指导说明书是基于北京东方振动和噪声技术研究所生产的INV1612 型多功能柔性转子实验系统操作使用说明书改编而成。第一章 转子系统组成及测试仪器使用1.1 概述INV1612 型多功能柔性转子实验系统是高等院校、科研院所、生产部门进行柔性转子多种振动实验的实验设备。它可以

3、模拟多种旋转机械的振动情况，并可通过INV306U 数据采集系统与INV1612型多功能柔性转子系统对系统振动情况（转速、振幅、相位、位移）进行采集、测量与分析。该系统可以进行转子动平衡、临界转速、油膜涡动、摩擦振动、全息谱和非线性分岔图等实验，是一套非常适合于科研、教学和培训演示的转子实验系统。1.2 实验项目INV1612 型转子实验台，配合INV306U 采集系统及INV1612 型多功能柔性转子实验系统软件的相关模块，可完成以下实验：表1.1 实验项目基本部分选择部分转子的临界转速测量转子动平衡1转子结构形式的变化对临界转速影响三点试重法进行单面转子动平衡1轴承座及台体振动测量转子启停

4、机的伯德图2滑动轴承油膜涡动和油膜振荡转子启停机的转速谱阵2转子转动过程中摩擦引起的振动转子的阶次谱阵分析3柔性转子的振型转子的二维全息谱分析4转子振动的基频、倍频和半频转子的三维全息谱分析4转子启停机的三维彩色谱阵分析转子的全息瀑布图分析4转子的提纯轴心轨迹转子分岔图实验2非接触测量轴的径向振动和轴向位移其它有关旋转机械振动的实验注：以上所列实验为全配置系统所能完成的实验。1需要选购动平衡软件，2需要选购启停机分析软件包，3需要选购阶次分析软件包，4需要选购全息谱分析软件包。对于柔性转子振型和三维全息谱实验需要额外配置更多的涡流传感器。1.3 实验系统组成INV1612 型多功能柔性转子实验

5、系统主要由两部分组成，基本配置如表1.2 所示，系统组成如图1.1 所示：1INV1612T 型多功能柔性转子实验台及各种振动传感器2INV306U 型采集分析系统此外还可以选择INV 多功能滤波放大器，对信号进行滤波和放大处理，获得更好效果。表1.2 INV1612 系统基本配置一 柔性转子实验台轴系机械结构1 直流电机1 个额定功率:300W, 转速:010000 转/分2 数显式调速器1 台数显式3 转动轴1 套含联轴节4 油膜滑动轴承2 套含支座、油杯5 圆盘2 个，圆盘托件1 个6 传感器支架4 个测速传感器支座一个、振动传感器支座2 个及轴向位移传感器支座1 个7 台体、注油壶、导

6、油管8 动平衡配重钉 若干（选件）传感器9 光电传感器 1 套测量转速10 电涡流传感器 2 套测量振动位移11 振动传感器 1 套测量台体振动二 采集分析系统硬件12 INV306U-5164 采集仪1 台16位AD, 4 路并行13 INV 多功能滤波放大器（选件）软件14 转子实验软件15 动平衡实验软件（选件）16 旋转机械启停机分析软件（选件）17 旋转机械阶次分析软件（选件）18 旋转机械全息谱分析软件（选件）图1.1 INV1612 型多功能柔性转子实验系统1.3.1 多功能滤波放大器（选件）1)模块化，可组合实现多通道输入（2、4、6、8、16 通道）2)多功能，可实现电压，电

7、荷(或应变、ICP)输入放大、积分、抗混叠滤波处理功能。3)阻带高衰减率（>140dB/OCT）。4)宽增益。5)低通截止频率选择。6)两次积分形式选择：一次积分、二 次积分。 图1.2 调理器组合模块 7)低噪声、高精度。8)可实现隔直、过荷显示及滤波频率锁定功能。9)体积小、重量轻、使用方便。1.3.2 转子实验软件INV1612系统软件主界面如图1.3所示，点击相应按钮进入不同模块的软件，其中转子实验软件界面如图1.4所示，动平衡软件（选件）如图1.5所示，旋转机械软件（选件）如图1.6所示。 图1.3 INV1612 软件平台 图1.4 转子实验模块主界面 图1.5 动平衡模块主

8、界面 图1.6 旋转机械模块主界面1.4 实验系统硬件连接示意图INV1612 柔性转子系统硬件连接如图1.7 所示，三种传感器的外观如图1.8 所示，电机连接线如图1.9 所示，光电传感器电源及涡流前置器集成盒前面板如图1.10 所示。图1.7 柔性转子实验系统连接示意图1.5 仪器使用的注意事项1.5.1多功能转子实验台1. 在各种情况下，实验台都应保持水平放置，并避免对轴系的强力碰撞。通常要放在质量大而且坚固的桌面上，最好添加橡胶减震垫，防止由于桌面共振使实验结果出现偏差（如条件不具备也可以在地面进行实验）。2. 使用前要检查螺钉是否紧固，调速电机运行状态是否正确、运转是否平稳；3. 由

9、于实验台的轴承使用的是滑动轴承，在实验过程中要确保油杯内有足够的润滑油，禁止轴承在无润滑的情况下运行，导油槽皮管要外接盛油杯，回收剩油；4. 平时仪器应放在干燥处，保持整洁；5. 实验台的旋转轴属于精密加工部件，在每次使用实验台或搬动时，严禁在轴上施加任何力量。实验台在不使用时，要用配重盘橡胶托件垫在配重盘下，以防止转轴因重力而变形。6. 实验台的轴承支架在出厂前经过对中调整，在实验时，除需要拆卸的部件外，其他轴承支架严禁拆卸，以免影响旋转轴的性能。如需要拆卸，在安装轴时，要把轴的连接面全部插入联轴器的安装孔内。7. 进行实验时，要把油杯上方的油阀开关调整到竖直位置，实验完毕后，把开关调整到水

10、平位置。8. 在进行动平衡实验时，转子附加的配重必须拧紧或确保完全拧进转子内部，并且在转子运行过程中，转子的切线方向不得站人，以免物体飞出伤人。9. 由于不正确使用或其它原因，转轴可能发生弯曲变形，此时应立即停止使用，并请与东方所联系，及时维修或更换。1.5.2传感器探头的正确安装、调整和固定电涡流传感器：平时要妥善保管，不要磕碰传感器头；在安装传感器探头时特别要注意将探头的电缆松开，以防止扭断引线。使用和运输时，电缆应避免强烈的弯折和扭转。电涡流位移传感器探头调整：适当调整传感头部端面与转轴之间的间离，使前置器前端间隙电压与传感器证书一致。注意不能在轴旋转时调整探头间隙电压，以避免破坏探头。

11、调整完并用锁紧螺母锁紧。为了避免电磁干扰，在测量XY 图时，应使两传感器探头错开一定距离。测量转轴径向振动时，电涡流传感器安装如图1.9 所示，可在安装支架上分别安装水平和垂直方向的两个传感器。测量转轴轴向振动时，电涡流传感器安装如图1.10 所示。在调节探头与检测面之间的间隙时，受测面不能动。测速光电传感器安装调试：适当调整传感器与轴上反光纸之间的距离，大概在1cm 左右；轻轻拨动转轴观察绿色指示灯是否变化，并将紧钉螺钉拧紧。电涡流前置器与光电传感器供电电源集成在一起，彼此对应接头连接好；直接用220V 交流电源供电即可。1.5.3 测试线路检测连接好所有测试仪器并接通电源，首先调整调速器，

12、使其在低速稳定状态旋转，观察测试软件中时域波形是否正常。出现问题应首先考虑连接线问题，再检查仪器电源是否打开及仪器档位是否正确。第二章 实验指导说明书 实验一、转子临界转速测量一、实验目的1.了解转子临界转速的概念2.学习测量系统硬件操作使用及系统组建3.熟悉INV1612 型多功能柔性转子实验模块的使用4.学习转子临界转速的测量原理及方法5.观察转子在临界速度时的振动现象、幅值及相位的变化情况二、实验原理临界转速：转子转动角速度数值上与转轴横向弯曲振动固有频率相等，即：=n时的转速为临界转速。转子在临界转速附近转动时，转轴的振动明显变得剧烈，即处于“共振”状态，转速超过临界转速后的一段速度区

13、间内，运转又趋于平稳。所以通过观察转轴振动幅值-转速曲线可以测量临界转速。轴心轨迹在通过临界转速时，长短轴发生明显变化；所以通过观察轴心X-Y 图中振幅-相位变化，可以判断临界转速。转轴在通过临界转速时，振动瞬时频谱幅值明显增大；所以通过观察X、Y 向振动频谱的变化可以判断临界转速。三、实验步骤1.查看实验注意事项，做好实验的准备工作，准备实验仪器及软件。2.组建测试系统1) 抽出配重盘橡胶托件，油壶内加入适量的润滑油。2) 按照图1.1 和1.7 连接,速度传感器可不连接，检测连接是否正常。3) 运行INV1612 型多功能柔性转子实验系统软件->转子实验模块，如图2.1.1。3.采样

14、参数设置点击图2.1.1 所示设置P按钮，参照图2.1.2 所示采样和通道参数的设置来分配传感器信号的通道。采集仪的1 通道接转速（键相）信号，2 通道接水平位移X 向信号，3 通道接垂直位移Y 向信号；对于010000r/min 的转子实验装置，为兼顾时域和频域精度，一般采样频率应设置在10244096Hz 的范围较为合适；程控放大可以将信号放大，但注意不要太大，以免信号过载；X-Y(轴心轨迹)图设置中选择XY 轴对应的测量通道，用于通过轴心轨迹观察临界转速。谱阵和幅值曲线图设置中，选择X 或Y 向位移信号对应的分析通道，本次实验用于测量转速幅值曲线判断临界转速。设置完毕点击确定。本次实验中

15、，由于转轴较细，为了避免传感器磁头发生磁场交叉耦合引起的误差，所以X、Y向传感器不要安装在同一平面内。图2.1.1 转子实验模块测试界面图2.1.2 采样和通道参数设置在图2.1.1 转子实验模块测试界面左侧“数字跟踪滤波F”下拉菜单中选择不滤波或基频1X带通方式；在虚拟仪器库栏下打开转速表F7和幅值表F8，观察转速和幅值变化；在图形显示区上方设置P按钮左侧，选择测量信号显示方式：波形、频谱、XY 图、幅值等（可按热键K进行显示方式快速切换）。4.检查连线连接无误后，开启各仪器电源，点击开始按钮并同时启动转子，观察测量信号是否正常。5.数据采集：1）转速幅值曲线：将显示调到幅值K，逐渐提高转子

16、转速，同时要注意观察转子转速与振幅的变化；接近临界转速时，可以发现振幅迅速增大，转子运行噪声也加大，转子通过临界转速后，振幅又迅速变小。观察基频振幅-转速曲线，逐渐调整转速，振幅最大时即为系统的一阶临界转速。在临界转速附近运转时要快速通过，以避免长时间剧烈振动对系统造成破坏。2）X-Y 图：在数字跟踪滤波方式F选择0-1X 低通或基频1X 带通档，图形显示方式选择X-Y 图，逐渐改变转速，注意观察轴心轨迹在临界转速附近幅值、相位的变化趋势。在实验结果和分析中绘出在临界转速之前和连接转速之后的两个轴心轨迹，比较其幅值、相位的变化特性。3）频谱图：在数字跟踪滤波方式F选择不滤波或基频1X 带通档，

17、图形显示方式选择频谱；逐渐改变转速，注意观察频谱变化趋势。当过临界转速时发生共振，瞬时频谱幅值明显变大，可以判断临界转速。实验完毕，存盘。四、实验结果和分析调入实验数据，进行实验分析1. 绘出转速-幅值曲线并标出临界转速2. 绘制轴心在临界转速之前的X-Y 图3 绘制轴心在临界转速之后的X-Y 图4. 绘出频谱幅值最大时刻频谱图，并标出转速与幅值实验二、转子结构对临界转速的影响一、实验目的1.加深对转子临界转速概念的理解2.比较转子结构变化对临界速度的影响情况3.加深学习理解测量系统软、硬件的正确操作使用及测试系统的组成二、实验原理本实验原理、步骤与实验一“转子系统临界转速测量”实验原理、步骤

18、相同，都是通过检测转子过临界时的振幅、相位及频谱的变化来测量系统的临界转速。但是本实验改变了转子实验台的结构形态，使系统的临界转速发生了变化。结构变化方式：1.改变单盘转子装配位置；2.换上两个圆盘转子；重新安装固定。三、实验步骤3.1改变圆盘装配位置1.查看实验注意事项，做好实验的准备工作，准备实验仪器及软件。2.组建测试系统1) 抽出配重盘橡胶托件，油壶内加入适量的润滑油。2) 按照图1.1 和1.7 连接,速度传感器可不连接，检测连接是否正常。3) 运行INV1612 型系统软件->转子实验模块。3.采样参数设置点击设置P按钮，参照图2.2.1 所示采样和通道参数的设置来分配传感器

19、信号的通道。采集仪的1 通道接转速（键相）信号，2 通道接水平位移X 向信号，3 通道接垂直位移Y 向信号；对于010000r/min 的转子实验装置，为兼顾时域和频域精度，一般采样频率应设置在10244096Hz 的范围较为合适；程控放大可以将信号放大，但注意不要太大，以免信号过载；X-Y(轴心轨迹)图设置中选择XY 轴对应的测量通道，用于通过轴心轨迹观察临界转速。谱阵和幅值曲线图设置中，选择X 或Y向位移信号对应的分析通道，本次实验用于测量转速幅值曲线判断临界转速。设置完毕点击确定。本次实验中，由于转轴较细，为了避免传感器磁头发生磁场交叉耦合引起的误差，所以X、Y 向传感器不要安装在同一平

20、面内。在转子实验软件界面左侧数字跟踪滤波 F下拉菜单中选择不滤波或基频1X 带通方式；在虚拟仪器库栏下打开转速表F7和幅值表F8，观察转速和幅值变化；在图形显示区上方设置P按钮左侧，选择测量信号显示方式：波形、频谱、XY 图、幅值等（可按热键K进行显示方式快速切换）。图2.2.1 采样和通道参数设置4.检查连线连接无误后，开启各仪器电源，同时启动转子，观察测量信号是否正常。5.数据采集：1）转速幅值曲线：将显示调到“幅值”方式，逐渐提高转子转速，同时要注意观察转子转速与振幅的变化；接近临界转速时，可以发现振幅迅速增大，转子运行噪声也加大，转子通过临界转速后，振幅又迅速变小。观察基频振幅-转速曲

21、线，逐渐调整转速，振幅最大时即为系统的一阶临界转速。在临界转速附近运转时要快速通过，以避免长时间剧烈振动对系统造成破坏。2）X-Y 图：在数字跟踪滤波方式F选择0-1X 低通或基频1X 带通档，图形显示方式选择X-Y 图，逐渐改变转速，注意观察轴心轨迹在临界转速附近幅值、相位的变化趋势。在实验结果和分析中绘出轴心轨迹在临界转速附近幅值、相位的变化。3）频谱图：在数字跟踪滤波方式F选择不滤波或基频1X 带通档，图形显示方式选择频谱；逐渐改变转速，注意观察频谱变化趋势。当过临界转速时发生共振，瞬时频谱幅值明显变大，可以判断临界转速。实验完毕，存盘。3.2 两个圆盘转子时的临界转速测量在轴上重新安装

22、两个圆盘，并固定，重复上面测试步骤。四、实验结果和分析1. 绘出结构变化前后振幅-转速曲线2. 临界转速表表2.2.1 临界转速原结构临界转速（r/min）临 界 转 速 单盘位置变化（r/min）单盘位置变化安装双盘3. 绘制结构变化前后临界转速附近的X-Y 图4. 绘制频谱幅值最大时刻频谱图实验三、轴承座及台体振动测量一、实验目的1.观察转子在不同转速时轴承座及台体振动状况的变化2.理解结构发生“共振”时的振动情况二、实验原理转子旋转时，实验台振动形式为受迫振动，实验台受到转子旋转时持续地周期作用，台体振动频率与激振频率（即转子旋转频率）相同，振幅、相位决定于系统本身的性质（质量、刚度、粘

23、性阻尼系数）和激振力的性质（力幅、频率），而与初始条件无关。受外界激振力作用的台体运动微分方程为：结构变化方式：受外界激振力作用的台体运动微分方程为:mx+cx+kx=F0sint其系统稳态响应为：xt=Bsin(t+)式中B 受迫振动的振幅；位移滞后于激振力的相位角。激振频率B=F0m2-22+422 =arctan(-22-2)式中=c2m，=，=km所以可以知道影响振幅的因素F0 、。受迫振动的振幅B与激振力振幅F0 成正比。即 = 1- 2 2时，在 较小的情况下，振幅B 可以很大，这就是“共振”现象。共振在振动问题中占特别重要的地位。许多因振动遭到破坏的机器，有相当一部分是由于处在共

24、振状态附近运转所致。因此，各种机器（除在共振状态下工作的振动机械外）和结构，在设计时均应做振动分析，要注意在工作转速范围内应避开结构的固有频率，以免发生“共振”对结构造成大的破坏。三、实验步骤1.查看实验注意事项，做好实验的准备工作。抽出配重盘橡胶托件，油壶内加入适量的润滑油。2.按图1.1 和1.7 连接测试系统，可以不连接电涡流传感器，将配有超强磁座的速度传感器附在台体上，与调理设备或采集系统连接好。3.采样参数设置进入INV1612 型多功能柔性转子实验系统软件，选择转子实验按钮，进入转子实验模块界面。点击程序设置P按钮，参照图2.3.1 常规实验缺省的采样和通道参数的设置来分配传感器信

25、号的通道。采集仪的1 通道接转速（键相）信号，2 通道接垂直速度传感器；对于010000r/min 的转子实验装置，为兼顾时域和频域精度，一般采样频率应设置在1024096Hz 的范围较为合适；程控放大可以将信号放大，但注意不要太大，以免信号过载；图2.3.1 采样和通道参数设置在数字跟踪滤波方式F选择不滤波或0-2X 低通档；在虚拟仪器库栏下打开转速表F7和幅值表F8，转速表和幅值表都可以拖到屏幕适当的位置；显示曲线选择幅值（在曲线界面上方，可按热键K进行各种测量的快速切换）。4.检查连线连接无误后，开启各仪器电源；点击开始按钮并同时启动转子。5.数据采集：转速幅值曲线：将显示调到幅值K，逐

26、渐提高转子转速，同时要注意观察转子转动速度和振幅的变化，接近临界转速时，可以发现振幅迅速增大，转子运行噪声也加大，转子通过临界转速后，振幅又迅速变小。振幅最大时即为系统的一阶临界转速。在临界转速附近运转时要快速通过，以免剧烈振动对系统造成大的破坏。实验完毕，数据存盘。四、实验结果和分析输出转子转速幅值曲线并将转速幅值曲线中共振峰值填入表中：表2.3.1 幅值表共振峰转速幅值 实验四、滑动轴承油膜涡动和油膜振荡一、实验目的1.认识滑动轴承发生油膜涡动、油膜振荡的现象；2.观察转子发生油膜涡动、油膜振荡振动幅值和相位以及轴心轨迹的变化情况；3.分析转子系统发生油膜涡动、油膜振荡的规律及特点；4.认

27、识系统发生油膜涡动、油膜振荡的危害。二、实验原理油膜涡动：对于滑动轴承受到动载荷时，轴颈会随着载荷的变化而移动位置。移动产生惯性力，此时，惯性力也成为载荷，且为动载荷，取决于轴颈本身的移动。轴颈轴承在外载荷作用下，轴颈中心相对于轴承中心偏移一定的位置而运转。当施加一扰动力，轴颈中心将偏离原平衡位置。若这样的扰动最终能回到原来的位置或在一个新的平衡点保持不变，即此轴承是稳定的；反之，是不稳定的。后者的状态为轴颈中心绕着平衡位置运动，称为“涡动”。涡动可能持续下去，也可能很快地导致轴颈和轴承套的接触。油膜振荡：高速旋转机械的转子常用流体动压滑动轴承支承，设计不当，轴承油膜常会使转子产生强烈的振动，

28、这种振动与共振不同，它不是强迫振动，而是由轴承油膜引起的旋转轴自激振动，所以称为油膜振荡。“油膜振荡”现象可产生与转轴达到临界转速时同等的振幅或更加激烈。油膜振荡不仅会导致高速旋转机械的故障，有时也是造成轴承或整台机组破坏的原因，应尽可能地避免油膜振荡的产生。油膜振荡的特点：1.发生于转轴一阶临界转速两倍以上，其甩动方向与转轴旋转方向一致；2.一旦产生，转子的振动将剧烈增加，轴心轨迹变化范围剧烈增大，也从原来的“椭圆形”变得不稳定，呈紊乱状态；振荡产生后，转速继续增加，振动并不减少，也不易消除3.油膜振荡时，轴心涡动频率通常为转子一阶固有频率，振型为一阶振型；4.转速在一阶临界转速的两倍以下时

29、可能产生半速涡动，涡动频率为转速的一半。半速涡动的振幅较小，若再提高转速则会发展成为油膜振荡，半速涡动通常在高速轻载轴承情况下发生；5.转子速度降低时，油膜振荡常常在其开始出现的转速以下仍继续存在，至转速降低到一定程度之后油膜振荡才消失，即：升速时产生油膜振荡的转速与降速时油膜振荡消失的转速不相同，这种现象人们称为“惯性效应”。 发生油膜涡动和油膜振荡时的典型轴心轨迹如图2.4.1 和图2.4.2 所示。三、实验步骤1.查看实验注意事项，做好实验的准备工作。抽出配重盘橡胶托件，油壶内加入适量的润滑油。2.按实验仪器使用说明书连接测试系统：电涡流传感器的前置器由-24V 直流电源供电。电涡流传感

30、器的感应面与被检测物体的表面距离应在1mm 左右，使间隙电压调整到检定证书中的标准值。连接传感器、抗混滤波器、INV306U 数据采集仪及计算机DASP 测试软件。3.采样参数设置进入INV1612 型多功能柔性转子实验系统的转子实验模块：选择转子实验按钮，进入转子实验模块界面。点击程序设置P按钮，参照图2.4.3 常规实验缺省的采样和通道参数的设置来分配传感器信号的通道。采集仪的1 通道接转速（键相）信号，2 通道接水平位移X 向信号，3 通道接垂直位移Y 向信号；对于010000r/min 的转子实验装置，为兼顾时域和频域精度，一般采样频率应设置在10244096Hz 的范围较为合适；程控

31、放大可以将信号放大，但注意不要太大，以免信号过载；X-Y 轴心轨迹图设置在转轴同一位置的水平和垂直两个位移测点（实验中，因为转轴较细，为了避免传感器磁头发生磁场交叉耦合引起的误差，所以X、Y 向传感器不要安装在同一平面内）。图2.4.3 采样和通道参数设置在数字跟踪滤波方式F选择0-1X 低通或0-2X 低通。如选择0-2X 低通滤波将观察到更有趣味油膜振荡现象；在虚拟仪器库栏下打开转速表F7和幅值表F8，转速表和幅值表都可以拖到屏幕适当的位置；图谱曲线选择X-Y（在曲线界面上方，可按热键K进行各种测量的快速切换）。4.检查连线连接无误后，开启各仪器电源；点击开始按钮并同时启动转子。5.数据采

32、集：1）X-Y 图：将显示调到X-Y 图方式，逐渐提高转子转速，同时要注意观察转子转动速度和振幅的变化，接近临界转速时，可以发现振幅迅速增大，转子运行噪声也加大，转子通过临界转速后，振幅又迅速变小，由此可大致确定转子系统基频所在转速区间，系统临界转速大约在3000r/min 左右。继续升高转速，观察轨迹变化，当转速大约升至临界转速的两倍左右时，转子的振动剧烈增加，轴心轨迹也从原来的“椭圆型”变为双椭圆型，如图2.4.1 所示，此时的现象表明转子系统发生油膜涡动，记录发生涡动的转速；继续提高转速，轴心轨迹变得更加紊乱，并且很不稳定，如图2.4.2 所示，此时表明油膜振荡开始发生，记录转速；观察基

33、频、半频振幅-转速曲线，逐渐调整转速，基频振幅最大时即为系统的一阶临界转速。半频出现最值是为涡动现象；在临界、涡动转速附近运转时要快速通过，以避免长 时间剧烈振动对系统造成大的破坏。2）幅值-转速曲线图：改变软件设置，选择幅值，查看在经过临界转速和油膜涡动时基频幅值和半频幅值的变化。在临界转速处，基频振幅出现共振峰，而在油膜涡动和油膜振荡处，半频幅值出现峰值，说明油膜涡动的一个重要特点是出现明显的半频成分。3）阶次频谱：将显示方式调到频谱，再将左侧频谱分析中阶次标注位置选上。通过观察1/2X倍频的变化可以判断油膜涡动现象。实验完毕，数据存盘。四、实验结果和分析1. 油膜涡动、振荡-转速关系表表

34、2.4.1 油膜涡动、振荡-转速关系升速过程降速过程发生(r/min)消失(r/min)发生(r/min)消失(r/min)涡动 油膜振荡2. 绘制涡动时轴心轨迹图3. 绘制油膜振荡时轴心轨迹图4. 绘制涡动时频谱图，并标注基频、半频及对应幅值实验五、转子摩擦实验一、 实验目的1.模拟转子由于摩擦引起的振动现象；2.观察振动情况及其特性。二、实验原理实验主要模拟电机、汽轮机、压缩机的转子在旋转过程中动、静部分由于摩擦产生的振动。实验使用摩擦杆，摩擦杆前端有耐摩塑料，在需要的转速下用摩擦杆轻轻碰转轴，从轴心轨迹上可以观察到摩擦对转动情况的影响。三、实验步骤1.查看实验注意事项，做好实验的准备工作

35、。抽出配重盘橡胶托件，油壶内加入适量的润滑油。2.按实验仪器使用说明书连接测试系统：实验台提供了一个摩擦杆支撑架，摩擦杆安装在支撑架上，塑料头要离转轴一定距离。3.采样参数设置进入INV1612 型多功能柔性转子实验系统,选择转子实验按钮，进入转子实验模块界面。点击程序设置P按钮，参照图2.5.1 常规实验缺省的采样和通道参数的设置来分配传感器信号的通道。采集仪的1 通道接转速（键相）信号，2 通道接水平位移X 向信号，3 通道接垂直位移Y 向信号；对于010000r/min 的转子实验装置，为兼顾时域和频域精度，一般采样频率应设置在10244096Hz 的范围较为合适；程控放大可以将信号放大

36、，但注意不要太大，以免信号过载；X-Y 轴心轨迹图设置在转轴同一位置的水平和垂直两个位移测点（实验中，因为转轴较细，为了避免传感器磁头发生磁场交叉耦合引起的误差，所以X、Y 向传感器不要安装在同一平面内）。在数字跟踪滤波方式F选择不滤波或0-2X 低通档；在虚拟仪器库栏下打开转速表F7和幅值表F8，转速表和幅值表都可以拖到屏幕适当的位置；图谱曲线选择轴心X-Y（在曲线界面上方，可按热键K进行各种测量的快速切换）。图2.5.1采样和通道参数设置4.检查连线连接无误后，开启各仪器电源；点击开始按钮并同时启动转子。5.数据采集：轴心XY 曲线：将显示调到X-Y 图，点击开始按钮开始数据测试并同时启动

37、转子，逐渐提高转子转速，根据转速表读取转速，在需要的转速下(为避免共振的影响，转速不要选在临界转速和油膜涡动转速附近，而可以选择振动稳定的转速下，如2000r/min)，轻轻旋转摩擦杆，使摩擦杆前端塑料头轻轻碰到转轴上（不能太大力，防止塑料头与转轴剧烈摩擦），对比轴心轨迹的变化情况。实验完毕，数据存盘。四、实验结果和分析1. 绘制正常工况（无摩擦）下的轴心轨迹图2. 绘制有摩擦工况下的轴心轨迹图六、柔性转子振型测试一、实验目的1. 了解轴系挠度曲线与转子转速变化关系2. 观察转子在临界速度时的振动现象，振动幅值的变化情况3. 测出临界转速下柔性转子的一阶振型4. 测出临界转速下柔性转子的二阶振

38、型（选作）二、实验原理当转子系统的支承为各向同性时，若不计阻尼，对于轴对称的转子弯曲振动时轴的挠度曲线是平面曲线，轴线上各点涡动轨迹是一些不同半径的圆周。因此，只要分析转子在通过轴线一个平面内的横向弯曲振动模态，就可以得到转子系统的临界转速和相应的振型。三、实验步骤1、硬件连接1)电涡流传感器的安装将电涡流传感器按照INV1612 型多功能柔性设置图2.6.3 中的振型实验缺省值中传感器安装位置，按轴线方向均匀分布安装传感器。2)按照电涡流传感器的安装说明将连接线与电源、前置器等设备连接。3)取下台体上圆盘托件；然后检查油杯中的油、固定锁紧装置是否拧紧及硬件之间连接是否正常。2、参数设置1)

39、进入INV1612 型多功能柔性转子实验模块，点击设置按钮进行参数设置；点击 振型实验缺省值（S）按扭，所有参数设定为缺省状态。同样也可以进行自定义状态设置所有参数。2) 标定值设置标定值表示为每个单位的振动量对应的电压量。DASP 参数设置表中的标定值K 为：K=KCH×Kj×1000 (mV/U)KCH: 传感器的灵敏度（ V/U）；Kj: 放大器增益（ 如果使用抗混滤波放大器）；图2.6.3 参数设置3、数据采集1) 启动电机，使转子处于低速旋转2) 点击转子实验中的 开始 按钮进行数据采集匀速调节电机的调速旋钮，并观察转子系统振型的变化。当达到第一阶临界转速时，一阶

40、振型出现，将所测信号存盘。3)将转速降到最低转速，关闭转子系统的电源；待转子完全停止旋转时，再将圆盘托件加到圆盘下面支撑。四、实验结果和分析点击调盘按钮，将所测信号调出进行数据分析，记录一阶振型出现时的转速及各点的振动幅值并填入数据表格中。表2.6.1 幅值表Ch1Ch2Ch3转速振幅绘制振型曲线：实验七、转子基频、倍频和半频测试一、实验目的1、观察转子系统在旋转过程中频谱特性2、了解基频、半频及倍频对转子振动系统的幅值影响二、实验原理转子故障特征分析中，可以通过基频、半频及倍频等频谱成分来区分转子系统的故障。所以本实验对分析转子故障特性有很好的指导意义。三、实验步骤1、硬件连接1)电涡流传感

41、器的安装将电涡流传感器按照INV1612 型多功能柔性设置中的常规实验缺省值中传感器安装位置安装传感器。将传感器1 安装在1 号位置测量转速，再将2、3 传感器分垂直和水平方向安装于转子支架上，用于测量x、y 方向的振幅。2)按照电涡流传感器的安装说明将连接线与电源、前置器等设备连接。3)取下台体上圆盘托件；然后检查油杯中的油、所有固定锁紧装置是否拧紧及硬件之间的线路连接是否正常。2、 INV1612 型多功能柔性参数设置1）将采样参数设置为适当数值，通道数为3，选好工程单位，设置标定值。图2.7.1 参数设置2）、将显示类型调到频谱显示，并将频谱分析中的阶次标注等参数设置如图2.7.2 所示

42、。图2.7.2 频谱图3、数据采集1）、点开始按钮，并匀速调节电机调速旋钮，观察频谱的变化2）、将转速调到10000 转后，将所测数据存盘；3）、将转子转速降到最低，关闭电源；再将圆盘托件加到圆盘下面支撑。四、实验结果和分析将数据调盘，记录XY 向临界前某转速、一临界、半频油膜涡动及涡动后某转速的基频、倍频和半频的幅值，并填入数据表中。表2.7.1振动幅值数据表临界前一临界半频涡动涡动后1/2X 倍频基频2X 倍频五、实验结论：分析频率成分出现的故障原因：实验八、转子启停机三维彩色谱阵分析一、实验目的1、学习识别INV1612 型多功能柔性中三维彩色谱阵图形2、学会从三维谱阵图形中识别振动系统

43、的特性二、实验原理三维谱阵含有丰富的振动信息，可以从中得到基频及谐波频率的关系，不同时刻的谐波频率的振动量。识别随时间变化的彩色谱阵，如图2.8.1 所示，此图显示了转子系统在一次升速过程中的时间谱阵，其中与转速成正比的谱峰形成的一条条斜线就是基频和各倍频成分，最左边一条为基频，向右依次为2 倍频、3 倍频，在基频成分中幅值最大的位置处表明临界转速的位置。而在大约2 倍临界转速的位置，如在基频成分的左边出现1/2 倍频（半频）成分，表明有油膜涡动发生。图2.8.1 识别三维谱阵中的典型信息三、实验步骤1、硬件连接1)电涡流传感器安装将电涡流传感器按照INV1612 型多功能柔性转子系统转子实验

44、模块设置，如图2.8.2 中的常规实验缺省值中传感器安装位置，安装电涡流传感器。将传感器1 安装在1 号位置测量转速，再将2、3 传感器分垂直和水平方向安装于转子支架上，用于测量x、y 方向的振幅。图2.8.2 参数设置2) 按照电涡流传感器的安装说明将连接线与电源、前置器等设备连接。3) 取下台体上圆盘托件；然后检查油杯中的油、所有固定锁紧装置是否拧紧及硬件之间的线路连接是否正常。2、INV1612 型多功能柔性参数设置1) 进入INV1612 型多功能柔性转子实验系统,选择转子实验按钮，进入转子实验模块界面。2) 将采样参数设置为适当数值，通道数为3；并将谱阵和幅值曲线图设置分析通道设为2

45、 或3。3) 将波形显示类型选为谱阵3、数据采集1）启动电机，使转子系统在低速状态下旋转2）点击开始按钮进行数据采集；然后，匀速调节电机调速旋钮，观察三维谱阵的变化趋势。3）重新采样，合理掌握调速时间，使升降速过程的谱阵图形正好充满一屏。实验完将数据存盘。四、结果和分析将设置中分析通道设置为需要分析的通道，再将实验数据调盘，从三维谱阵中标出启停过程，最高振幅的转速、幅值及半频出现时间、转速。表2.6.1 启停机转速表启动过程停机过程最大振幅转速最大振幅转速半频出现转速半频出现转速三维谱阵图形标注：要求：指出基频、倍频等高次谐波并标出过一临界点、半频涡动位置实验九、转子轴心轨迹提纯一、实验目的1

46、. 观察轴心轨迹随转速的变化趋势2. 观察和对比不同带通滤波后，轴心轨迹的变化趋势二、实验原理通常转子轴心轨迹提纯是指提取基频的轴心轨迹，即对信号的基频成分进行带通滤波，即基频1X 带通滤波，仅仅保留基频成分；但本实验中为让大家对转子轴心轨迹有更深入的认识，可以根据选择不同形式的数字滤波方式，可得到不同的提纯轴心轨迹特征。三、实验步骤1、硬件连接1）电涡流传感器的安装将电涡流传感器按照INV1612 型多功能柔性设置中，如图2.9.1 的常规实验缺省值中传感器安装位置，安装电涡流传感器。将光电传感器安装在电机侧面支架位置测量转速，再将2、3 传感器分垂直和水平方向安装于转子支架上，用于测量XY

47、 方向的振幅。2）按照电涡流传感器的安装说明将连接线与电源、前置器等设备连接。图2.9.1 参数设置3）取下台体上圆盘托件；然后检查油杯中的油、所有固定锁紧装置是否拧紧及硬件之间的线路连接是否正常。2、INV1612 型软件参数设置进入INV1612 型多功能柔性转子实验系统,选择转子实验按钮，进入转子实验模块界面。在转子实验模块中：首先点击设置，进入采样参数设置中,如图2.9.1。完成参数设置。3、数据采集1）、启动电机，匀速调节电机调速旋钮，使转速匀速上升，直至约2000r/min 的转速时，使其稳定运转；点击波形显示中的X-Y 图2）在“数字跟踪滤波F”栏分别选择“不滤波”和“基频1X

48、带通”，观察轴心轨迹图的不同。3）、选择“不滤波”方式，然后继续升高转速，直到油膜涡动发生，此时分别选择“不滤波”、“基频1X 带通”、“01X 低通” 和“02X 低通”滤波方式，观察不同滤波方式下轴心轨迹的不同；点击存盘，存储数据。注意：不要长时间使转子处于油膜涡动状态，以免损坏系统。四、实验结果和分析调出数据，通过选择不同的数字跟踪滤波方式，观察转子系统在2000r/min 左右和油膜涡动发生时的转速下，不同滤波方式得到的轴心轨迹特性。1 绘制2000r/min 时的“不滤波”方式下的轴心轨迹：2 绘制2000r/min 时的“基频1X 带通”方式下的轴心轨迹：3 绘制油膜涡动时的“不滤

49、波”方式下的轴心轨迹：4 绘制油膜涡动时的“基频1X 带通”方式下的轴心轨迹：5 绘制油膜涡动时的“01X 低通”方式下的轴心轨迹：6 绘制油膜涡动时的“02X 低通”方式下的轴心轨迹：实验十、转子非接触测量径向振动和轴向位移一、实验目的1、 学习使用非接触式传感器的测量2、观察测试某转速下轴系转子时域波形及轴向振动量二、实验原理在旋转机械系统中，由于被测对象常常是旋转部件，因此非接触式振动测量技术非常重要，对于轴系一般包括一个转速测量和三个方向的振动测量，即水平径向振动、垂直径向振动和轴向振动。由水平和垂直的径向振动可以合成轴心轨迹图。对于转速测量可以使用光电传感器对准转动部件上的反光纸，每

50、旋转一周即可输出一个脉冲信号，以此计算转速。本实验中使用光电传感器测量转速，除此之外也可以使用电涡流传感器对准轴上的键槽或齿轮，同样在旋转一周时获得一个或者多个脉冲信号。振动测量则常常使用电涡流传感器，沿半径方向对准被测轴即可测得轴在旋转过程中的振动位移，沿轴向则可测量轴在旋转过程中的轴向位移，一般也可对轴上的固定圆盘的侧面进行轴向位移的测量，如图1.9 和1.10 所示。三、实验步骤1、硬件连接1) 电涡流传感器的安装将光电传感器安装在电机侧面支架位置测量转速，再将两涡流传感器一只安装在支架上测量轴径向振动；另一只涡流传感器安装在平行轴系方向的转子支架上测量圆盘轴向振动，如图2.10.1 所

51、示，其中径向测量的电涡流传感器安装如图1.9 所示，轴向测量的电涡流传感器安装如图1.10 所示。2) 按照电涡流传感器的安装说明将连接线与电源、前置器等设备连接。3) 取下台体上圆盘托件；然后检查油杯中的油、所有固定锁紧装置是否拧紧及硬件之间的线路连接是否正常。图2.10.1 安装径向和轴向测量的传感器2、INV1612 型软件参数设置进入INV1612 型多功能柔性转子实验系统,选择转子实验按钮，进入转子实验模块界面。点击参数设置，进行参数设置；如图2.10.2 所示。将采样参数设置为适当数值。其中Ch1 连接光电传感器测量转速，Ch2 连接径向测量的电涡流传感器，Ch3 连接轴向测量的电

52、涡流传感器。图2.10.2 参数设置3、数据采集1) 启动电机，使转子系统在低速状态下旋转2) 点击开始按钮启动测试软件，匀速调节电机调速旋钮，使转速匀速上升；选择“波形”显示方式；3) 实验完毕；点击存盘，存储数据。四、实验结果和分析调出数据，观察转子系统的时域振动波形。记录径向和轴向时域波形振动幅值。表2.10.1 幅值表转速径向峰值轴向峰值实验十一、转子动平衡实验一、实验目的1.理解引发转子不平衡的机理；2.理解转子进行动平衡的原理；3.学习单面、多面转子动平衡的方法；4.认识系统不平衡引起的危害二、影响系数法进行动平衡测量的原理当转子系统的转速低于一临界转速时，可以将转子简化看为刚性转

53、子，即进行刚性转子的动平衡实验，而当转子系统的转速高于一临界转速时，则可以看作柔性转子。对于INV1612 型转子实验台，安装一个圆盘时，其一临界转速大约在30004000r/min 的范围内，若使其稳定于2000r/min 时可视为刚性转子，若使其稳定于5000r/min 时可视为柔性转子。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V10 、V20 、V30 、Vn0 。第二次，在第1 面加试重1 Q （矢量），测得各个平面的振动矢

54、量为V11 、V21 、V31 、Vn1 。第三次，卸掉以前所加试重，在第2 个面加试重2 Q （矢量），测得各个平面的振动矢量为V12 、V22 、V32、Vn2 。第n1 次，卸掉以前所加试重，在第n 个面加试重n Q （矢量），测得各个平面的振动矢量为V1n、V2n、V3n、Vnn 。每次所加试重大小参照以下公式确定：m=150MGnrm单位为克，其中：r 为半径，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 P1、P2 、Pn （矢量），由下面复数方程组求解：V11-V10Q1P1+V21-V20Q2P2+Vn1-Vn0QnPn=-V10V12-V10Q1P1+V22-V20Q2P2+Vn2-Vn0QnPn=-V20 V1n-V10Q1P1+V2n-V20Q2P2+Vnn-Vn0QnPn=-Vn0式中各量都为矢量。相位角以和转子转动方向相同的为正。在进行动平衡试验时，建议传感器信号经过抗混滤波器，以减少混迭的影响，增加不平衡量的测试精度。三、实验步骤1、硬件连接检查转子实验台、安装传感器、连接测试实验仪器，做好实验的准备工作。传感器数量根据所要做动平衡的面数来决定。键相信号传感器必须接到INV306U 数据