永磁同步型磨削电主轴偏心振动分析及实验*

电主轴是将旋转主轴与电机转子集成为一体的主轴单元,结构复杂,由于加工或装配误差等原因,电主轴转子会存在着一定的偏心量,为探求由于电主轴偏心所导致的转子振动特性,建立了电主轴转子偏心模型,采用Maxwell应力张量法计算了偏心造成的不平衡磁拉力(UMP),将UMP解析式代入Jeffcott转子模型,得到了转子偏心振动方程。以某磨床的永磁同步电主轴为研究对象,利用有限元方法分析了UMP,发现作用于转子的UMP始终指向气隙最小的方向,研究了不同转速下转子在质量偏心离心力和UMP作用下的振动响应。研究结果表明,电主轴在低速运行时,UMP为转子振动的主要来源;随着转速的增加,质量偏心离心力对转子振动的影响更加明显,而UMP大小保持不变,其频率随转速增加而增大,对转子振动的作用随之减弱。对某机床厂所研发永磁同步型磨削电主轴在试运行时产生的振动问题进行了实验,对主轴振动频谱分析后判断实验电主轴存在静态偏心,测得主轴轴心轨迹对前述分析进行了验证。     

电机振动原因的“断电速查法”

一、电机振动原区分类 电机振动原因从大的方面可分为以下两类。 1.电气振动问题 电气问题引起的振动一般都是作用在转子或定子上的磁力不均衡的缘故。它们可能是由于绕组短路或开路、转子断条、相位不平衡、气隙不相等。一般来说,这些电气问题造成的振动,其振频在频谱图上常常表现为转速频率的一倍,所以类似于不平衡振动。因为只有在通电时才产生力和振动,因而这类问题是比较容易判断的。     

涡轮增压器转子系统三维动力学特性分析

针对涡轮增压器转子系统,考虑陀螺力矩、转子叶轮刚度和转轴抗扭刚度的影响,建立三维分析模型,利用有限元法进行转子系统动力特性分析.开展转子系统临界转速的分析,通过传递矩阵法模型和有限元梁单元模型校验三维模型的有效性,结果表明集总质量法在简化带有较厚轮盘的转子结构时,会减小转子结构的抗弯刚度.开展转子系统不平衡质量动力响应分析,结果显示,转子系统存在着弯扭组合振动,且弯扭组合振动表现为一种非同步的半频激振现象;随着转速的升高,转子系统的弯扭组合振动现象越趋明显;在弯扭组合振动频率附近,转子振动形式为弯扭组合振动;而在其他涡动频率下,转子振动形式为弯曲振动.     

转速对转子振动频率的影响

本文研究转速对转子振动频率的影响。首先对SOLID WORKS有限元软件进行模态分析的可靠性结果进行验证,然后计算了27种不同转速下前10阶转子振动频率,并分析其变化规律,提出使用SOLIDWORKS有限元法求解实际工程上临界转速的新方法。研究结果表明,随着转速增加,转子的振动频率将相应增加,且其增加具有非线性;随着转速的变化,转子的高阶次振动频率将发生组合和分离,其临界点发生在临界线（＂振动频率=转速对应频率＂直线）上;利用有限元法和临界线,求解实际工程临界转速的新方法比其他方法的准确性更高。     

电流变阻尼器支承的转子系统不平稳振动测试

对采用一种剪切型电流变阻尼器作为支承的刚性转子系统进行振动测试,对比分析了电流变阻尼器外加电场电压不同时转子振动的特点。在适当的电压条件下可使转子振动明显减低。研究了转子振动控制过程中由于电场电压切换所造成的转子不平稳振动的时频变化规律。在稳定运行过程中,由于电压突变使转子振动产生波动．而转速均匀升降会对这种不平稳振动起到一定的镇定作用。     

振动同步传动及其工业应用

利用振动可将运动和能量传给一个或多个带有偏心质量的转子,这种传动原理我们称它为振动同步传动。作同步运动的转子的转数通常与振动系统的频率相同。例如,固定于同一振动系数中的带有偏心质量的两台激振电动机,当它们获得同步运转之后,即使将其中的一台激振电动机的电源切断,只要满足一定的条件,停止供电的电机将由于系统的振动继续保持回转运动。本文提出了实现同步传动的同步性判据及同步状态的稳定性判据。同时,通过理论研究与试验,证明了这种新原理具有实用的价值。     

基于同步提取变换与Vold-Kalman滤波的燃机阶次跟踪方法研究

针对管道、船舶、航空等行业使用的燃气轮机转速频繁变化,难以提取振动信号中目标阶次成分的问题,对燃机振动信号阶次跟踪方法进行了研究,提出了一种基于同步提取变换与Vold-Kalman滤波的燃气轮机振动阶次跟踪方法。首先,对振动加速度信号进行了积分,得到了转子工频成分明显的振动速度信号;然后,参考同步性较差的转速数据在振动速度信号中使用同步提取变换的方法,提取了瞬时频率,即同步精确的转子工频;将振动加速度或速度信号与转子工频作为输入,利用Vold-Kalman滤波阶次跟踪方法,提取了目标阶次成分的时域波形;最后,将该方法应用于实际燃机的振动数据分析中。研究结果表明:该方法能够准确、有效地提取出燃机目标阶次时域波形,可为振动状态监测及预警提供数据支撑。     

基于振动和电流信号深度融合的电动机转速估计及轴承故障诊断

针对从单一振动信号或电流信号中估计转速精度不高的问题，提出了一种基于振动和电流信号深度融合的方法，并应用在变转速工况下电机轴承的故障诊断中。首先利用自适应调频模态分解法(ACMD)提取振动和电流信号的瞬时频率(IF)曲线；然后采用卷积-长短时记忆网络(CNN-LSTM)将2条曲线融合得到电动机转子的IF曲线和转速曲线；最后根据电动机转子的IF曲线计算累计转角曲线，采用阶次跟踪(OT)方法对振动信号进行重采样进而识别电动机故障。在变转速工况下针对开关磁阻电机轴承外圈和内圈故障的试验验证了该方法的有效性，转速估计的均方根误差低至15.5 r/min。     

现场设备诊断技术讲座第四讲 旋转机械分类诊断及常见故障判别

一、旋转机械的特点及分类诊断 旋转机械的转子系统,包括转轴及零部件。按转子的工作转速分为柔性转子和刚性转子。前者运行转速高于转子本身一阶自娠频率(即固有频率),后者运行转速低于一阶自振频率。旋转机械产生的振动信号大多是一些周期信号、准周期信号或平衡随机信号。旋转机械的故障特征频率都与转子的转速(或转频)有关,是转子的回转频率及其倍频、分频。因此,重视振     

用谱分析技术诊断汽轮机振动故障

本文介绍一台五万千瓦汽轮机振动故障的测试及分析工作。该机于1972年投运,但在1983年大修后,汽轮机前轴承座和调门油动机杠杆系统(简称调门系统)产生较剧烈振动。运行实践指出,只有降低初参数,即初温由额定的535℃降到500℃以下,负荷降到约4万千瓦,振动方可降到基本许可范围之内。为摸清振源,测试选取二个工况进行比较,即“稳定工况”和“非稳定工况”以分别呈现正常和较剧烈振动的情景。通过在轴承座和调门系统安放加速度计,测得振动电压信号,在信号处理机上。进行快速傅里叶变换处理,将信号时间序变换为频域、幅值域及时延域等来描述。从得出各类谱图中,对不同频率的振动分量分析讨论表明,在启停过程及二个测试工况运行时,轴承座的幅值功率谱中主要呈现转速同频的振动峰值,排除了油膜振荡可能性;在通过临界转速时,轴承座振幅高达0.22mm,与相邻一台同功率、相同结构和尺寸转子的机组(振动较正常)相比高约一倍,说明该转子存在较大的不平衡质量;在初温超过500℃的“非稳定工况”时,测得转速同频振动矢量变化不大,说明温度升高使转子弯度增加致振动加剧。从二个测试工况中调门系统振动表明,50Hz 转速同频的振动分量为最大,且该系统的调速器油动机装在前轴承座上,转子振动必然会传递上去。综此说明该机振动主要来自转子的不平衡质量。在大修检查中,证实转子有较严重不平衡现象,更换新转子后,振动问题已基本解决。     

高速长轴转子振动的模态分析

在调试高速实验台时发现:当转子达到第一阶临界转速时出现振动过大导致转速升不上去等问题。经过查阅国内外相关文献,提出了基于ANSYS有限元法和实验法的减少异常振动的思路和方案。首先利用ANSYS软件对实验台转子建模,获得在偏心不同情况下的一、二、三阶模态;再对实验台调试、振动测试,得到实验台转子在偏心、一阶临界转速和10000r/min三种不同工况下振动幅值和频谱。经过两种方法比较分析得出:出现实验台过临界转速时转子振幅激增、过临界转速后振幅滞留和转子降速过临界转速时临界转速值偏移这三大问题的主要原因是转子上的圆盘偏心过大所引起的,解决了在实验台转子试验时会因振动过大可能会对学生带来的安全问题。     

旋转式能量回收装置转速测量方法研究

海水淡化旋转式能量回收装置的转子转速最能直接体现装置的运转状态,但转子被外筒体完全包裹,转子转速无法直接测量。为此,对旋转式能量回收装置振动频率与转子转频进行了分析,提出了一种基于振动信号的旋转式能量回收装置转子转速测量方法。首先,通过实验采集了不同流量下装置的振动和转速数据,并且对装置振动频率与转子转频进行了分析,发现了装置振动主要频率与转子8倍转频有良好的对应关系,建立了振动主频与转子转频的关系式;然后,在此基础上研究了从振动信号中获取转频信息的信号处理与转频计算方法,包括使用小波变换消除振动信号中的基线漂移,利用包络法进行了信号解调以凸显转频信息,为了准确地计算旋转式能量回收装置转子的转速,通过振动能量估计了转频的范围;最后,为了对该转速测量方法的准确性进行验证,在实验平台上对其进行了实验。研究结果表明：在装置平稳运转状态下,该方法测量转速最大误差率为2.55%,在非平稳运转状态下的最大误差率为4.58%,能够满足在线、准确地测量旋转式能量回收装置转子转速的要求。     

适合变速转子的不平衡质径积搜索电磁轴承振动抑制

转子不可避免地存在质量不平衡是转子运行产生同步振动的主要原因。一种适合在变速条件的电磁轴承转子不平衡控制方法被提出。该方法能够自适应地搜索转子不平衡质径积的大小和方位,并以此为依据产生控制信号,抑制转子振动,强迫转子绕其几何中心旋转,提高转子的旋转精度。不平衡质径积是转子的固有特性,与转速无关。与基于不平衡力的控制方法相比较,在跟踪变速引起的不平衡力剧烈变化时,基于不平衡质径积的控制方法不需要频繁更新控制参数,只需要为克服系统非线性而调整控制参数。同时,该方法能根据振动抑制误差调节搜索步长,调和了搜索速度和控制精度的矛盾。试验表明,所述方法能够有效抑制转子的不平衡振动,并且在变转速条件下,大幅降低控制器的计算负荷,提高在快速变速、转子过临界等转子振动随转速变化较快应用场合的控制性能。     

转子径向碰摩非线性流固耦合动力学特性全自由度的动态分析

基于Jeffcott转子模型,用6自由度方法研究考虑涡轮非线性流固耦合力的转子径向碰摩动力学特性.通过响应分叉图、波形图、频谱图、轨迹、Poincaré图以及频率瀑布图分析在涡轮非线性流固耦合力作用下转子径向碰摩的动力学表现.与不考虑涡轮非线性流固耦合力相比,转子的径向碰摩的稳定运动区大大减小,转子的碰摩转速门槛值也相应降低,并且碰摩一开始系统振动就出现比较复杂的运动形式;轴向振动的频谱中明显出现了密集的超谐波群,扭转振动的频谱中则明显出现了密集的亚谐波群,这种具有混沌特征的频率成分代表了系统在碰摩力和涡轮非线性流固耦合力作用下的主要运动形式;在整个转速范围内,横向振动几乎具有单一的同步频率成分,轴向振动则表现出非常丰富的超谐波频率成分,这些频率成分主要分布于三个随转速的增加分别向三个固定的频率逼近且幅值逐渐升高的密集超谐波频带,扭转振动则在1/2倍频附近表现出丰富的亚谐波频率成分,其幅值也随转速的增加而逐渐升高.上述结论对涡轮转子系统的动力学设计和故障诊断具有重要意义.     

基于最优控制的转子不平衡补偿的研究

磁悬浮转子高速运行过程中,不平衡振动是影响其运行动态品质的主要原因,由于振幅过大、功放饱和等问题,导致系统无法继续提升转速.文中介绍了永磁偏置磁轴承的工作原理和数学模型,在零电流原则基础上,研究了一种基于最优控制的高速磁悬浮转子不平衡振动补偿的方法.仿真结果表明,该方法在转子高速运转时有效地减小了磁轴承功放的控制电流和转子的振动,提高了系统的可靠性和稳定性,为进一步提高磁悬浮转子转速创造了条件.     

第三讲 步进电动机及其驱动线路

一、概述 步进电机又称脉冲电机。它是将电脉冲讯号转换成角位移或直线位移的电磁装置。其位移量与输入脉冲严格成正比,且在时间上与输入脉冲同步。因而,只要控制输入脉冲的数量、频率及电机各相绕组的接通次序,便可获得所要求的转角、转速和转动方向等特性。 步进电机的主要特点 1.输出转角与输入脉冲严格成比例(每输入一个脉冲,就相应变换一次绕组供电的通断次序,电机转子就相应转动一步)。且在时间上与输入脉冲同步(转子速度是随输入讯号的脉冲频率而变化)。 2.转子的转动惯量小,启、停时间短,一般在讯号输入几毫秒至几十毫秒后就能使电…     

基于NLSTFT与TSA相结合的风电齿轮箱故障诊断

针对变工况风电齿轮箱振动信号存在频谱频率模糊问题,以及传统时域同步平均方法需要键相信号及转速稳定要求.提出了一种不需要键相信号可跟踪变转速振动信号瞬时频率的时域同步平均方法.该方法通过非线性短时傅里叶变换(Non-linear short-time fourier transform,NLSTFT)获取变转速齿轮箱振动信号瞬时频率曲线,积分得到瞬时相位曲线;根据瞬时相位对原始信号进行角域重采样,获得阶次信号;最后对阶次信号进行TSA处理进行齿轮故障诊断.以某机组的齿轮箱实测数据,有效地验证了所提方法在风电齿轮箱故障诊断中的有效性及工程实用性.     

高速膜片联轴器所致离心压缩机试车振动故障的诊断与处理

针对某高速离心压缩机在厂内试车出现异常振动,通过分析试车振动现象和振动图谱,得出膜片联轴器刚度差、联轴器横向振动频率接近转子转速频率、联轴器制造精度差并存在不平衡量是造成转子试车振动异常的主要原因。最终通过增加联轴器膜片组厚度来提高膜片联轴器刚度,改变原有膜片联接螺栓的安装方向,联轴器外圆打表找最佳平衡位置的方法,使压缩机试车振动达到标准。     

程控锁相技术的研究开发

旋转机械在运行过程中,由于转子不平衡(或安装不对中),都会产生程度不同的振动,这不仅影响机器的性能,缩短其使用寿命,同时,也会因振动而造成事故停产。据有关资料介绍,大约70％的振动故障是由于转子原因而引发的,因此事先解决好转子的不平衡问题以及保证转子能对中地安装在轴承上,是降低机器振动,减少故障的有效措施。本文介绍的程控锁相技术就是针对这种情况而研究开发的一种检测手段。     

转子裂纹的振动测量及诊断方法

转子裂纹是造成大型旋转机械恶性事故的重要原因之一。特别是随着旋转机械在设计和使用方面不断向大功率发展,转子承受的应力更大,工作环境更为恶劣,发生这种事故的概率有所增加。因此,研究轴裂纹的早期监测及诊断方法具有重大的经济和社会效益。 近年来,包括振动测量、监测、分析在内的旋转机械防护系统已经得到广泛的应用。防护系统要提供准确的预先报警及机械故障信息,实现最大效益,还取决于监测仪器以及对测量数据的正确说明。 一、轴裂纹检测仪器 对轴裂纹早期检测最有用的振动信号是旋转机械的横向同步响应及二次谐波,在工作转速下和每次开停机时可以监测这些信号。低转速时发出的低速转动同步信号也能提供有关的信息。以上所讨论的振动信号其频率都较低。测量转子低频振动响应最方便可选的传感器是非接触式电涡流位移探头,它可安装在机器的轴承或靠近轴承的静止部位。这些传感器测量转子、定子间的相对运动,包括转子的静位移(例如轴颈在轴承中的位置或转