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1、 能源动力机械转子振动故障实验教学平台能源动力机械转子振动故障实验教学平台实实 验验 指指 导导 书书编写：程道来、石编写：程道来、石 钢、纪林章、刘钢、纪林章、刘 栋、高相栋、高相龙龙上海应用技术大学上海应用技术大学北京东方振动和噪声技术研究所北京东方振动和噪声技术研究所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 二二 O O 一六年三月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 目目 录录第一章第一章 转子系统组成及测试仪器使用转子系统组成及测试仪器使用1第二章第二章 转子实验指导转子实验指导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
2、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
3、声技术研究所生产的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。型多功能柔性转子实验系统操作使用说明书改编而成。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 实验指导说明书1第一章第一章 转子系统组成及测试仪器使用转子系统组成及测试仪器使用1.1 概述概述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
4、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
5、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：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 实验系统组成实验系统组成INV1612 型多功能柔性转子实验系统主要由两部分组成，基本配置如表能源动力机械转子振动故
6、障实验教学平台 实验指导说明书 21.2 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 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
7、 个 7 台体、注油壶、导油管轴系 机械 结构8 动平衡配重钉 若干（选件） 9 光电传感器 1 套测量转速 10 电涡流传感器 2 套测量振动位移传 感 器11 振动传感器 1 套测量台体振动 二 采集分析系统 12 INV306U-5164 采集仪 1 台16 位 AD, 4 路并行硬件 13 INV 多功能滤波放大器（选件） 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）软件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 1.3.1 1 多功能滤波放大器多功能滤波放大器
8、（选件）（选件）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 31)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 1.3.2 转子实验软件转子实验软件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
9、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 4图 1.5 动平衡模块主界面 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能源动力机械转子振动故障实验教学平台 实验指导说明
10、书 51.5 仪器使用的注意事项仪器使用的注意事项1.5.1 多功能转子实验台多功能转子实验台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
11、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
12、系，及时维修或更换。1 1.5.2 传感器探头的正确安装、调整和固定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。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。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 6测量转轴径向振动时，电涡流传感器安装如图 1.
13、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 1.5.3 测试线路检测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，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
14、器档位是否正确。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 7第二章第二章 实验指导实验指导说明书说明书实验一、转子临界转速测量实验一、转子临界转速测量一、实验目的一、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：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
15、后的一段速度区间内，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 82.1.1。3.采样参数设置点击图 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
