原副标题：轻工业曲轴的阻尼分子内部结构讯号特点及告警

曲轴的阻尼分子内部结构与讯号特点

曲轴传动装置是三个灵活性的半导体器件，虽然内部结构和体育运动关系的原因，存有着体育运动迪雷的非附着力。图1是曲轴副的天体力学预测左图。图中O 1是开闩的支撑点，O 2是消极轮的支撑点。假设开闩以ω 1作匀加速度体育运动，A、B分别为三个回转点，则有O 1A>O 1B ，即A点的角速度V A小于B点的角速度VB。而O2A

图1 曲轴副的天体力学预测

曲轴回转的特点增益：

啮 合增益

从那个象征意义上说：曲轴传动装置的回转阻尼是无可避免的。阻尼的增益是回转增益。也是曲轴的特点增益，其计算方法如下表所示：

曲轴ii回转增益

回转增益的最上增益

其中：N为曲轴轴的输出功率（r/min）；Z为曲轴的齿数。

边 频谱

虽然传达的扭力也随著回转而出现改变，它促进作用到旋转轴上，使旋转轴出现扭振。而旋转轴上虽然键槽等非均布内部结构的存有，轴的各向减震不同，减震出现变动的周期性与轴的资金周转天数完全一致，唤起的扭振增益也就按旋转轴的转频出现变动。那个扭振对曲轴的回转阻尼造成了正弦促进作用，从而在曲轴回转增益的两端造成成以轴频为间距的边频谱。

边频谱也是曲轴阻尼的特点增益，回转的极度情况反映到边频谱，造成边频谱的分布和型态都出现出现改变。可以说，边频谱包涵了曲轴机械故障的多样信息。低温轴承

此外曲轴制造时所具有的偏心误差、周节误差、齿形误差、装配误差等，都能影响曲轴的阻尼。所以在监测低精度曲轴的阻尼时，要考虑这些误差的影响。

站在告警的实用立场上看，只要曲轴的阻尼极度超标，是有机械故障，就需要处理或更换。所以大多数情况下，并不需要辨别是哪种误差所引起，只需判定能否继续使用。1.1

用于预测性维护的曲轴传动试验台（PT500系列）

Valenian的曲轴传动试验台（PT500系列）是一种创新试验工具，用于研究机械机械故障的症状，而不会造成生产损失。采用一体化设计理念。安装在桌面上PT500约150公斤，多功能性，稳定性和易于操作。试验台的每个部件都有高精度的加工公差，因此可以在没有任何极度阻尼的情况下运行。用户可以按照自己的意愿进行操作，例如，单独使用单个机械故障，或者结合一些不同的机械故障。

PT500系列产品在市场上同类产品中应用最为广泛。它不仅能满足初学者的需要，而且能满足具有多样经验的阻尼预测人员的需要。试验台是向用户（学生）介绍预测性维修的概念和方法的有效工具，也是经验多样的技术人员升级其工作能力，并提供培训维修人员的方法。

1.2 使用PT500系列的好处低温轴承

PT500系列为用户提供了广泛的益处，例如学习查找机械故障特点和增强对预测性维护的理解。

以下是各种学习方法，以提高对阻尼预测的理解。

1.2.1 曲轴传动试验台的应用

PT500是专为复合曲轴动力学实验室研究而设计和加工的。虽然采用标准做法制造，但它不是一款商用的现成变速箱。

典型/潜在应用包括：

· 直曲轴、斜曲轴、行星曲轴预测

· 机械故障特点，如曲轴有缺齿或断裂

· 曲轴共振、噪声和轴裂纹研究

· 磨损、间隙和不对中的影响

· 曲轴偏心的影响

· 荷载效应

· 曲轴几何形状和传动比

· 曲轴运行可选任一滚动轴承

· 润滑、温度和污染的影响

· 工作挠度形变和模态预测

· 传感器安装研究和技术

PT500的设计为更换曲轴和安装必要的仪器提供了充足的空间。在各种边线上，钻孔/攻丝以便于安装各种传感器。它可以被设置为模拟单轴或双平行轴减速器/增速器。

1.2.2 PT500的功能

PT500由三个特殊的平行轴曲轴箱、行星曲轴和转子组成，转子由三个轴承壳支撑。它是专门为支持曲轴研究和教育应用而设计的。

为了使用曲轴箱，必须提供驱动和加载机构。因此，术语PT500通常指整个试验台，而不仅仅是曲轴箱。PT500基本上是根据客户规范组装的定制机器。它由以下部分或全部组成低温轴承

按要求满足顾客要求：

· 电机和变频驱动

· 用于外部PC控制速度的接线端口

· 光学速度传感器

· 圆形转子

· 开顶，平行轴曲轴箱

· 斜曲轴箱

· 行星曲轴箱

· 加载机构:

1.2.3 各种缺陷和机械故障检测的阻尼频谱附加研究

PT500试验台不仅仅是曲轴箱试验台；它每个机械部件都可以来研究常见的阻尼特点，因为它由三个轴承箱的转子所组成。

· 偏差：角度/平行

· 不平衡转子

· 机械故障轴承

· 偏心转子

· 摩擦

· 机械松动

· 软脚

· 现场动平衡研究

· 多级轴对中实践

1.2.4 学习机器状态监测和PDM的概念

不平衡质量效应与阻尼现象

不对中效应与阻尼现象

根源预测

传感器的安装边线和方法

轴偏差校正

相位测量技术

加速度计和接近传感器的使用方法

如何测量低速机器

电机电流讯号预测

1.2.5 各种应用的预测方法

机械基础设计

启机和停机试验

ODS与模态预测

电机电流和噪声频谱机械机械故障排除

转子缺陷预测维修策略与程序建模

及其对阻尼频谱影响的研究

曲轴的机械故障预测方法

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功率谱预测法

功率谱预测可确定曲轴阻尼讯号的增益构成和阻尼能量在各增益成分上的分布，是一种重要的频域预测方法。

幅值谱也能进行类似的预测，但虽然功率谱是幅值的平方关系，所以功率谱比幅值谱更能突出回转增益及其增益等线状谱成分，而减少了随机阻尼讯号引起的一些毛刺现象。低温轴承

图2 某曲轴箱的功率谱

图2为某曲轴箱的功率谱，分别用两种坐标绘出，无疑使用线性坐标效果要好得多。

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边频谱预测法

边频谱成分包涵有多样的曲轴机械故障信息，要提取边频谱信息，在频谱预测时必须有足够高的增益分辨率。当边频谱谱线的间距小于增益分辨率时，或谱线间距不均匀，都阻碍边频谱的预测，必要时应对感兴趣的频段进行增益细化预测（ZOOM预测），以准确测定边频谱间距，见图3。

a) 幅值谱；b) 细化后的边频谱

图3 工程实际应用的频谱图

一般从两方面进行边频谱预测，一是利用边频谱的增益对称性，找出 (n=1,2,3 … ) 的增益关系，确定是否为一组边频谱。如果是边频谱，则可知道回转增益ƒZ和正弦讯号增益ƒr；二是比较各次测量中边频谱幅值的变动趋势。

根据边频谱呈现的形式和间距，有可能得到以下信息：

当边频间距为旋转增益ƒr时，可能为曲轴偏心、齿距的缓慢的周期性变动及载荷的周期性市场波动等缺陷存有，曲轴每旋转一周，这些缺陷就重复促进作用一次，即这些缺陷的重复增益与该曲轴的旋转增益相完全一致。旋转增益ƒr指示出问题曲轴所在的轴。曲轴的点蚀等分布机械故障会在频谱上形成类似上述的边频谱，但其边频阶数少而集中在回转增益及其谐频的两侧（见图4）。曲轴的剥落、齿根裂纹及部分断齿等局部机械故障会造成特有的瞬态正弦，在回转增益其及谐频两侧造成一系列边带。其特点是边带阶数多而谱线分散，虽然高阶边频的互相叠加而使边频族形状各异。（见图5）。严重的局部机械故障还会使旋转增益ƒr及其增益成分增高。

图4

图5

需要指出的是，虽然边频谱成分具有不稳定性，在实际工作环境中，尤其是几种机械故障并存时，边频族错综复杂，其变动规律难以用上述的典型情况表述，而且还存有三个轴的旋转增益ƒr混合情况。但边频的总体水平是随著机械故障的出现而上升的。低温轴承

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倒频谱预测法

对于同时有数对曲轴回转的曲轴箱阻尼频谱图，虽然每对曲轴回转时都将造成边频谱，几个边频谱交叉分布在一起，仅进行增益细化预测识别边频特点是不够的。虽然倒频谱将功率谱中的增益族变换为倒频谱图中的单根谱线，其边线代表功率谱中相应增益族（边频谱）的增益间距天数（倒频谱的横坐标表示的是天数间距，即周期性天数），因此可解决上述问题。

图6是某曲轴箱阻尼讯号的频谱，图6a的增益范围为0~20kHz，增益间距为50Hz，能观察到回转增益为4.3kHz及其二次三次增益，但很难分辨出边频谱。

图6 倒频谱预测曲轴箱阻尼讯号中的边频谱

图6b的增益范围为3.5～13.5kHz，增益间距为5Hz，能观察到很多边频谱，但仍很难分辨出边频谱。图6c的增益范围进一步细化为7.5～9.5kHz，增益间距不变，可分辨出边频谱，但还有点乱。若进行倒频谱预测，如图6d所示，能很清楚地表明对应于三个曲轴副的旋转增益（85Hz和50Hz）的三个倒频分量（Ai和Bi）。

倒频谱的另三个主要优点是对于传感器的测点边线或讯号传输途径不敏感，以及对于幅值和增益正弦的相位关系不敏感。这种不敏感，反而有利于监测机械故障讯号的有无，而不看重某测点增益的大小（可能虽然传输途径而被过分放大）。低温轴承

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曲轴机械故障讯号的频域特点

均匀性磨损、曲轴径向间隙过大、不适当的曲轴游隙以及曲轴负荷过大等原因，将增加回转增益和它的增益成分幅值，对边频的影响很小。曲轴磨损的特点是，频谱上回转增益及其增益幅值都会上升，而高阶增益的幅值增加较多，如图7所示。

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图7 齿面磨损导致幅值上升趋势不均匀的分布机械故障（例如曲轴偏心、齿距周期性性变动及载荷市场波动等）将造成幅值正弦和增益正弦，从而在回转增益及其增益两侧形成幅值较高的边频谱，边带的间距增益是曲轴输出功率增益，该间距增益是与有缺陷的曲轴相对应的。值得注意的是，对于曲轴偏心所造成的边带，一般出现的是下边带成分，即 (n=1,2,3,…)，上边带出现的很少。齿面剥落、裂纹以及齿的断裂等局部性机械故障，将造成周期性性冲击脉冲，回转增益为脉冲增益所正弦，在回转增益及其增益两侧形成一系列边带，其特点是边带的阶数多而分散，见图5所示；而点蚀等分布性机械故障形成的边带，在回转增益及其增益两侧分布的边带阶数少而集中，见图4所示。这些边带随著机械故障的发展，其频谱图形也将出现变动。齿的断裂或裂纹，每当官亭镇进入回转时就造成三个冲击讯号，这种冲击可激起曲轴系统的ii或几阶自振增益。但是，曲轴固有增益一般都为高频（约在1～10kHz范围内），这种高频成分传达到曲轴箱时已被大幅度衰减，多数情况下只能在曲轴箱上测到回转增益和正弦的边频。轴承机械故障的影响，仅有曲轴回转增益的增益迅速升高，而边频的分布和幅值并无变动，甚至边频没有发育，则表明是轴承机械故障。

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