旋转机械振动的基本特性 (DEMO)
(完整版)旋转机械振动标准
旋转机械振动标准
本标准适用的旋转机械主要指离心鼓风机、压缩机、蒸汽涡轮机、燃气涡轮机、汽轮发电机组、以及电动机和泵等。
旋转机械分类：
I类：为固定的小机器或固定在整机上的小电机，功率小于15KW
U类：为没有专用基础的中型机器，功率为15~75KW刚性安装在专用基础上功率小于300KW的机器。
川类：为刚性或重型基础上的大型旋转机械，如透平发电机组。
W类：为轻型结构基础上的大型旋转机械，如透平发电机组。
机械振动评价等级：
好：振动在良好限值以下，认为振动状态良好。
满意：振动在良好限值和报警值之间，认为机组振动状态是可接受的（合格），可长期运行。
不满意：振动在报警限值和停机限值之间，机组可短期运行，但必须加强监测并采取措施。
不允许：振动超过停机限值，应立即停机。
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旋转机械轴承温升标准
轴承的正常温度因机器的热容量、散热量、转速及负载而不同，除设备说明书上特别要求以外，旋转机械运转达到稳定状态后应符合以下标准：
1、使用润滑脂的轴承，轴承温度w 55C，最大不能超过80C。
2、使用稀油润滑的轴承，轴承温度w 65C，最大不能超过90C。
以上标准是以输送常温介质为基础制定的，如果介质温度较高可根据实际情况相应变动。
旋转机械常见振动故障及原因分析
旋转机械常见振动故障及原因分析旋转机械是指主要依靠旋转动作完成特定功能的机械，典型的旋转机械有汽轮机、燃气轮机、离心式和轴流式压缩机、风机、泵、水轮机、发电机和航空发动机等，广泛应用于电力、石化、冶金和航空航天等部门。
大型旋转机械一般安装有振动监测保护和故障诊断系统，旋转机械主要的振动故障有不平衡、不对中、碰摩和松动等，但诱发因素多样。
本文就旋转设备中，常见的振动故障原因进行分析，与大家共同分享。
一、旋转机械运转产生的振动机械振动中包含着从低频到高频各种频率成分的振动，旋转机械运转时产生的振动也是同样的。
轴系异常（包括转子部件）所产生的振动频率特征如表1。
二、振动故障原因分析1、旋转失速旋转失速是压缩机中最常见的一种不稳定现象。
当压缩机流量减少时，由于冲角增大，叶栅背面将发生边界层分离，流道将部分或全部被堵塞。
这样失速区会以某速度向叶栅运动的反方向传播。
实验表明，失速区的相对速度低于叶栅转动的绝对速度，失速区沿转子的转动方向以低于工频的速度移动，这种相对叶栅的旋转运动即为旋转失速。
旋转失速使压缩机中的流动情况恶化，压比下降，流量及压力随时间波动。
在一定转速下，当入口流量减少到某一值时，机组会产生强烈的旋转失速。
强烈的旋转失速会进一步引起整个压缩机组系统产生危险性更大的不稳定气动现象，即喘振。
此外，旋转失速时压缩机叶片受到一种周期性的激振力，如旋转失速的频率与叶片的固有频率相吻合，将会引起强烈振动，使叶片疲劳损坏造成事故。
旋转失速故障的识别特征：1）振动发生在流量减小时，且随着流量的减小而增大；2）振动频率与工频之比为小于1X的常值；3）转子的轴向振动对转速和流量十分敏感；4）排气压力有波动现象；5）流量指示有波动现象；6）机组的压比有所下降，严重时压比可能会突降；7）分子量较大或压缩比较高的机组比较容易发生。
2、喘振旋转失速严重时可以导致喘振。
喘振除了与压缩机内部的气体流动情况有关，还同与之相连的管道网络系统的工作特性有密切的联系。
机械振动特性及控制方法
机械振动特性及控制方法机械振动是指机械系统受到外力或内部结构变化作用而发生的周期性或非周期性的运动。
在机械系统中，振动常常导致机械零件的损耗和破坏，造成安全事故，甚至影响机械系统性能。
因此，机械振动特性和控制方法成为机械工程和控制工程中的重要研究领域。
一、机械振动特性机械振动特性是描述机械系统振动运动的基本特性。
机械振动特性涵盖的内容包括机械振动的类型（自由振动和强迫振动）、振动频率、振动幅值、振动速度、振动加速度、振动相位等。
通过对机械系统振动特性的分析，可以深入了解机械系统的工作状态和性能。
二、机械振动的控制方法机械振动的控制方法是指通过对机械系统的结构、材料、传动等方面进行调整，或者通过对机械系统进行振动控制，来减少或消除机械振动的影响，保证机械系统的正常运转。
机械振动的控制方法主要包括结构控制、材料控制、传动控制、主动振动控制等。
1.结构控制结构控制是指对机械系统的结构进行改变，以消除或减小机械振动的影响。
结构控制的方法包括：增加机械系统的刚度、减少质量、调整机械系统的自然频率和阻尼比等。
这些措施能够消除或降低机械系统的振动响应，提高机械系统的工作效率和可靠性。
2.材料控制材料控制是指对机械系统使用的材料进行选择和改变，以减小或消除机械振动的影响。
材料控制的方法包括：选择高强度、高刚度、低密度、高阻尼材料等。
这些材料能够降低机械系统的振动响应和振动能量，提高机械系统的可靠性和寿命。
3.传动控制传动控制是指改变机械系统的传动方式和结构，以减小或消除机械振动的影响。
传动控制的方法包括：改变齿轮传动的齿数、改变机械系统的调整方式、引入弹性元件等。
这些方法能够有效地降低机械系统的振动响应和振动能量，提高机械系统的稳定性和可靠性。
4.主动振动控制主动振动控制是指通过对机械系统进行控制，使机械系统受到的振动力得到控制，并应用反馈控制来调整机械系统的振动状态。
主动振动控制的方法包括：使用机械动态控制器、使用电磁控制器、使用液压控制器等。
转动机械振动标准
转动机械振动标准转动机械振动是指机械在运行过程中产生的振动现象，它是机械设备正常运行的表现，但过大的振动会影响机械设备的正常运行，甚至会导致设备的损坏。
因此，对于转动机械振动的标准化管理显得尤为重要。
首先，我们需要了解转动机械振动的特点和影响。
转动机械振动的特点主要包括频率、幅值和相位三个方面。
频率是指振动的周期性，幅值是指振动的大小，相位是指振动的相对位置。
这些特点直接影响着机械设备的运行状态和性能表现。
过大的振动会导致机械设备的磨损加剧，甚至会引发设备的故障，严重影响设备的安全性和稳定性。
其次，需要建立转动机械振动的标准化管理体系。
标准化管理体系包括振动监测、分析、评估和控制四个方面。
振动监测是指通过振动传感器对机械设备的振动进行实时监测，获取振动数据。
振动分析是指对振动数据进行分析，识别振动的类型、频率和幅值等特征。
振动评估是指根据振动分析结果，评估机械设备的运行状态和振动对设备的影响程度。
振动控制是指根据振动评估结果，采取相应的控制措施，减小振动对设备的影响，确保设备的安全运行。
在建立标准化管理体系的基础上，需要制定转动机械振动的相关标准和规范。
这些标准和规范包括振动限值、振动监测要求、振动分析方法、振动评估标准和振动控制措施等内容。
通过制定标准和规范，可以统一振动管理的要求，提高振动管理的水平，确保设备的安全运行。
除了建立标准化管理体系和制定相关标准和规范外，还需要加强对转动机械振动的监督和检查。
通过定期对机械设备的振动进行检测和评估，及时发现和解决振动异常问题，确保设备的安全运行。
同时，还需要加强对振动监测设备和技术的研发和应用，提高振动监测的准确性和可靠性。
总的来说，转动机械振动标准的制定和管理对于保障机械设备的安全运行和延长设备的使用寿命具有重要意义。
只有通过建立标准化管理体系、制定相关标准和规范，加强监督和检查，才能有效地控制转动机械振动，确保设备的安全运行，提高设备的可靠性和稳定性。
机械振动基本概念与特性
机械振动基本概念与特性一、引言机械振动是指物体在作用力下发生周期性的来回运动。
它是机械工程中的重要研究领域，对于设计和优化机械系统具有重要意义。
本文将介绍机械振动的基本概念与特性，以帮助读者更好地理解和应用振动学知识。
二、振动的基本概念1. 振动的定义振动是指物体相对于平衡位置以一定频率和幅度进行的周期性来回运动。
振动的频率表示单位时间内振动的次数，通常用赫兹（Hz）来表示。
振动的幅度则表示物体离开平衡位置的最大偏移量。
2. 振动的周期与频率振动的周期是指物体完成一次完整振动所需的时间，通常用秒（s）来表示。
频率则是指单位时间内振动的次数，其倒数即为周期的倒数。
频率和周期之间的关系可以用公式f=1/T表示，其中f表示频率，T表示周期。
3. 振动的幅度与振幅振动的幅度是指物体相对于平衡位置的最大偏移量。
振幅则是指振动的幅度的绝对值，即振动的最大偏移量的正值。
三、振动的特性1. 振动的阻尼振动的阻尼是指振动系统受到的阻力或摩擦力的影响，导致振动能量逐渐减小。
阻尼可以分为无阻尼、欠阻尼和过阻尼三种情况。
无阻尼指振动系统没有受到任何阻力或摩擦力的影响，振动能量保持不变。
欠阻尼指振动系统受到一定阻力或摩擦力的影响，但振动能量仍然保持在一定范围内。
过阻尼指振动系统受到较大的阻力或摩擦力的影响，振动能量迅速减小，振动过程较为缓慢。
2. 振动的共振共振是指振动系统在受到外力作用下，振幅不断增大的现象。
当外力的频率与系统的固有频率相等或接近时，共振现象最为明显。
共振可以使振动系统的能量传递更加高效，但也可能导致系统的破坏。
3. 振动的谐振谐振是指振动系统在受到外力作用下，振幅达到最大的状态。
当外力的频率与系统的固有频率完全相等时，谐振现象最为明显。
谐振可以使振动系统的能量传递更加高效，但也可能导致系统的破坏。
四、应用与展望机械振动的研究在许多领域都有重要的应用，如机械工程、航空航天、汽车工程等。
通过对振动特性的研究，可以优化机械系统的设计，提高系统的稳定性和工作效率。
第二章旋转机械振动分析基础
第⼆章旋转机械振动分析基础第⼆章旋转机械振动分析基础振动在设备故障诊断中占了很⼤的⽐重，是影响设备安全、稳定运⾏的重要因素。
振动⼜是设备的“体温计”，直接反映了设备的健康情况，是设备安全评估的重要指标。
⼀台机组正常运⾏时，其振动值和振动变化值都应该⽐较⼩。
⼀旦机组振动值变⼤，或振动变的不稳定，都说明设备出现了⼀定程度的故障。
第⼀节振动分析的基本概念振动是⼀个动态量。
图2.1所⽰是⼀种最简单的振动形式——简谐振动，即振动量按余弦或正弦函数规律周期性地变化，可以写为()?ω+=t A y sin （3-1）f πω2=；T f 1= 试中，y 振动位移；A 振动幅值，反映振动的⼤⼩；?振动相位，反映信号在t=0时刻的初始状态；ω为圆频率；f 为振动频率，反映了振动量动态变化的快慢程度；T 为周期。
图2.1简谐振动波形图2.2给出了三组相似的振动波形：图2.2（a ）为两信号幅值不等，图2.2（b ）为两信号相位不等，图2.2（c ）为两信号频率不等。
可见，为了完全描述⼀个振动信号，必须知道幅值、频率和相位这三个参数，⼈们称之为振动分析的三要素。
（a）幅值不等；（b）相位不等；（c）频率不等图2.2 三组相似的振动波型简谐振动时最简单的振动形式，实际发⽣的振动要⽐简谐振动复杂的多。
但是根据付⽴叶变换理论知道，不管振动信号多复杂，都可以将其分解为若⼲具有不同频率的简谐振动。
图2.3 付⽴叶变换图解旋转机械振动分析离不开转速，为了⽅便和直观起见，常以1x表⽰与转动频率相等的频率，⼜称为⼯（基）频，分别以0.5x、2x、3x等表⽰转动频率的0.5倍、2倍、3倍等相等的频率，⼜称为半频、⼆倍频、三倍频。
采⽤信号分析理论中的快速傅⽴叶变换可以很⽅便地求出复杂振动信号所含频率分量的幅值和相位。
⽬前频谱分析已成为振动故障诊断领域最基本的⼯具。
频谱分析所起的作⽤可以概括为以下两点：1）特定故障的频率特征具有必然性。
例如，转⼦不平衡的频率为⼯频，⽓流基振和油膜振荡等故障的频率为低频，电磁激振等故障为⾼频。
旋转机械振动分析基础
旋转机械振动分析基础一、引言旋转机械振动是指旋转机械运行过程中产生的机械结构的振动现象。
由于旋转机械的工作原理决定了它们在运行过程中不可避免地产生振动，而过大的振动会导致机械的损坏和性能下降，因此旋转机械振动分析具有重要的工程应用价值。
本文将介绍旋转机械振动分析的基础概念和方法。
二、旋转机械振动的类型1.变速振动：由于旋转机械的传动系统存在齿轮啮合、轴承传动等机械系统，其传动系统的不平衡和不匀速会导致振动速度的变化，从而产生变速振动。
2.转子动平衡振动：旋转机械的转子由于质量轮廓不一致或者轴承刚度不平衡等原因，转子会产生不平衡力矩，从而使整个机械结构产生振动。
3.阻尼振动：阻尼振动是指由于旋转机械的结构材料存在内部摩擦、空气阻力等因素，使机械振动以一定的幅度逐渐减小并最终消失的振动。
4.外界激励振动：由于外界激励导致机械结构振动，比如由于机械运行过程中的悬挂系统、地震机械结构的振动，以及风吹草动、频率和振幅变化的源数据导致的振动。
三、旋转机械振动分析的方法和技术1.振动感知与测量：通过使用传感器，如加速度计、速度计和位移传感器等，来感知和测量旋转机械的振动状况。
这些传感器可以将振动信号转换为电信号，并通过数据采集和处理系统进行记录和分析。
2.振动特征分析：通过对振动信号进行频域分析和时域分析，可以获取机械振动的频率和幅值等特征。
其中频域分析方法常用的有傅里叶变换和功率谱分析，时域分析方法常用的有包络分析和相关分析等。
3.故障诊断与预测：通过对旋转机械振动的特征进行分析和比对，可以判断机械结构是否存在故障，并进行故障诊断。
同时，结合故障样本的统计学分析和机械振动特征的剩余寿命预测模型，可以对机械故障的发生时间进行预测。
4.振动控制与减振：通过采取振动控制的手段来减少旋转机械的振动。
常用的控制方法包括动平衡调整、减振剂和阻尼器的应用等。
四、旋转机械振动分析的应用领域1.机械设备的故障诊断与维修：通过振动分析技术，可以实时监测机械设备的振动状态，及时发现故障并进行维修，从而提高设备的可靠性和使用寿命。
旋转机械振动特性分析及其控制技术研究
旋转机械振动特性分析及其控制技术研究第一章引言旋转机械在工业生产中扮演着重要角色。
然而，随着工作负荷的增加以及设备长时间运行，机械振动问题逐渐凸显出来。
不仅会导致设备性能下降，还可能引发机械故障和事故，对生产过程造成严重影响。
因此，研究旋转机械的振动特性并提出有效的控制技术至关重要。
第二章旋转机械振动特性分析2.1 机械振动原理机械振动是指机械运动中产生的周期性或非周期性的摆动。
其产生机理可以通过传统的振动原理进行分析，包括质点振动、系统振动以及受迫振动等。
了解机械振动的产生原理，有助于深入探究旋转机械的振动特性。
2.2 机械振动模态机械振动模态是指机械在特定振动频率下的振动形态。
通过模态分析，可以得出机械振动的频率、振幅以及共振区域等重要参数，为机械振动的控制技术提供依据。
第三章旋转机械振动控制技术研究3.1 主动振动控制技术主动振动控制技术通过检测和分析机械振动信号，采取相应的控制策略来减小机械振动。
常用的主动振动控制技术包括负反馈控制和模态控制。
负反馈控制通过不断调整控制力来抑制振动幅值，而模态控制则通过振动模态的调整来改变机械的振动特性。
3.2 被动振动控制技术被动振动控制技术依靠减振器、隔振器和阻尼器等装置来减小机械振动。
减振器通常采用弹簧和阻尼器的组合，通过改变机械的固有频率来降低振动幅值。
隔振器则是在机械与支撑结构之间添加隔振垫或隔振脚，通过隔离机械与外界振动的传递来降低振动。
第四章旋转机械振动控制案例研究4.1 电机振动控制电机是常见的旋转机械，其振动对生产设备的正常运行与寿命有重要影响。
本章将以某电机为例，介绍电机振动特性分析与振动控制技术应用。
4.2 风力发电机组振动控制风力发电机组是旋转机械中应用广泛的一种类型。
由于风速的变化以及风机叶片的磨损等原因，风力发电机组常常面临振动问题。
本章将以实际风力发电机组为例，讨论其振动控制技术应用及效果。
第五章结论本研究系统分析了旋转机械的振动特性以及其控制技术。
旋转机械振动基本特性
旋转机械振动的基本特性概述绝大多数机械都有旋转件，所谓旋转机械是指主要功能由旋转运动来完成的机械，尤其是指主要部件作旋转运动的、转速较高的机械。
旋转机械种类繁多，有汽轮机、燃气轮机、离心式压缩机、发电机、水泵、水轮机、通风机以及电动机等。
这类设备的主要部件有转子、轴承系统、定子和机组壳体、联轴器等组成，转速从每分钟几十到几万、几十万转。
故障是指机器的功能失效，即其动态性能劣化，不符合技术要求。
例如，机器运行失稳，产生异常振动和噪声，工作转速、输出功率发生变化，以及介质的温度、压力、流量异常等。
机器发生故障的原因不同，所反映出的信息也不一样，根据这些特有的信息，可以对故障进行诊断。
但是，机器发生故障的原因往往不是单一的因素，一般都是多种因素共同作用的结果，所以对设备进行故障诊断时，必须进行全面的综合分析研究。
由于旋转机械的结构及零部件设计加工、安装调试、维护检修等方面的原因和运行操作方面的失误，使得机器在运行过程中会引起振动，其振动类型可分为径向振动、轴向振动和扭转振动三类，其中过大的径向振动往往是造成机器损坏的主要原因，也是状态监测的主要参数和进行故障诊断的主要依据。
从仿生学的角度来看，诊断设备的故障类似于确定人的病因：医生需要向患者询问病情、病史、切脉（听诊）以及量体温、验血相、测心电图等，根据获得的多种数据，进行综合分析才能得出诊断结果，提出治疗方案。
同样，对旋转机械的故障诊断，也应在获取机器的稳态数据、瞬态数据以及过程参数和运行状态等信息的基础上，通过信号分析和数据处理提取机器特有的故障症兆及故障敏感参数等，经过综合分析判断，才能确定故障原因，做出符合实际的诊断结论，提出治理措施。
根据故障原因和造成故障原因的不同阶段，可以将旋转机械的故障原因分为几个方面，见表1。
表1 旋转机械故障原因分类故障分类主要原因设计原因①设计不当，动态特性不良，运行时发生强迫振动或自激振动②结构不合理，应力集中③设计工作转速接近或落人临界转速区④热膨胀量计算不准，导致热态对中不良制造原因①零部件加工制造不良，精度不够②零件材质不良，强度不够，制造缺陷③转子动平衡不符合技术要求安装、维修①机械安装不当，零部件错位，预负荷大②轴系对中不良③机器几何参数（如配合间隙、过盈量及相对位置）调整不当④管道应力大，机器在工作状态下改变了动态特性和安装精度⑤转子长期放置不当，改变了动平衡精度⑥未按规程检修，破坏了机器原有的配合性质和精度操作运行①工艺参数（如介质的温度、压力、流量、负荷等）偏离设计值，机器运行工况不正常②机器在超转速、超负荷下运行，改变了机器的工作特性③运行点接近或落入临界转速区④润滑或冷却不良⑤转子局部损坏或结垢⑥启停机或升降速过程操作不当，暖机不够，热膨胀不均匀或在临界区停留时间过久机器劣化①长期运行，转子挠度增大或动平衡劣化②转子局部损坏、脱落或产生裂纹③零部件磨损、点蚀或腐蚀等④配合面受力劣化，产生过盈不足或松动等，破坏了配合性质和精度⑤机器基础沉降不均匀，机器壳体变形旋转机械振动的基本特性(1)旋转机械的主要功能是由旋转部件来完成的，转子是其最主要的部件。
旋转机械的动力学特性
汇报人： 2024-01-03
目录
• 旋转机械的基本概念 • 旋转机械的动力学特性 • 旋转机械的动力学分析 • 旋转机械的动力学优化设计 • 旋转机械的动力学特性实验研
究
01
旋转机械的基本概念
旋转机械的定义
旋转机械是指通过旋转运动来完成工 作任务的机械设备，如电机、发电机 、泵、涡轮机等。
旋转机械的稳定性
稳定性定义
稳定性是指旋转机械在运转过程 中，当受到外界干扰时，能够恢 复到原始状态的能力。
稳定性分析
稳定性分析包括静态稳定性和动 态稳定性两个方面，其中动态稳 定性又可以分为轴向窜动、摆动 和扭转稳定性等类型。
提高稳定性的措施
提高稳定性的措施包括合理设计 机械结构、选择合适的轴承和传 动方式、采取减振措施等。
实验方法
对旋转机械进行动力学特性实验，记 录不同转速下的振动数据，分析其动 力学特性。
实验结果与分析
结果
实验结果显示，随着转速的增加，旋转机械的振动幅值逐渐增大，频率成分也发生变化。
分析
通过对实验数据的分析，可以得出旋转机械的动力学特性，包括固有频率、阻尼比等参数，为旋转机械的设计和 优化提供依据。
行。
通过优化机械结构和动力学 特性，提高稳定性。例如， 优化轴承和齿轮的设计，改
善润滑和冷却系统等。
采用先进的控制技术和智能监 测系统，实时监测机械的运行 状态并进行调整，进一步提高
机械的稳定性。
05
旋转机械的动力学特性实验研 究
实验设备与方法
实验设备
高精度测功机、振动测量仪、转速计 、数据采集系统等。
旋转机械在工业、能源、交通等领域 广泛应用，是现代工业生产中不可或 缺的重要设备。
机械振动的基本特征
机械振动的基本特征机械振动是物体固有频率下的周期性运动，广泛存在于工程与自然界中。
它的基本特征可以通过以下几个方面来描述。
一、频率（Frequency）频率是机械振动的基本特征之一。
它表示单位时间内振动的完整循环数，通常以赫兹（Hz）为单位。
频率与振动的周期（T）呈倒数关系，即频率等于周期的倒数，可用以下公式表示：f = 1 / T其中，f代表频率，T代表周期。
二、振幅（Amplitude）振幅是机械振动的另一个基本特征。
它表示振动物体在振动过程中离开平衡位置的最大距离。
振幅可以用于描述振动物体的强弱程度，通常以米（m）为单位。
三、周期（Period）周期是机械振动的基本特征之一。
它表示完成一次完整振动所需要的时间。
周期与频率的关系已在频率部分提到，周期可用以下公式表示：T = 1 / f其中，T代表周期，f代表频率。
四、相位（Phase）相位是机械振动的另一个重要特征。
它描述了振动物体在时间上与某一参考点的关系。
相位可以用来表示振动物体的位置、速度和加速度等信息，通常以角度或弧度为单位。
五、谐振（Resonance）谐振是机械振动的一种特殊现象。
当外界作用力的频率与振动物体的固有频率相等或非常接近时，物体会发生共振现象，振幅会达到最大值。
谐振现象在工程设计中需要特别注意，因为它可能导致物体受力过大，损坏甚至破坏。
六、阻尼（Damping）阻尼是机械振动中的一项重要影响因素。
它表征振动系统中消耗能量的程度。
在实际应用中，我们通常希望振动系统的阻尼足够小，以保持振动的稳定性和持久性。
不同类型的阻尼可以影响振动的衰减速度和振动形态。
总结：机械振动的基本特征包括频率、振幅、周期、相位、谐振和阻尼等。
这些特征与振动物体的固有性质密切相关，对于理解和控制机械振动具有重要意义。
在工程设计中，我们需要充分考虑这些特征，以避免振动带来的危害或振动不稳定性。
同时，机械振动也是一门独立的学科，通过研究和应用，我们可以更好地利用和控制振动的优点，为工程和科学领域开辟更广阔的发展空间。
机械振动分类 (DEMO)
机械振动分类基本概念：1.振动本质：内力：源于机械；(惯性)外力：源于预负荷；（阻尼）刚度：源于系统支撑；（弹性）振动：源于力或刚度的变化2.扭转振动转动惯量对应于平动质量，转动角度对应于平动位移，扭矩对应于平动载荷，转速对应于平动速度，抗扭刚度对应于平动时的拉压刚度；扭转振动其实就是把转角大小当作振动位移来建立振动方程。
其实扭转振动与一般的弹簧质量的振动是一回事扭转振动一般线性振动扭转刚度线性刚度扭转角度位移通过扭转刚度，扭转角可以建立微分方程进行扭转振动分析1．按振动频率分类(1)基频振动；(2)倍频振动，例如，2倍频、3倍频振动等；(3)频率为基频的整分数(如1／2，1／3等)的振动；(4)频率与基频成一定比例关系(例如38％－49％）的振动；(5)超低频(振动频率在5Hz以下)振动；(6)超高频(振动频率在10kHz以上）振动。
2按振幅方位分类(1)径(横)向振动，即沿转轴截面直径方向的振动，一般又分为水平振动和垂直振动；(2)轴向振动，即沿轴轴线方向的振动；(3)扭转振动，即沿转轴旋转方向的振动。
3 按振动原因分类(1)转子不平衡所引起的振动：(2)轴系不对中所引起的振动；(3)滑动轴承与轴颈偏心所引起的振动；(4)机器零部件松动所引起的振动；(5)摩擦(如密封件摩擦、转子与定子摩擦等)所引起的振动；(6)滚动轴承损坏所引起的振动；(7)滑动轴承油膜涡动和油膜振荡所引起的振动；(8)空气动力和水力等因素所引起的振动；(9)轴承座刚度不对称所引起的振动；(10)电气方面原因所引起的振动。
4 按振动发生的部位分类(1)转子或轴系(包括轴颈、轴端纹叶片等)振动；(2)轴承(包括油膜滑动轴承和滚动轴承)振动；(3)壳体、轴承座振动：(4)基础(包括机座、工作台或支架等)振动；(5)其他如阀门、阀杆及各种管道结构振动等。
此外，若按振动的特征和形式，还可分出同步振动(强迫振动)和亚同步(自激振动)等。
第6讲 旋转机械振动
184.1
20
单自由度系统受自迫由振动 / 旋转机械振动
教学内容
•旋转不平衡惯性力引起的受迫振动 •转子的临界转速 •动平衡实验机原理 •旋转机械故障诊断
21
单自由度系统受迫振动 / 旋转机械振动
• 动平衡实验原理
为何要进行动平衡？
作旋转运动的零部件：各种传动轴、主轴、电动机和汽轮 机的转子等，统称为回转体。 工程中的各种回转体，由于材质不均匀或毛坯缺陷、加工 及装配中产生的误差，甚至设计时就具有非对称的几何形 状等多种因素，使得回转体在旋转时，其上每个微小质点 产生的离心惯性力不能相互抵消，产生不平衡离心惯性力。 不平衡离心惯性力通过轴承作用到机械及其基础上，引起 振动，产生噪声，加速轴承磨损，缩短机械寿命，严重时 能造成破坏性事故。 因此，须对转子进行平衡，使其达到允许的平衡精度等 级，或使因此产生的机械振动幅度降到允许的范围内。
me B1 M
根据上式画出不同阻尼系数情形下相位差 、动力系数1随 频率比s变化的曲线族，称为相频响应曲线和幅频响应曲线，
如下图所示。
1
单自由度系统受迫振动 / 旋转机械振动
幅频和相频曲线
1
相位差
单自由度系统受迫振动 / 旋转机械振动
(1)相位差 随频率比s的增大而逐渐增大。阻尼对相位 差的影响表现为:当s<1时， 随 的增大而增大，若 很小 时， 接近零;而当s>1时， 随 的增大而减小，若 很小 时，则接近。但当s=1即=0时总有 =/2，这时与 值 的大小无关。
第六讲 旋转机械振动
周永清 机械设计教研室 办公室：育贤楼 C406
单自由度系统受自迫由振动 / 旋转机械振动
教学内容
•旋转不平衡惯性力引起的受迫振动 •转子的临界转速 •动平衡实验机原理 •旋转机械故障诊断
机械设计基础了解机械振动的基本特性与控制方法
机械设计基础了解机械振动的基本特性与控制方法机械设计基础：了解机械振动的基本特性与控制方法机械振动是机械设计中一个重要的概念。
在工程实践中，对机械振动的基本特性与控制方法的了解是非常必要的。
本文将介绍机械振动的基本特性，包括振动的起因和分类，然后探讨几种常见的机械振动控制方法。
一、机械振动的起因和分类1. 振动的起因机械振动是由于机械系统内的元件（如零件、装配体等）受到外界作用力或内部能量释放的影响而发生的运动。
外界作用力可以是激励力，如机械冲击、电动机的不平衡力或传动带的颤振力。
内部能量释放可以是机械系统中的能量积累，如弹簧的压缩能、液压缸的液体压力等。
2. 振动的分类机械振动可以按照振动类型进行分类。
常见的振动类型包括：(1) 自由振动：机械系统在没有外界激励力的情况下被干扰后发生的振动。
自由振动有固有的频率，称为固有频率。
(2) 强迫振动：机械系统受到外界激励力的作用而发生的振动。
外界激励力的频率可以与机械系统的固有频率相同或不同。
二、机械振动的控制方法机械振动控制是为了减小或消除机械系统振动对机械性能和使用寿命的不利影响而采取的一系列措施。
下面将介绍几种常见的机械振动控制方法。
1. 刚度和阻尼控制通过调整机械系统的刚度和阻尼来降低振动的幅值。
增加刚度可以提高机械系统的固有频率，从而减小振动幅值。
增加阻尼可以减小振动的持续时间和幅值。
2. 动平衡控制动平衡是通过调整的质量分布来使旋转机械的转子达到平衡状态，减小振动。
通常采用动平衡方法，通过在转子上增加或减少质量，使得转子在工作时不会产生离心力和振动力。
3. 隔振控制隔振是通过隔振装置将振动源与机械系统隔离，从而减小振动传递到机械系统的幅值。
常见的隔振装置包括弹簧隔振器、气弹簧隔振器和橡胶隔振器等。
4. 主动振动控制主动振动控制是通过传感器和执行器组成的反馈控制系统来实现的。
传感器用于测量机械系统的振动信号，执行器则根据测量信号调整机械系统的运动状态，从而实现振动的控制。
转动机械振动标准
转动机械振动标准转动机械振动是指机械设备在运行过程中产生的振动现象，它直接影响着机械设备的稳定性、安全性和使用寿命。
为了规范转动机械振动的标准，提高机械设备的运行效率和安全性，制定了一系列的振动标准。
本文将介绍转动机械振动标准的相关内容，以便更好地了解和应用振动标准。
首先，转动机械振动标准主要包括振动测量和评估标准、振动限值标准和振动控制标准。
振动测量和评估标准是指对机械设备振动进行测量和评估的标准，包括振动测量的方法、仪器设备和评估指标等内容。
振动限值标准是指规定了机械设备在运行过程中所允许的振动限值，以保证机械设备的安全运行。
振动控制标准是指对机械设备振动进行控制和调整的标准，以减小振动对设备和人员的影响。
其次，振动标准的制定是基于对机械设备振动特性和影响因素的深入研究和分析的基础上进行的。
在振动标准的制定过程中，需要考虑机械设备的类型、工作条件、使用环境、运行要求等因素，以确保振动标准的科学性和实用性。
同时，振动标准的制定还需要参考国际标准和行业标准，以便与国际接轨，促进机械设备的国际化和标准化。
再次，振动标准的应用对于机械设备的设计、制造、安装、运行和维护都具有重要意义。
在机械设备的设计和制造过程中，需要根据振动标准对设备结构、材料、加工精度等方面进行合理设计和选择，以减小机械设备的振动水平。
在机械设备的安装和调试过程中，需要按照振动标准对设备进行合理安装和调整，以确保设备的安全运行。
在机械设备的运行和维护过程中，需要按照振动标准对设备进行定期检测和维护，以延长设备的使用寿命。
最后，转动机械振动标准的不断完善和提高对于促进机械设备的发展和提高具有重要意义。
随着科学技术的不断进步和工程技术的不断发展，转动机械振动标准也需要不断更新和完善，以适应新的机械设备和新的工程需求。
同时，转动机械振动标准的提高也需要依靠全社会的共同努力，包括政府部门、科研机构、企业和个人等，共同推动振动标准的不断提高和应用。
旋转机械动力学特性
强迫振动和自激振动的比较
强迫振动
激励
自激振动
响应 激励
振动 系统
交变 能源
振动 系统
反馈 机制
响应
自激振动和强迫振动相比较，无论从 原因、机理，还是振动特性都有根本
恒定 能源
差别。
详细比较见下页。
强迫振动和自激振动的比较
强 迫 振 动
1.振动频率 转速或外激励频率 有共振峰
自 激 振 动
一般等于固有频率，与转速或 外激励频率无关 达到阈速时，振幅突然增大， 以后保持不变
F1 v
V v
< >
F2
（ V + v） F2
V
（V – v） F1
W(输入)=F1 s > W (输出)=F2 s
每振动一周能量有积累，引起自激振动
摆动
自激振动实例－荡秋千
普通摆 秋千 l上 l下
秋千
重心 变化 人的 起蹲
l
重力 下摆 上摆 能量 结果
mg
蹲 下
起 立
mg 重力做功 W(出)= – mgl(1-cos) W(入)= W(出) 由于阻力振动衰减
多跨转子轴系由 高压转子、中压转 子、低压转子和发 电机转子组成。 全长30余米，共 有7个轴承。
多转子轴系的临界转速和振型
200MW 汽轮发电机组轴系
高压转子 中压转子 低压转子 发电机转子
发电机转子型 n1 =1002 r/min 中压转子型 n2 = 1470 r/min 高压转子型 n3 = 1936 r/min 低压转子型 n4 = 2014 r/min 发电机转子型 n5 = 2678 r/min
高压转子型 中压转子型 低压转子型
一、旋转机械运转产生的振动机械振动中包跟着从低频到高频各种资料精
一、旋转机械运转产生的振动机械振动中包含着从低频到高频各种频率成分的振动，旋转机械运转时产生的振动也是同样的。
轴系异常（包括转子部件）所产生的振动频率特征如下：发生频率 主要异常现象 振动特征不平衡 1.转子轴心线周围质量分布不均匀。
2.振动频率与旋转频率一致。
不对中 1.联轴器连接的两轴中心线偏移。
2.振动频率与旋转频率一致或与旋转频率成倍松动 1.基础螺丝松动或轴承磨损引起的振动。
2.振动频率含有旋转频率的高次成分。
低频油膜振荡 1.常发生在定制给油的滑动轴承上。
2.是因轴承的力学特征引起的振动。
3.振动频率是轴的固有频率。
压力脉动 1.在泵、风机等产生压力的结构中，每次涡轮通过涡壳部位，流体、压力变动。
2.当压力机构有异常时就产生压力脉动。
中频叶轮叶片 通过振动 1.轴流式或离心式压缩机中，透平运行时，由于动静叶片间干涉。
2.叶轮和导叶间干涉,喷头和叶轮间干涉引起的振动。
气浊 1.流体机械中，由于局部压力降低，产生气泡，气泡压力增高，破灭时即产生高频振动并有音响。
高频流体音 振动 1.流体机械中，因压力机构异常或密封机构异常等产生的一种涡流，一般是随机高频振动和音响。
二、对象设备的选择从效率和效果方面来看，将工厂内所有设备都作为简易诊断对象是不可取的。
从技术方面看，有可以诊断的设备也有不可诊断的设备。
因此选择对象设备时必须充分探讨，选择标准如下：1）与生产直接有关的设备2）虽然是附属设备，但故障引起的破坏性大的设备3）由于故障，有再次损坏可能性的设备4）维修成本高的设备三、检测周期为使机械设备的异常在初期阶段就能被发现，必须对设备进行定期检测，检测周期的长短要视异常程度大小而定。
异常严重的必须缩短检测周期。
这一点非常重要，但是，不看必要性，过分缩短检测周期是不经济的。
决定检测周期时必须注意：·设备过去的异常履历和发生异常的周期·设备的劣化速度对过去有异常履历的设备，检测周期应为发生周期的1/10以下。
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旋转机械振动的基本特性
一、转子的振动基本特性
大多数情况下，旋转机械的转子轴心线是水平的，转子的两个支承点在同一水平线上。
设转子上的圆盘位于转子两支点的中央，当转子静止时．由于圆盘的重量使转子轴弯曲变形产生静挠度，即静变形。
此时，由于静变形较小，对转子运动的影响不显著，可以忽略不计，即认为圆盘的几何中心O′与轴线AB上O点相重合，如图7—l所示。
转子开始转动后，由于离心力的作用，转子产生动挠度。
此时，转子有两种运动：一种是转子的自身转，即圆盘绕其轴线AO′B的转动；另一种是弓形转动，即弯曲的轴心线AO′B与轴承联线AOB组成的平面绕AB轴线的转动。
转子的涡动方向与转子的转动角速度ω同向时，称为正进动；与ω反方向时，称为反进动。
二、临界转速及其影响因素
随着机器转动速度的逐步提高，在大量生产实践中人们觉察到，当转子转速达到某一数值后，振动就大得使机组无法继续工作，似乎有一道不可逾越的速度屏障，即所谓临界转速。
Jeffcott用—个对
称的单转子模型在理论上分析了这一现象，证明只要在振幅还未上升到危险程度时，迅速提高转速，越过临界转速点后，转子振幅会降下来。
换句话说，转子在高速区存在着一个稳定的、振幅较小的、可以工作的区域。
从此，旋转机械的设计、运行进入了一个新时期，效率高、重量轻的高速转子日益普遍。
需要说明的是，从严格意义上讲，临界转速的值并不等于转子的固有频率，而且在临界转速时发生的剧烈振动与共振是不同的物理现象。
在正常运转的情况下：
(1)ω＜n ω时，
振幅A＞0,O′点和质心G 点在O 点的同一侧，如图7—3(a)所示；
(2)ω＞n ω时，A＜0，但A＞e，G 在O 和O′点之间，如图
7—3(c)所示；
当ω≥n ω时，A e -≈或O O′≈-O′G，圆盘的质心G 近似
地落在固定点O,振动小。
转动反而比较平稳。
这种情况称为“自动对心”。
(3)当ω＝n ω时，A ∞→，是共振情况。
实际上由于存在阻尼，振幅A 不是无穷大而是较大的有限值，转轴的振动非常剧烈，以致有可
能断裂。
n ω称为转轴的“临界角速度”
；与其对应的每分钟的转数则称为“临阶转速”。
如果机器的工作转速小于临界转速，则称为刚性轴；如果工作转速高于临界转速，则称为柔性轴。
由上面分析可知，只有柔性轴的旋转机器运转时较为平稳 但在启动过程中，要经过临界转速。
如果缓
慢启动，则经过临界转速时会发生剧烈的振动。
2．影响临界转速的因索
(1)回转力矩对转子临界转速的影响
如图7－5所示，当转子上的圆盘不是安装在两支承的中点而是偏于一侧时，转轴变形 这—惯性力距称为回转力矩或陀螺力矩，它是圆盘加于转轴的力矩，与θ成正比，相当于弹性力矩。
在正进动(0＜θ＜π/2)的情况下．它使转轴的变形减小，因而提高了转轴的弹性刚度．即提高了转子的临界角速度。
在反进动π/2＜θ＜π)的情况下，它使转轴的变形增大．从而降低了转轴的弹性刚度，即降低了转子的临界角速度。
故陀螺力矩对转子临界转速的影响是：正进动时，它提高了临界转速；反进动时．它降低了临界转速。
(2)臂长附加力矩对转子刚度的影响
对较长的柔性转子，不平衡质量离心力作用点与转子和轴的连接点可能不重合而有一定臂长，与较短的转子相比，连接点处由同等离心力所产生的挠度将不一样，因为此时在计算连接点处的挠度时，要将力进行移位，而添加的等效力矩将改变轴的变形。
分析表明，这种影响会使轴的挠度和转角增大，从而降低轴的临界转速(对柔性转子
有利)。
(3)弹性支承对转子临界转速的影响
只有在支承完全不变形的条件下，支点才会在转子运动时保持不动。
实际上，支承不可能是绝对刚性不变形的、因而考虑支承的弹性变形时，支承就相当于弹簧与弹性转轴相串联，如图7—6所示。
支承与弹性转轴串联后，其总的弹性刚度要低于转轴本身的弹性刚度。
因此，弹性支承可使转子的进动角速度或临界转速降低。
在实际工程中表现为，减小支承刚度可以使临界转速显著降低。
(4)组合转子对临界转速的影响
转子系统经常是由多个转子组合而成的，例如在汽轮发电机组中，有高、中、低压汽轮机转子、发电机和励磁机转子等。
每个转子都有其自身的临界转速，组合成一个多跨转子系统后，整个组合转子系统也有其自身的临界转速、组合转子与单个转子的临界转速间既有区别又有联系．其间存在一定规律。
如果各单个转子是由不同制造厂生产的，那么当制造厂给出各单个转子的临界转速后，利用这一规律，就可以估计组合后转子临界转速的分布情况。
此外也可估算出在组合转子的每一阶主振型中，哪一个转子的振动特别显著。
理论推导证明，组合系统中各转子的各阶临界角速度，总是高于原系统相应的各阶临界角速度。
三、转子轴承系统的稳定性
转子轴承系统的稳定性是指转子在受到某种扰动后能否随时间的推移而恢复原来状态的能力，也就是说扰动响应能否随时间增加而消
失。
如果响应随时间增加而消失，则转子系统是稳定的，若响应随时间增加不消失，则转子系统就失稳了。
造成机组失稳的情况很多，如动压轴承失稳、密封失稳、动静摩擦失稳等，而失稳又具有突发性，往往带来严重危害。
因此，设备故障诊断人员应对所诊断的机组的稳定性能做到心中有数，一但发现失稳症兆，应及时采取措施防止其发展。
比较典型的失稳是油膜涡动。
在瓦隙较大的情况下，转子常会因不平衡等原因而偏离其转动中心，致使油膜合力与载荷不能平衡，引起油膜涡动。
机组的稳定性在很大程度上决定干滑动轴承的刚度和阻尼。
当具有正阻尼时系统具有抑制作用，涡动逐步减弱；反之当具有负阻尼时．系统本身具有激振作用，油膜涡动就会发展为油膜振荡；在系统具有的阻尼为零时，则处于稳定临界状态。
在工程实践中，用常采用对数衰减率来判断系统的稳定性。
对数衰减值是转子做衰减自由振动时．相邻振幅之比的对数值。
如图7—9所示：
四、多盘转子
实际应用中，转子上可能装配有多个叶轮，这就与前面介绍的单盘转子有所不同．称为多盘转子，在此仅介绍多盘转子的振型问题。
一个弹性体可以看成是由无数多个质点组成的，各质点之间采用弹性连接，只要满足连续性条件，各质点的微小位移都是可能的，因此一个弹性体有无限多个自由度，而每个质点都有可能产生共振形成共振峰，就转子而言，转子结构的每个共振峰均伴随着一个振动模态形式，称之为振型。
当激振频率与模态之一吻合时，结构的振动形式会形成驻波。
激振频率不同驻波形式也不同，如图7—10所示分别为—阶、二阶、三阶驻波，其中振值为零的部位称为节点。
了解振型对设备故障诊断具有实际意义：
(1)由振型可见，即使所考虑的测点彼此相距很近，但各点之间所测得的实际振动可能有很大的差别；
(2)轴承部位不一定就是振动最大的部位。
因此，在进行设备诊断时，首先应正确选择好测点。
避免设置在节点上；其次，应考虑到在测点测得的振值不一定就是振动最强烈的
数值，在其他部位可能会有更大的振值。
五、扭转振动
分析旋转机械振动故障时，—般都是指平行振动，即振动质量仅沿着直线方向往返运动，包括转轴轴线垂直方向的径向振动和沿轴线方向的轴向振动两种形式。
除此之外、有时还会遇到绕着轴线进行的扭转振动。
产生扭转振动的根本原因是旋转机械的主动力矩与负荷反力矩之间失去平衡，致使合成扭矩的方向来回变化。
扭振故障多见于电力系统的汽轮发电机组，石化行业广为使用的烟机也时有发生。
扭振具有极大的破坏性，轻者使作用在轴上的扭应力发生变化，增加轴的疲劳损伤，降低使用寿命，严重扭振会导致机组轴系损坏或断裂．影响机组安全可靠运行。
扭振故障有多种形式，一般按频率特征将轴系扭振分成次同步共振、超同步共振和振荡扭振扭动三种基本形式。