机械振动相关实验的实验指导书

实验三、回转试验台振动测量
一、实验目的
1、进一步熟悉常用信号分析仪器的使用；
2、了解一般旋转机械的结构；
3、掌握旋转机械振动监测与诊断的基本过程及分析方法。

二、实验仪器及对象
1、列出所用振动分析仪器、软件、传感器的名称、型号、用途等；
2、测试对象：振动试验台。

三、多功能振动实验台简介
本实验所使用的MDT-3A型多功能振动实验台是集齿轮传动、皮带传动、联轴器传动于一体的转子实验台，专门从事振动测试、振动研究及教学、大专院校有关实验室等提供了有效而方便的实验手段。

该实验台可以通过改变转子转速、转子质量盘位置、齿轮啮合副及故障轴承组件等，惊醒多种转动机械常见故障的模拟，如转子不平衡、轴承座松动、皮带轮偏心、齿轮故障及轴承的早期故障等。

实验台采用直流调速电机，并配有转速指示表，可以在0到3000转/分的任意转速下工作。

实验台配有一级变速齿轮箱，有三种齿轮啮合方式，三个小齿轮采用固定工安装。

可模拟齿轮啮合频率、故障齿轮边带、断齿故障等。

轴承故障模块可快速方便地安装在齿轮箱轴上，通过加载螺钉进行径向加载，从而模拟出轴承的主要故障：外环故障、内环故障、滚动体故障等。

电机与齿轮箱输入轴之间采用皮带传动，并配有偏心皮带轮，可进行偏心皮带轮故障的模拟。

安装有两片质量盘的转子台模块，能模拟出更多的机械故障，如质量不平衡、力偶不平衡、动不平衡、轴承座松动等。

质量盘上沿圆周方向加工有16个M5的螺纹孔，可以通过调整螺钉的安装来进行单面或双面的现场动平衡模拟。

该实验台具体可模拟以下几种故障模式：
●通过转子盘模拟不平衡故障
转子的不平衡故障是在转子模块上，通过对两个质量盘进行质量的添加或减少来实现转动系统的不平衡。

通过联轴器可以把转子模块与齿轮箱分离，降低实验过程中外部因素的影响。

●模拟皮带轮偏心故障
实验台配套有两个皮带轮，一个是正常的，一个是把皮带轮特别做成偏心的皮带轮。

皮带轮安装在电机输出轴上，实验时只要通过简单的更换就可以达到转子偏心的效果。

在电机上预留了一个（1/4’-28）的专用测试孔，方便测量。

●滚动轴承的故障模拟
根据滚动轴承的组成，把故障模块设计成四个分模块，分别针对轴承的外环、内环、滚动体和保持架。

故障模块可快速安装在齿轮箱的输入轴上
●齿轮箱的故障模拟
齿轮箱内有三个小齿轮和一个大齿轮。

小齿轮固定在齿轮箱的输入轴上，大齿轮通过紧固螺钉紧固在齿轮箱的输出轴上，通过调节紧固螺钉，可把大
齿轮移动到与三个小齿轮中任何一个的啮合位置上与该小齿轮啮合。

选择好齿轮的组合后就可以对齿轮箱进行测量。

轴承座松动故障模拟
轴承座上有一个紧固螺母，通过调节该螺母的松紧可以实现轴承座的松动故障模式。

MDT-3A实验台主要由动力部分、齿轮箱部分、转子部分、轴承故障模拟部分、调速控制和显示部分及加载装置等组成，如图1所示。

通过皮带轮传动和弹性柱销联轴器将其接合在一起，完成振动模拟功能。

1.转子模块
2.底版
3.联轴器
4.加载模块
5.皮带传动
6.齿轮箱
7.直流电机8.轴承故障模块9.调速控制
图转子实验台总体图
四、实验方案设计
1、绘出振动试验台的结构简图，列出主要结构参数，如电机参数、轴承型号、传动比等；
2、画出测试系统的连接框图；
3、绘出振动试验台测点布置图，说明测量的位置、方向及传感器安装方法等；
4、计算各特征频率，如转速，不平衡、对中不良及轴承损坏等的特征频率；
五、实验步骤
1、仪器连接，传感器安装；
2、测试参数选择，如频率范围（要求能测量试验台振动的各主要频率成分）；测量单位用速度 mm/s ；
3、启动试验台；
4、测量各测点的时域波形、频谱，并存储于分析仪中；
5、用软件将测量结果传输至计算机，并显示、打印（要求用线性坐标），标出各频谱图中主要频率峰值的频率、幅值；
六、实验结果
记录各测点的振动幅值、时域波形及频谱图，并填写附表。

七、分析
1、在软件环境下，移动光标，读出主要频率谱线的幅值及频率，并标在频谱图上；
2、振动数据解释：
*参照有关振动标准，判断各点的振动幅值是否在正常范围内；
*分析频谱图中的主要频率成分，解释频谱峰值的来源及其与机器各运动部件的对应关系；
*综合判断机器的运行状态，存在的主要问题。

附表振动测量数据
测量位置测量结果
振动总量(mm/s,RMS)典型频谱峰值(峰值及频率)
点一测量
方向
径向
轴向
点二测量
方向
径向
轴向
点三测量
方向
径向
轴向
实验四、转子动平衡技术
一、实验目的
1、掌握振动幅值及相位测量方法，熟悉相关测量仪器；
2、掌握旋转机械动平衡的基本步骤及方法。

通过运用振动监测手段，完成转子不平衡特征的测量，从而提高学生进行数据采集、转子振动分析及状态评估、动平衡校正等方面的能力。

二、实验仪器及对象
1、列出所用振动分析仪器、软件、传感器的名称、型号、用途等；
●加速度传感器
●光电式传感器，用于测量振动的相位
●数据采集器
●质量块、天平
2、测试对象：振动试验台
实验台配有两个质量盘（如图所示），可以在轴的任意位置固定安装。

本实验要求完成单面动平衡试验，把两个质量盘分开安装，并且在某个质量盘上加上一个M5的螺钉作为质量块，使得转子不平衡。

1、质量盘
2、夹紧法兰
3、转轴备用螺纹孔（16个）5、夹紧法兰螺钉孔
图质量盘结构示意图
三、实验方案设计
1、绘出振动试验台的结构简图，列出主要结构参数，如电机参数、传动比、转速等；
2、画出测试系统的连接框图；
3、绘出振动试验台测点布置图，说明测量的位置、方向及传感器安装方法等；
4、描述不平衡质量的施加方法；
四、实验步骤
1、仪器连接，传感器安装；
2、贴反光带，启动试验台；
3、开始动平衡测量及校正过程，完成转子台初始振动测量、试重、校正重量计算及施加等工作；
4、评价动平衡后的效果。

五、实验结果
填写附表。

要求学生绘出测量对象的结构简图，列出主要结构参数；计算不平衡的特征频率；选择测试参数；测量各测点的时域波形、频谱等数据；参照有关标准，判断各点的测量值是否在正常范围内；分析频谱图中的主要频率成分，解释频谱峰值的来源及其与转子不平衡的对应关系；综合判断机器的运行状态及存在的不平衡问题；完成转子现场动平衡测量与校正。

六、分析
1、阐述不平衡形成的原因及振动识别方法；
2、分析本动平衡试验的基本原理；
3、评价动平衡后的效果。

动平衡数据表
振动值Vibration μm（p-p）
相位
Phase
度（°）
重量
Weight
克g
角度
Angel
度（°）
初始振动测量值
Initial Vibration
动平衡试重
Trial Weight
加试重后的振动值Trail Running Vibration
第一次动平衡配重
1st Correcting Weight 第一次加配重后的振动值1st Residual Vibration
第二次动平衡配重
2nd Correcting Weight 第二次加配重后的振动值2nd Residual Vibration
实验七、滚动轴承频谱分析及故障诊断
一、实验目的
1、进一步熟悉常用信号分析仪器的使用；
2、了解常规滚动轴承的结构、特征频率及安装；
3、掌握滚动轴承的振动测量及分析方法。

通过运用振动分析手段，完成滚动轴承振动信号的测量及分析，从而提高学生进行数据采集、滚动轴承振动分析及状态评估、故障判断等方面的能力。

二、实验仪器及对象
1、列出所用振动分析仪器、软件、传感器、温度测试仪器的名称、型号、
用途等；
●正常滚动轴承型号为：NTN6201
●加速度传感器
●Data line数据采集器；
●ODYSSEY系统；
2、测试对象：振动试验台。

●轴承故障模块：
故障模块中使用的是6024轴承，并利用特殊方法对轴承进行了故障处理。

轴承模块也设计成方便安装的方式（如图所示），可以快速方便的安装在齿轮箱的输入轴上。

在轴承故障模块的顶部有一个英制螺孔（1/4”-28），用来安装传感器。

轴承模块安装图如下：
1、齿轮箱体
2、输入轴
3、故障轴承
4、轴承盖
5、M8紧固螺钉
6、压紧垫片
7、轴承基座
8、加载螺钉
9、橡胶垫片
图轴承故障模块安装示意图
根据滚动轴承的基本参数，通过查找资料可知轴承各部件的故障频率相对于轴承转速的倍数关系如下表：
轴承型号滚动体个数保持架滚动体外环内环
6204 8 0.382 1.996 3.054 4.946
三、实验方案设计
1、绘出振动试验台的结构简图，列出主要结构参数，如电机参数、轴承型号、传动比等；
2、画出测试系统的连接框图；
3、绘出振动试验台测点布置图，说明测量的位置、方向及传感器安装方法等；
4、计算各特征频率，如转速，不平衡、对中不良及轴承损坏等的特征频率。

四、实验步骤
1、仪器连接；
2、测试参数选择，如频率范围（要求能测量滚动轴承的各主要频率成分）；测量
单位用速度 mm/s ；
3、调整齿轮箱大齿轮的位置，使其处于非啮合状态。

拧紧紧固螺钉，防止齿轮
碰撞。

4、松开齿轮箱输入轴联轴器的螺钉，并按箭头方向推动联轴器的一半，使其完
全与另一半脱开。

拧紧联轴器螺钉。

5、取轴承模块MD711X一块，套在齿轮轴上。

6、将压紧垫片置于轴承的内环侧面，用紧固螺钉将其压紧，从而固定轴承模块，
防止轴承内环在轴承上转动。

7、将加载螺栓通过固定承载板拧在轴承模块下方的M8螺孔内，并适当的加载。

注意加载的力度，过大的加载将使故障轴承模块发热以至于使轴承“咬死”，同时也会使故障信息失真，故障轴承的频率分量不清晰。

8、将传感器安装在轴承模块上方的英制螺孔内，连接到数据采集器/频谱分析仪
进行数据采集、分析。

9、启动试验台；
10、测量各测点的时域波形、频谱，并存储于分析仪中；
11、用软件将测量结果传输至计算机，并显示、打印（要求用线性坐标），标出
各频谱图中主要频率峰值的频率、幅值；
五、实验结果
记录相应的轴承振动波形、频谱、冲击能量值及包络谱。

六、分析
1、绘出测量对象的结构简图，列出主要结构参数；
2、计算滚动轴承的特征频率；
3、参照有关标准，判断滚动轴承的测量值是否在正常范围内；
4、分析频谱图中的主要频率成分，解释频谱峰值的来源及其与滚动轴承故障的对应关系；
5、综合判断滚动轴承的运行状态及存在的问题。

转子动平衡试验步骤
1.在转子实验台的任意位置加上一不平衡质量块，然后启动转子实验台，记录转子的转速以及初始振动测量值（包括数值和角度）。

2.按下转子实验台的关闭开关让转子实验台停止转动，选取某一记号作为0°角的标记（例如去贴反光片的位置），然后把转子沿着转子的旋转方向转过某一角度（一般取0°/90°/180°/270°）后加上一质量块（加载之前先用电子秤称其质量），并记录下所加试重质量块的质量和所加位置的角度。

3.启动转子实验台，在不改变转速的情况下，记录下加试重后的振动测量值（包括数值和角度）。

4.把所测量的数值输入labview程序“系数法转子动平衡”的“加配重转子动平衡”版面中，计算出第一次动平衡的配重的质量数值及其角度，做好记录并保存其影响系数。

5.停下转子实验台，卸下所添加的试重质量块，把转子调回0°标志的位置，然后沿着转子的旋转方向转过第一次动平衡所计算出的角度，加上第一次动平衡所计算出的质量块。

6.再次启动转子实验台，记录下第一次动平衡加配重后的振动测量值（包括数值和角度），看振动值是否明显地减小。

7.把所保存的影响系数，以及上一步所测量到的数据输入labview程序“系数法转子动平衡”的“无配重转子动平衡”版面中，计算出第二次动平衡的配重的质量数值及其角度，做好记录。

8.停下转子实验台，把转子调回0°标志的位置，在转子盘所加质量块原有的基础上，绕着转子的旋转方向转过第二次动平衡所计算出的角度，加上第二次动平衡所计算出的质量块。

9.再次启动转子实验台，记录下第二次动平衡加配重后的振动测量值（包括数值和角度），看振动值是否明显地减小。