发动机扭振测试技术

2 提高扭转振动稳态信号处理精度和速度的方法 一、提高扭转振动稳态信号处理精度的方法
精确的提取各谐次幅值是扭振信号处理精度的核心部分。 传统的FFT和谱分析由于计算机只能对有限多个样本进行计 算，不可避免地存在由于时域截断产生的能量泄漏，使谱峰 值变小，精度降低，从而使幅值产生较大的误差。由于扭振 信号的频率成分主要是由低频的滚振成分和与转速有关的各 谐次成分组成，是一组离散的频率成分。对于这种离散频率 成分的信号，特别适合采用三点卷积幅值校正法(能量重心校 正方法n=1)精确的求解信号各谐次频率成分的幅值[104]，从 而大大提高了扭振分析的精度，关于三点卷积幅值修正法的 算法见第5.5节相关内容。
1 发动机扭振信号测试方法和处理系统 一 发动机扭振特性稳态和瞬态测试方法
(wk.baidu.com) 发动机扭振特性曲线的稳态测试方法
发动机扭振特性曲线的稳态测试方法的优点是各稳定转速的负荷 可以任意确定，不需要定值。缺点是：a. 测量时间长，一般需要几 个小时，甚至几天；b. 信号处理时间长，速度慢，人工分析阶次谱 有时需要几天时间；c. 另外测量的转速间隔比瞬态方法稀得多。
二、提高扭振信号处理速度的方法
稳态扭振信号处理中，最方便、经济、实用和自动化程 度高的方法是：首先在各稳态转速下采集记录扭振信号和转 速；然后采用一次批处理全部分析出各转速下的各谐次幅值； 最后对各转速下存盘的各谐次幅值进行整理，并用曲线拟合 得到转速—振幅图。完全避免了人工选择各谐次幅值，自动 化程度大大提高，从而有效的提高了分析处理速度，应用表 明在试验后两分钟内可进行完全部数据处理，得到各谐次的 扭振曲线。
3 提高扭转振动瞬态信号处理精度的方法
在旋转机械的升降速过程中，转速变化快，信号的频率 变化也较快，因而不能用传统的频谱分析方法以较低的采样 频率采集固定点数（通常是1024点）进行谱分析，因为在 这个采样过程中信号的频率、幅值和相位都已发生了很大的 变化，采样得到的信号是时变瞬态信号，不能用分析稳态信 号的方法来分析这种信号，必须采用转速跟踪分析方法，采 用很高的采样频率，以转轴旋转的整圈数作为分析长度进行 采样（整周期截断），快速分析所关心的前30个谐次的幅值 和相位，这样可以避免频率等参数发生变化或使参数的变化 很小。
与稳态分析相比，瞬态分析不用分别测 试各个转速下的扭振信号，而是在一次升降 速过程采集不同转速下的信号，全部分析出 各转速下的各谐次幅值；最后对各转速下存 盘的各谐次幅值进行整理，并用曲线拟合得 到转速—振幅图。所以，瞬态分析比稳态分 析速度更快。
4 发动机扭振分析实例
根据大量试验可知，在发动机扭振测试分析过程中，干扰 主要来自低频滚振，一种频率成分为转频的一半以下的振动， 见图(a)。在传统的转速跟踪分析中，这种低频滚振会影响各谐 次的幅值，使其误差增大，而将一次采样样本所包含的整周期 数扩大一倍，加Hanning窗转速跟踪分析新方法能够克服这种 缺陷。图(a)为某公司一台船用发动机在稳定转速1656转/分时 用加Hanning窗三点卷积幅值校正法求出的幅值谱，理论证明 最大误差为1%。以其为标准观察图 (b)用加Hanning窗转速跟 踪分析的升速过程中当转速为1656转/分时的谐次幅值谱，可以 看出两者除0.5谐次误差达144.6%（理论分析这一谐次为主瓣 干涉）外，各谐次幅值误差最大不超过3%，考虑到升速是不稳 定工况，这个误差已经是很小了。
发动机扭振测试技术


1 发动机扭振信号测试方法和处理系统
2 提高扭转振动稳态信号处理精度和速度的方法


3 提高扭转振动瞬态信号处理精度的方法
4 发动机扭转分析实例
各种机械设备的传动轴系，会因机械或电气、 动力或负荷等方面的原因发生短暂或持续的转矩波 动或振荡，从而使旋转轴系产生扭转振动，扭振产 生的扭转应力会使轴系各断面受到交变的剪切应力， 导致轴系材料的疲劳积累，从而缩短其工作寿命， 轻则引起较大的噪声并加速零件的磨损，重则导致 轴系的破损，引起事故，造成严重的后果。
(d)稳态4.5至6谐次
某船用柴油机在稳态和升速（瞬态）下的扭振
由于发动机存在较大幅值的低频滚振等非周期信号，这种 信号是由径向振动对扭转振动的影响而产生低频干扰信号，其 幅值和频率都在变化的(参见图(a))，且振幅较大。直接采用传 统转速跟踪分析方法分析这种信号，由于所分析第一谐次的频 率成分非常靠近低频干扰的滚振频率成分，产生主瓣干涉现象， 造成较大的幅值分析误差；由于不能加窗，其余各谐次幅值也 会因受到旁瓣干涉而产生较大误差。精确的提取各谐次幅值是 扭振信号处理的核心，传统转速跟踪分析方法，由于主瓣及旁 瓣干涉的影响，不能用加窗方法来提高分析精度，因而不能用 来分析带有滚振等低频干扰频率成分的发动机时变瞬态扭振信 号。采用第9.6.2节的将采样频率降低一倍，使一次采样样本所 包含的整周期数扩大一倍，加Hanning窗进行转速跟踪分析的 方法，避免了加窗产生的主瓣干涉，大大降低了低频干扰成分 旁瓣干涉带来的影响，提高了扭振分析精度。
(a)稳定转速时三点卷积校正幅值谱
(b)升速过程中加Hanning窗转速跟 踪分析谐次谱
某船用柴油机频谱和阶次谱
图为该发动机升速(瞬态)及稳速测量的有关谐次扭振曲线 图，将两图相比可知，除0.5谐次扭振曲线外，其余各谐次曲 线都一致 。
(a)瞬态0.5至2谐次
(b)瞬态4.5至6谐次
(c)稳态0.5至2谐次
(2) 发动机扭振特性曲线的瞬态测试方法
发动机扭振特性曲线的瞬态测试方法的优点是测量的转速间隔密， 测量时间短，一般几分钟就能完成全部测试分析工作。缺点是测量 转速的负荷不可以任意确定。
二 DASN扭振信号处理系统简介
图为DASN扭振信号处理系统组成框图，由扭振传感器、扭 振仪、DASN系统多功能接箱、计算机、DASN软件包和输出 显示设备。通过非接触式传感器测得的扭振角度经扭振仪处理 放大与转速脉冲一同输入DASN多功能接口箱，经滤波和再次 放大后输入A/D板，然后由DASN发动机扭振信号处理系统软 件包的瞬态分析功能进行数据处理。
实 验 分 析 组 成 框 图
图为DASN扭振信号处理系统软件包的结构框图，系统 由稳态信号分析、瞬态信号分析、曲线拟合和图形结果回放 几大模块组成。
在DASN扭振信号处理系统中，稳态分析 采用三点卷积幅值校正法提高各谐次频率成 分的幅值精度，采用一次批处理全部分析出 各转速下的各谐次幅值以提高稳态信号分析 精度。在瞬态信号分析中，采用9.6.2节中介 绍的将采样频率降低一倍，使一次采样样本 所包含的整周期数扩大一倍，加Hanning窗 进行转速跟踪分析的方法，提高了扭振分析 精度。