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转子不平衡的故障机理与诊断(1)转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的故障。
据统计，旋转机械约有一半以上的故障与转子不平衡有关。
因此，对不平衡故障的研究与诊断也最有实际意义。
一、不平衡的种类造成转子不平衡的具体原因很多，按发生不平衡的过程可分为原始不平衡、渐发性不平衡和突发性不平衡等几种情况。
原始不平衡是由于转子制造误差、装配误差以及材质不均匀等原因造成的，如出厂时动平衡没有达到平衡精度要求，在投用之初，便会产生较大的振动。
渐发性不平衡是由于转子上不均匀结垢，介质中粉尘的不均匀沉积，介质中颗粒对叶片及叶轮的不均匀磨损以及工作介质对转子的磨蚀等因素造成的。
其表现为振值随运行时间的延长而逐渐增大。
突发性不平衡是由于转子上零部件脱落或叶轮流道有异物附着、卡塞造成，机组振值突然显著增大后稳定在一定水平上。
不平衡按其机理又可分为静失衡、力偶失衡、准静失衡、动失衡等四类。
二、不平衡故障机理设转子的质量为M，偏心质量为m，偏心距为e，如果转子的质心到两轴承连心线的垂直距离不为零，具有挠度为a，如图1-1所示。
图1-1 转子力学模型由于有偏心质量m和偏心距e的存在，当转子转动时将产生离心力、离心力矩或两兼而有之。
离心力的大小与偏心质量m、偏心距e及旋转角速度ω有关，即F＝meω2。
众所周知，交变的力（方向、大小均周期性变化）会引起振动，这就是不平衡引起振动的原因。
转子转动一周，离心力方向改变一次，因此不平衡振动的频率与转速相一致，振动的幅频特性及相频特性。
三、不平衡故障的特征实际工程中，由于轴的各个方向上刚度有差别，特别是由于支承刚度各向不同，因而转子对平衡质量的响应在x、y方向不仅振幅不同，而且相位差也不是90°,因此转子的轴心轨迹不是圆而是椭圆，如图1-2所示。
由上述分析知，转子不平衡故障的主要振动特征如下。
(1) 振动的时域波形近似为正弦波（图1-2）。
转子动态不平衡响应和振动信号的分析作者：李衔生来源：《科技与创新》2014年第17期摘要：根据转子系统的不平衡响应研究，运用动态平衡理论和转子动力学方程对转子不平衡响应的特性进行了分析，以供实践应用参考。
关键词：转子系统；动态不平衡响应；振动信号；模式滤波法中图分类号：TH113 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）17-0028-02转子系统是大型旋转设备的重要部件，在复杂结构动力分析中，因不平衡响应是由转子质量不平衡所引起的，所以，深入分析各种转子的不平衡动态响应是十分必要的。
转子动力学是研究旋转机械在旋转状态下的振动、平衡和稳定性的一门学问，其中，包括对动态响应、转子稳定性和动平衡参数的研究。
目前，研究变转速状态下转子不平衡动态响应的资料很少，导致很多人还不知道旋转设备在共振时会产生很大的震动，如果振幅过大，就会损害转子系统和支撑设备，严重的会造成轴断裂，因此，在旋转机械的动态研究中，转子动力学的分析是极其重要的。
1 动态平衡理论振动是旋转机械发生故障的主要原因之一。
一般情况下，不允许转子在临近转速附近运转，因为这样运转会产生很大的振动应力，轻则引起机械设备内部的碰撞、摩擦，重则造成轴承损坏甚至转子弯曲，进而导致整个设备无法使用。
动态平衡理论是对转子系统不平衡响应的规律性认识。
通过动平衡测试，从转子动态的振动信号中提取不同的特征信息，可以降低设备的故障率和保证设备的正常运行。
可以通过了解各种动平衡技术的适用参数范围和变量关系选择合适的动平衡方法。
研究发现，转子支承的阻尼越大，动态响应和稳态响应的差异就越明显，因此，不平衡响应受支承阻尼的影响很大；较大的转速波动会使转子动态不平衡响应与稳态响应产生明显的差异，因此，必须在转子动平衡的研究中对该现象加以分析。
2 转子动力学方程的理论基础转子动力学方程是建立在转子系统稳态和动态不平衡响应数值上的仿真模型，可从动平衡技术的角度出发，对各种典型转子系统的稳态和动态不平衡响应进行理论分析。
高速齿轮转子系统质量不平衡响应分析万方数据万方数据第３期张坤，等：高速齿轮转子系统质量不平衡响应分析５５（ａ）高速端齿轮（ｂ）低速端齿轮图４质量不平衡量为Ｏ时的齿轮中心轨迹由于实际中质量不平衡的齿轮转子未知，可分别在高速端齿轮、低速端齿轮以及二者同时施加质量不平衡量，得齿轮中心轨迹见图５～７．．詹。
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磐吵ｏＬｌ（ａ）高速端齿轮（ｂ）低速端齿轮图５在高速端齿轮施加质量不平衡量时的齿轮中心轨迹１８一１６ｌ１４圣１２引６２３４５ｘ／ＩＯ－３ｍｍ（ａ）高速端齿轮ｘ／ｍｍ一３４０００７—３４０００３－３３９（ｂ）低速端齿轮ｌ三畏图６在低速端齿轮施加质量不平衡量时的齿轮中心轨迹州＾。
－／ｌｏ０３，＾００Ｉ肼嘲！ｏｏＰ吲潞＾，∞１１～矿言毒ｂ≤（ａ）高速端齿轮（ｂ）低速端齿轮图７在高速端和低速端齿轮同时施加质量不平衡量时的齿轮中心轨迹由图４—７可知，在耦合齿轮转子系统中，质量不平衡响应仅在施加质量不平衡量的转子上表现得比较明显，而对其耦合转子的响应影响不是很大；在高速端和低速端齿轮同时施加相等的质量不平衡量时，高速端齿轮中心的质量不平衡响应大，最大涡动幅值为０．０３６ｍｍ，低速端齿轮中心最大涡动幅值为０．００３Ｉｎｌｎ，在设计时须提高高速轴的动平衡精度；在高速端和低速端齿轮上同时施加质量不平衡量时，系统的响应为分别在其上施加质量不平衡量时响应的叠加，与文献［６］结论一致．２．３质量不平衡量大小对齿轮耦合质量不平衡响应的影响由第２．２节的分析可知，在耦合齿轮转子系统中，高速端齿轮中心的不平衡响应大，因此分析在高速端齿轮施加不同大小质量不平衡量引起的系统质量不平衡响应．分别在高速端齿轮上施加不平衡量０，０．０４ｋｇ?ｍ和０．４０ｋｇ?ｍ，得高速端齿轮中心轨迹见图８．高速端齿轮中心最大涡动幅值与质量不平衡量大小的关系见表２．１６言１４一年１２墨１０≮８６ｘ／ｌＯ一３ｍｍ（ａ）质量不平衡量为０（ｂ）质量不平衡量为０．０４ｋｇ?ｍｊ凭、。
转子动力学基础转子动力学基础一、转子系统基本理论转子动力学是研究转子系统运动规律的科学，主要关注旋转机械中转子的平衡、稳定性、振动以及支承等问题。
转子动力学在航空、能源、化工等领域有广泛应用。
二、转子平衡转子平衡是确保转子系统稳定运行的关键步骤。
不平衡会导致转子在旋转时产生振动，进而影响整个机械的性能。
转子平衡通常分为静平衡和动平衡两种。
静平衡是检查转子质量是否分布均匀，而动平衡则是检查转子质量与转动惯量是否匹配。
三、转子稳定性分析转子的稳定性是评估转子系统性能的重要指标。
不稳定转子在运行过程中会出现大幅振动，影响机械的正常运行。
转子稳定性分析通常涉及对转子系统的动力学模型进行稳定性分析，以确定转子在不同工况下的稳定性状态。
四、临界转速计算临界转速是指转子系统发生共振的转速。
当转子的转速接近临界转速时，系统会出现剧烈的振动。
因此，临界转速的计算对于避免共振和保证转子系统的安全运行具有重要意义。
临界转速的计算方法有多种，如试验法和解析法等。
五、转子振动分析转子振动是评估转子系统性能的重要参数。
通过对振动信号的分析，可以了解转子的状态，如不平衡、不对中、松动等。
振动分析的方法包括频谱分析、波形分析等，可以为故障诊断和维护提供依据。
六、支承与润滑系统设计支承和润滑系统是保证转子系统正常运行的重要环节。
支承系统的主要功能是承受转子的重量和产生的离心力，而润滑系统的功能是减少摩擦和磨损，保证转子正常运行。
因此，合理设计支承和润滑系统对于提高转子系统的可靠性和寿命至关重要。
七、故障诊断与维护故障诊断与维护是保证转子系统长期稳定运行的关键措施。
通过监测和分析转子系统的运行状态，可以及时发现潜在的故障并采取相应的维护措施。
常用的故障诊断方法包括振动监测、声发射监测等。
此外，对转子系统的定期维护和保养也是保证其正常运行的重要措施。
八、转子动力学实验技术实验技术是验证和改进转子动力学理论的重要手段。
通过实验可以观测和分析转子系统的各种现象，如不平衡响应、振动模式等。
转子系统不平衡响应的逆向分析刘翠红;王克明;夏锟;石峰【摘要】Vibration fault caused by unbalance is the most common fault for aero-engine,and the calculation and analysis of unbalance response is significant for the practical engineering application. According to the a-nalysis method of rotor unbalance response excited by one disc and more discs,a reverse method of the com-mon unbalance response analysis,i. e. displacement excitation method was proposed. This method analyzes rotor unbalance by controlling one disc or more discs response displacement. The response displacements of the discs excited by unbalance and the response of the discs excited by the response displacements of unbal-ance discs were compared and analyzed. The results show that the response displacement of each disc is i-dentical for the two types of excitation at the same rotating speed. In order to prevent the rubbing caused by overlarge deflection of rotor,the maximum allowable unbalance is obtained by the displacement restriction method according to the unbalance responses of rotor and unbalance distribution of the discs.%不平衡引起的振动故障在航空发动机故障中最为常见，对不平衡响应进行计算分析在实际工程应用中具有重要意义。
转子动力学不平衡响应
转子动力学是研究转子在旋转过程中的振动和不平衡响应的学科。
在实际工程中，转子的不平衡响应是一个重要的问题，它会导致转子系统产生振动、噪音甚至失效。
因此，对转子动力学不平衡响应进行深入研究具有重要的理论和实际意义。
转子动力学不平衡响应是指转子在旋转过程中由于不平衡而产生的振动响应。
不平衡是指转子的质量分布不均匀，导致转子在旋转时产生的离心力不平衡。
这种不平衡力会引起转子系统的振动，进而影响系统的稳定性和工作性能。
转子动力学不平衡响应的研究主要包括以下几个方面。
需要确定转子系统的动力学模型。
转子系统可以看作是一个刚体，其运动可以用欧拉方程来描述。
在建立动力学模型时，需要考虑转子的几何形状、材料性质、支承方式等因素，以及考虑外部载荷的影响。
通过建立合理的动力学模型，可以准确地描述转子在旋转过程中的运动规律。
需要确定转子系统的振动特性。
振动特性包括转子的固有频率、振型和振幅等。
固有频率是指转子系统在没有外部激励时自由振动的频率，它与转子的几何形状和材料性质有关。
振型是指转子系统在固有频率下的振动形态，它反映了转子的振动分布情况。
振幅是指转子系统在受到外部激励时的振动幅度，它与外部激励的幅值和频
率有关。
通过研究转子系统的振动特性，可以了解转子系统的固有特性和受到外部激励时的响应情况。
然后，需要进行转子系统的动力学分析。
动力学分析是指通过求解转子系统的运动方程，得到转子在旋转过程中的振动响应。
在动力学分析中，需要考虑转子的不平衡力、支承刚度、阻尼等因素对转子系统的影响。
通过动力学分析，可以得到转子系统的振动响应曲线，进而评估转子系统的稳定性和工作性能。
需要进行转子系统的振动控制和优化设计。
振动控制是指通过采取一定的措施，减小转子系统的振动响应。
常用的振动控制方法包括增加转子的刚度、改变支承方式、使用阻尼器等。
优化设计是指通过优化转子的几何形状、材料性质和支承参数等，使转子系统的振动响应达到最优。
通过振动控制和优化设计，可以提高转子系统的工作性能和使用寿命。
转子动力学不平衡响应是一个重要的研究领域，对于提高转子系统的工作性能和使用寿命具有重要意义。
通过对转子系统的动力学模型、振动特性、动力学分析以及振动控制和优化设计的研究，可以深入了解转子系统的振动行为，为实际工程提供理论指导和技术支持。
