不平衡激励下的转子碰摩故障诊断方法研究

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）。

旋转机械转子不平衡故障的诊断分析作者：马超来源：《中国高新技术企业》2014年第15期（湖南中烟工业有限责任公司吴忠卷烟厂，宁夏吴忠 751100）摘要：由于转子部件的质量产生偏心或者转子部件出现了缺损，导致了转子不平衡，这是一种旋转机械中最为常见的故障。

根据相关统计显示，有一半以上的故障与转子不平衡有关，对于旋转机械的影响非常大。

文章对目前旋转机械转子不平衡的故障诊断进行了分析。

关键词：旋转机械；转子不平衡；故障诊断；弯曲故障中图分类号：TF307文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）22-0051-02近年来的工业化生产中，各种设备以及机械存在着一种非常明显的趋势，功能原理越来越多样化，而且设备大型化与连续化也非常突出，因此提高了生产效率，降低了生产成本，对于设备的工艺目标可以通过较低的消耗来实现。

但是机器设备一旦发生故障就会产生非常严重的后果，有时候甚至是灾难性的后果。

目前选择机械转子不平衡故障非常常见，为了有效地保障设备的安全可靠运行，对于其中存在的故障进行诊断将是非常关键的，现代化生产中不能局限于事故后的维修，更要进行故障前的诊断，因此对于旋转机械的转子不平衡故障的研究与诊断是非常有现实意义的。

1不平衡的原因1.1不平衡的原理由于转子受到材料质量在分布、加工以及误差和装配技术等长期运行中产生的各种不均匀磨损和腐蚀，进而形成的质量中心与旋转中心之间存在一定的偏心距，在工作过程中转子会长期受到周期性的离心力的干扰，动荷载对于轴承产生干扰，引起机器振动这种不规律的现象。

1.2故障的特征一般来说转子不平衡的故障引起的特征包括如下几个方面：首先，转子以及轴承由于不平衡故障会发生径向振动，转速频率在转子径向测点的频谱图上有着非常突出的峰值；其次，转速频率的告辞谐波具有很低的幅值，时域上的特征体现为波形接近于一种正炫波；再次，轴心轨迹由于转子与截面处相互垂直的俩个径点测振点之间，左右是相位差，因此成一个椭圆形或者圆形。

Ξ转子系统碰摩行为的研究孙政策徐健学龚璞林(西安交通大学非线性动力学研究所西安, 710049)摘要应用非线性动力学现代理论对一个带间隙转子系统的数学模型进行了研究, 通过以转速比变化为参数的分岔图发现: 在超临界转速下存在完整的间隔混沌、周期加分岔序列, 即系统在周期运动与混沌运动之间交替, 且周期加一、周期数与临界转速的倍数对应相等; 在转速小于临界转速时, 各个连续阶次谐运动的转换区分别都出现了经由一个倍周期分岔直接导致的混沌频带, 后又直接由一个逆倍周期分岔转化为周期一的现象。

同时还揭示了阻尼对系统谐波振动幅值和转换区混沌频带宽的抑制作用, 以及非线性刚度对混沌频带的抑制和对谐波响应幅值的促进作用。

提出设计转子系统时应适当增加阻尼和选材时综合考虑系统的动力学特性, 系统提高转速时, 转速不要在转换区滞留太长及工作转速尽量不要选在系统的临界转速的倍频上等建议, 这些都对减小系统故障发生率和提高系统动力学特性有重要意义。

关键词: 非线性理论; 混沌; 分岔; 碰撞; 转换区中图分类号: O 322间隙是机械结构设计不可避免的现象, 它可以使运动构件的连接部分产生磨损和松动, 甚至由于运动件之间的碰撞造成机械故障。

对于高速转子系统, 定子和转子之间间隙产生的碰撞是系统经常发生的故障之一。

间隙是产生转子系统数学模型非线性成分的主要原因之一, 由于它的存在, 转子系统在运动时可能发生碰撞, 这一故障的产生使系统具有非常复杂的振动现象, 不仅包括周期分量—同频、倍频、分频, 而且也包括拟周期和混沌运动。

全面系统地研究间隙转子系统的动力学特性, 包括拟周期运动与混沌运动以及分岔现象, 可以为更准确地诊断这一故障和改善系统的动力学特性提供理论依据。

由于间隙造成的系统动力学行为的复杂性, 许多学者对其进行了研究。

1973 年, Ko b r i n sh y 1 讨论了在振动冲击系统中多种周期响应的存在性, T om p so n 2 和Gh affa r i注意到: 当有周期性的激励存在时, 系统可以产生相当规则和有序的响应, 也可以产生完全混沌的响应。

《不对中和碰摩耦合故障下转子系统动力学分析》篇一一、引言转子系统是众多机械设备中的核心部分，其稳定性和动力学特性直接关系到设备的运行效率和安全性。

在实际运行中，转子系统常常会遇到不对中（Misalignment）和碰摩（Rubbing and Contact）等故障问题。

这些故障不仅会降低系统的运行效率，还可能引发严重的安全事故。

因此，对不对中和碰摩耦合故障下的转子系统动力学分析显得尤为重要。

本文旨在探讨不对中和碰摩耦合故障对转子系统动力学特性的影响，为实际工程应用提供理论支持。

二、不对中故障下的转子系统动力学分析不对中故障是转子系统中常见的故障之一，主要表现为转子轴线之间的角度偏差或平行度偏差。

这种偏差会导致转子系统产生额外的弯矩和剪切力，从而影响系统的动力学特性。

首先，我们建立不对中故障下转子系统的动力学模型。

通过引入不对中参数，描述了转子系统的运动方程。

然后，利用数值模拟方法，对不同不对中程度下的转子系统进行了动力学分析。

结果表明，随着不对中程度的增加，转子系统的振动幅度和频率都会明显增加，从而降低了系统的稳定性。

三、碰摩故障下的转子系统动力学分析碰摩故障是另一种常见的转子系统故障，主要表现为转子与定子之间的接触或摩擦。

这种接触或摩擦会导致转子系统产生局部高温、磨损甚至损坏。

在碰摩故障下，我们同样建立了转子系统的动力学模型。

通过引入碰摩力，描述了转子系统的运动方程。

通过数值模拟和实验验证，我们发现碰摩故障会导致转子系统的振动模式发生改变，产生高频振动和低频波动。

此外，碰摩还会导致转子系统的能量损失和效率降低。

四、不对中与碰摩耦合故障下的转子系统动力学分析在实际工程中，不对中与碰摩往往同时存在，形成耦合故障。

这种耦合故障对转子系统的动力学特性产生更为复杂的影响。

在不对中与碰摩耦合故障下，我们综合分析了两种故障对转子系统的影响。

通过建立更为复杂的动力学模型，描述了转子系统的运动方程。

结果表明，耦合故障会导致转子系统的振动更加剧烈，出现多种振动模式共存的现象。

航空发动机转子不平衡下转静碰摩试验分析发布时间：2022-01-05T09:15:50.398Z 来源：《中国科技人才》2021年第21期作者：赵丹[导读] 据笔者调查研究显示，航空发动机转子不平衡问题的主要原因为发动机的风车不平衡所导致的。

湖南机场股份有限公司长沙机场分公司机务保障部 410137摘要：近年来，随着我国社会经济及社会科技的发展，我国航空领域也得到了快速的发展。

然而，在航空领域发展的过程中发现，航空发动机转子不平衡问题会导致发动机风车受到严重的损伤，极有可能引发较大的安全事故，因此，开展对航空发动机转子不平衡的研究尤为重要。

基于此，本文展开了对航空发动机转子不平衡下转静碰摩试验分析，希望对相关人员有所启示。

关键词：航空发动机转子；不平衡状态；转静碰摩试验；风车引言：据笔者调查研究显示，航空发动机转子不平衡问题的主要原因为发动机的风车不平衡所导致的。

当发动机的风车受外力作用下，风车会处于一种持续运转的不平衡状态，这就导致风车很容易受到损伤，并与发动机产生转静碰摩，这严重影响了航空发动机的正常使用。

因此，本文开展了对航空发动机转子不平衡下转静碰摩试验分析，在分析了模拟转子试验模型后对试验验证进行了分析，故而具有较大的可靠性。

1、航空发动机转子不平衡下转静碰摩概述近年来，随着我国航空领域的不断发展，我国的航空工业也得到了快速的发展，为了满足航空领域的发展需求，发动机的推质比越来越高，发动机的性能越来越好，这对我国航空事业的发展起到了不小的推动性力量。

就目前情况而言，我国航空工业为了能够使得发动机能够更好的为航空器提供动力来源，选择不断增加发动机叶片的尺寸，致使大涵道比涡扇发动机叶片尺寸越来越大。

从正反两面来讲，这虽然能在一定程度上提高发动机的运行能力，但这也会导致发动机对叶片、转子的依赖性进一步增强。

叶片一旦出现问题，将会对整个发动机产生较为严重的影响。

在实际发动机使用的过程中，由于会受到多种外界的干扰因素导致发动机的运行稳定性不佳，如气流、鸟撞等问题都会导致发动机受到损伤，更为严重时也会导致发动机叶片掉落，致使发动机的风车处于不平衡的运动状态，而此时发动机的风车将会产生碰摩，这就给整个航空器的使用安全性带来了严重的影响。