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旋转机械振动与故障诊断研究综述1．前言工业生产离不开回转机械，随着装置规模不断扩大，越来越多的高速回转机械应用于工业生产，诸如高速离心压缩机、汽轮机发电机组。
动态失稳造成的重大恶性事故屡见不鲜。
急剧上升的振动可在几十秒之内造成机组解体,甚至祸及厂房，造成巨大的经济损失和人员伤亡。
此外，机械振动可能降低设备机械性能，加速机械零部件的磨损，发出的噪声损害操作者的健康。
但是振动也能合理运用，如工业上常用的振动筛、振动破碎等都是振动的有效利用。
工程技术人员必须认真对待机械振动问题，当机组产生有害的振动时，及时分析原因，坚持用合理的振动测试标准，采取科学的防治措施。
2．旋转机械振动标准●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。
Ⅱ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。
Ⅲ类：为刚性或重型基础上的大型旋转机械，如透平发电机组。
Ⅳ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。
3．振动产生的原因旋转机械振动的产生主要有以下四个方面原因，转子不平衡，共振，转子不对中和机械故障。
4．旋转机械振动故障诊断4.1转子不平衡振动的故障特征当发生不平衡振动时，其故障特征主要表现在如下方面：1 ）不平衡故障主要引起转子或轴承径向振动，在转子径向测点上得到的频谱图, 转速频率成分具有突出的峰值。
2 ）单纯的不平衡振动，转速频率的高次谐波幅值很低，因此在时域上的波形是一个正弦波。
3 ）转子振幅对转速变化很敏感，转速下降，振幅将明显下降。
4 ）转子的轴心轨迹基本上为一个圆或椭圆，这意味着置于转轴同一截面上相互垂直的两个探头，其信号相位差接近90°。
超高速旋转机械的动力学性能分析超高速旋转机械在现代工业中扮演着重要的角色，如飞机涡轮发动机、离心压缩机等。
它们的功能与性能直接影响到机械设备的运行效果。
为了确保这些机械的安全可靠运行，对其动力学性能进行全面分析是必要的。
首先，超高速旋转机械的静不平衡问题是一个关键因素。
静不平衡是指质量分布不均匀，使得机械在旋转过程中产生和传播振动力的现象。
静不平衡会导致旋转机械的振动加剧，进而削弱结构强度，甚至引发机械的故障。
因此，要保证机械的动力学性能，必须对其静不平衡问题进行定位和校正。
其次，超高速旋转机械在高速运动过程中，会产生离心力和惯性力，对机械的结构和工作性能造成影响。
离心力会使机械产生变形和应力集中的问题，从而降低机械的强度和耐久性。
而惯性力则会对机械的运动状态产生冲击和扰动，进一步影响机械的稳定性和可靠性。
因此，在超高速旋转机械的设计和优化过程中，考虑离心力和惯性力对机械的影响是十分重要的。
此外，超高速旋转机械的动力学性能还受到气体动力学效应的影响。
由于机械的高速旋转，会产生较大的气体动压力和气动力矩，这对机械的稳定性和运行效果造成一定的挑战。
因此，在设计和制造超高速旋转机械时，需考虑气体动力学效应对机械的影响，并通过合理的结构和控制手段予以解决。
另外，超高速旋转机械的动力学性能也涉及到机械的轴承和润滑系统。
在高速旋转过程中，轴承要承受较大的径向力和轴向力，其摩擦、磨损和热量产生会导致机械的能量损耗和系统效率的降低。
同时，润滑系统的设计和运行状态对机械的摩擦、冷却和清洁起着至关重要的作用。
因此，对超高速旋转机械的轴承和润滑系统进行动力学性能分析，并进行有效的设计与优化，对提高机械的工作效率和可靠性具有重要意义。
综上所述，超高速旋转机械的动力学性能分析是现代工业中的一个重要研究方向。
通过对静不平衡问题、离心力和惯性力、气体动力学效应以及轴承和润滑系统的分析，可以有效提高机械的工作效率和可靠性，确保其安全稳定地运行。
高速旋转轴系的扭振模态实验研究1 引言对于旋转机械，扭转振动是广泛存在的，而对高速旋转机械来说，这种现象也更加明显。
现在广泛使用的扭振测量方法有相位差法、激光多普勒测扭法以及脉冲时序法，这些方法有一个共同点，就是要求待测轴上已经安装有分度结构或者有足够空间用于安装测量齿盘[1]。
而在高速旋转机械中，旋转轴往往在非常复杂的工况下运行，例如充满润滑油的变速齿轮箱，在这种高温复杂并且充满干扰的环境下是不可能用传统方法进行测量的，无论是定位元件的安装以及传感器的抗干扰性都很难保障。
虽然脉冲时序法克服了齿盘分度不均匀的影响，测量精度也较高，但是这种方法对待测轴系有严格的要求：轴的长度必须具有一定跨度来安装多个传感器；并且轴上必须安装有轮盘或者有足够的空间可以安装轮盘[2]。
对于本论文中待测的传动轴来说，大部分轴段是在密封环境中使用的，而暴露在外的轴段没有足够空间安装分度轮盘，这个时候就需要改进测试方法，选用更加节省空间的测试方法。
结合上文的介绍，本论文采用了试验台对旋转轴的扭振特性进行研究，在传感器方面，选用了美国ATI 公司的2000 系列遥测扭振传感器，一方面考虑到它的无线信号传送的优点，既传感器测得的信号不需要线材就可以很好的被接收器接收。
这样不仅很好的解决了测量高速旋转轴扭振时信号线难的问题，同时也避免了传统脉冲时序法对轴系形式有特定要求的弊端。
另一方面，因为该传感器采用了对称布置的双加速度传感器结构，所以很好消除了重力以及径向加速度的影响。
在试验中，利用现有高速旋转试验平台，用试验的方法得到了待测轴的扭振一阶固有频率，同时，利用Ansys 仿真软件计算出待测轴的模态参数，通过和实验数据的对比，证明了扭振测试系统的准确性和可靠性。
2 扭转振动测试系统扭振测试部分主要对被测旋转轴的扭转振动加速度参数进行测量。
示的是ATI 扭振传感器安装实物图：为保证扭振测试装置能够方便的安装、调整，整个测试装置设置在具有T 型滑动槽的工作平台上，同时，各传感器组件以及支架都可以方便的进行横向和纵向的位置调整，已获得更大的灵活性并满足不同传感器的安装位置要求。
旋转机械故障诊断技术的研究现状及发展趋势摘要:随着现代工业技术的不断发展, 越来越多的旋转机械被应用到企业的生产中,这对旋转机械故障诊断技术的研究也不断提出新的要求。
本文对旋转机械故障诊断技术的内容进行了介绍, 并对国内外旋转机械故障诊断的发展现状进行了详细论述, 最后对其发展趋势进行了展望。
关键词:旋转机械; 故障诊断; 现状; 发展趋势0、引言机械故障诊断技术是指通过对设备在运行中状态信息的处理和分析, 结合诊断对象的历史状况, 识别设备及其部件的实时技术状况, 并预知有关异常、故障和预测其未来技术状况, 从而确定必要对策的技术, 是一门以近代数学、电子计算机理论与技术、自动控制理论、信号处理技术、仿真技术、可靠性理论等有关学科为基础的、应用型的多学科交叉的边缘学科。
1、国内外研究发展状况1.1 基于专家系统的诊断方法基于专家系统的诊断方法的主要特点是可以方便地把运行人员的诊断经验用规则表示出来, 并允许在知识库中增加、删除或修改一些规则, 以确保诊断系统的实时性和有效性, 同时还能够给出符合人类语言习惯的结论, 并具有相应的解释能力等。
专家系统在实际应用中仍然存在以下主要缺陷: 建立知识库及验证其完备性比较困难; 容错能力较差,缺乏有效的方法识别错误信息; 大型专家系统的知识库的维护难度很大; 专家系统在复杂故障诊断任务中会出现组合爆炸和推理速度慢的问题。
尽管目前的专家系统及其开发工具有了较大的发展, 但投入实际运行的专家系统并不多, 且效率较低, 问题求解能力更有待进一步提高。
因为目前的专家系统主要是模拟某一领域中求解特定问题的专家的能力, 而在模拟人类专家协作求解方面很少或几乎没有做什么工作。
然而在现实世界中, 协作求解是相当普遍的。
其次, 目前开发的专家系统的规模越来越大, 并且十分复杂。
这样就要求将大型专家系统的开发变成若干小的、相对独立的专家系统来开发, 而且需要将许多不同领域的专家系统联合起来进行协作求解。
高速永磁电机机组轴系振动研究王天煜;王凤翔;方程【摘要】高速电机由于体积小、功率密度大和效率高等优点,符合节能减排经济发展需要,成为电机领域的研究热点之一.在高速旋转机械中,转子振动将逐渐成为制约电机正常运行的瓶颈.因此,研究电机的振动特性对于电机的高速可靠运行是非常必要的.电机转子振动的来源主要包括偏心产生的离心力和不平衡磁拉力,本文采用有限元及Newmark积分法计算转子在不平衡力作用下非线性不平衡响应,用样机振动实验验证计算方法的正确性,通过机组振动实验分析轴系振动产生的原因.研究表明,电机的振动主要为离心力产生基频振动及由于转子动偏心产生的10倍频不平衡磁拉力的振动；其次是2倍频的振动.根据振动产生的主要原因提出相应减小振动的措施.%The high speed machinery, due to its small size, high power density, high efficiency and being able to meet the economy development needs of low-carbon and energy saving, is one of the great concerns in electrical engineering. Vibration is the bottleneck of stable operation of high-speed machinery. The vibration sources of rotor in permanent magnet ( PM) machine include mainly the centrifugal force generated by eccentricity and the unbalanced magnetic pull. The FEA combined with Newmark method was used to calculate the non-linear unbalance response due to unbalanced forces. The simulation results for vibrations under different frequencies were verified by tests. Studies show that the vibration frequency components of the machine are mainly the fundamental frequency component caused by eccentricity and the component of 10 times the fundamental frequency due to unbalancedmagnetic pull caused by dynamic eccentricity. Vibration amplitude of double frequency component is more significant. The corresponding measures to reduce vibration were proposed accordingly.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2011(030)009【总页数】5页(P111-115)【关键词】高速电机;非线性振动;不平衡响应;不平衡磁拉力;有限元法【作者】王天煜;王凤翔;方程【作者单位】沈阳工程学院机械工程系,沈阳110136;沈阳工业大学电气工程学院,沈阳 110870;沈阳工业大学电气工程学院,沈阳 110870【正文语种】中文【中图分类】TG4高速电机由于转速高，体积小，功率密度大等优点，符合当前低碳经济发展需要，已成为电机领域的研究热点之一［1－3]。
《旋转机械故障诊断与预测方法及其应用研究》篇一一、引言旋转机械广泛应用于各种工业领域，如风力发电、航空航天、交通运输等。
然而，由于长时间运行和复杂的工作环境，旋转机械经常会出现各种故障，如轴承磨损、齿轮断裂等。
这些故障不仅影响设备的正常运行，还可能导致严重的安全事故。
因此，对旋转机械进行故障诊断与预测显得尤为重要。
本文将介绍旋转机械故障诊断与预测的方法及其应用研究。
二、旋转机械故障诊断与预测方法1. 基于振动信号分析的方法振动信号分析是旋转机械故障诊断与预测的常用方法。
通过传感器采集设备的振动信号，对信号进行时域、频域和时频域分析，可以提取出设备运行状态的特征信息。
当特征信息超过设定的阈值时，即可判断设备存在故障。
此外，还可以通过对比历史数据，预测设备未来可能出现的故障。
2. 基于声音信号分析的方法声音信号分析是另一种有效的故障诊断与预测方法。
通过采集设备的声波信号，对信号进行频谱分析和声强分析，可以判断设备的运行状态和故障类型。
该方法具有非接触式、实时性强的优点，适用于对复杂工作环境下的设备进行故障诊断。
3. 基于数据驱动的智能诊断方法随着人工智能技术的发展，基于数据驱动的智能诊断方法在旋转机械故障诊断与预测中得到了广泛应用。
该方法通过收集设备的运行数据，利用机器学习、深度学习等算法对数据进行训练和建模，实现对设备运行状态的监测和故障预测。
该方法具有准确度高、适应性强、可扩展性强的优点。
三、旋转机械故障诊断与预测方法的应用研究1. 在风力发电领域的应用风力发电是旋转机械的重要应用领域之一。
通过采用振动信号分析和声音信号分析等方法，可以对风力发电机组的齿轮箱、轴承等关键部件进行实时监测和故障诊断。
同时，采用基于数据驱动的智能诊断方法，可以实现对风力发电机组运行状态的预测和优化，提高设备的可靠性和效率。
2. 在航空航天领域的应用航空航天领域对设备的可靠性和安全性要求极高。
采用基于振动信号分析和声音信号分析等方法，可以对航空发动机、螺旋桨等旋转机械进行实时监测和故障诊断。
悬臂式SGCMG的高速转子的径向振动特性研究罗睿智;虎刚;王全武【摘要】悬臂式单框架控制力矩陀螺（SGCMG）的高速转子在运行过程中将会激发复杂的微幅高频振动，迄今对SGCMG的这种振动特性的认识既不准确也不完整。
首先，在线性假设的基础上分析了径向振动的来源---静动不平衡量所产生的离心力和力偶以及预紧轴承滚动面的几何误差产生的预紧力的波动；其次，在结构的基础上利用分析力学的方法得到了悬臂式高速转子的径向振动模型---相互耦合的二阶常微分方程组；最后，通过数值仿真和测试结果的对比验证了分析的合理性和模型的有效性。
%High-frequency vibrations excited by a high-speed rotor of a cantilevered single gimbal control moment gyroscope (SGCMG)have many negative effects on the attitude stability and other performances of some spacecrafts,for instance,an agile small satellite.The severe jitter usually includes some complex frequency components and reveals complicated dynamic characteristics,they are difficult to suppress thoroughly and to perceive exactly.Here,under a linear assumption,the high-speed rotor vibration sources were analyzed,they were found to be the static unbalance,the dynamic unbalance and the geometrical errors of preloading bearing rolling elements.According to the analytic mechanics theory,a dynamic model of a high-speed rotor of a cantilevered SGCMG was established based on its construction,it was a set of coupled second order ordinary differential equations.The facts that the analysis is reasonable and the model is feasible were verified by comparing the both results of the numerical simulation and the vibration tests.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】5页(P200-204)【关键词】单框架控制力矩陀螺;高速转子;动力学建模;高频振动【作者】罗睿智;虎刚;王全武【作者单位】北京控制工程研究所，北京100190; 空间智能控制技术重点实验室，北京 100190;中国长城工业总公司，北京 100195;北京控制工程研究所，北京100190【正文语种】中文【中图分类】V4小型悬臂式SGCMG(主要由高速转子、连接支架和低速伺服系统构成)具有结构紧凑，输出力矩大，效率高等众多优点，而且在理论上还能输出大范围精细的控制力矩，因此它是敏捷卫星等航天器实现快速姿态机动的理想执行机构，但是在SGCMG运行的过程中伴随输出的微幅高频振动难以抑制，振动恶化了星上环境，降低了精密仪器(如高分辨率相机)的性能[1-4]。
—71—《装备维修技术》2021年第5期引言为了保证轴承生产各工序的正常进行和产品的质量要求，滚动轴承质量检测十分重要，它是保证成品轴承达到各种等级标准的手段。
减少由滚动轴承质量引起的设备故障产生的维修成本,从而需要轴承检测结果的准确性，因此滚动轴承检测方法的使用尤为重要。
目前国内出口欧洲的轴承、我国军方和航天工业均按照该方法进行轴承振动检测，为采购成品轴承的验收工作提供指导依据。
1.基本概念 1.1轴承振动：轴承内圈端面紧靠芯轴轴肩，并以某一恒定的转速旋转，外圈不转，承受一定的径向或轴向载荷时，其滚道中心的截面与外圈外圆柱面(最高点)相交处的轴承外圈的径向振动速度。
1.2轴承振动(速度)值：在一定转速和测试载荷下，选取轴承外圈外圆柱面圆周方向大致等距的三点进行测试，其低、中、高三个频带的振动速度的算术平均值即为该轴承在对应频带的振动(速度)值。
如果轴承需要正反两面测试，则取各频带(三点平均值)较高值为轴承在该频带的振动(速度)值。
1.3物理量和单位：被测轴承的振动物理量为轴承外圈的径向振动速度，单位为μm/s 。
2.测量和评定方法 将被测轴承安装到心轴上，使其内圈端面紧靠轴肩，若是圆柱滚子轴承，则应使内、外圈的两端面保持在同一平面内。
深沟球轴承，应分别进行正反两面测试。
N 型和Nu 型圆柱滚子轴承，将基准面朝心轴轴肩方向安装测试，在测试过程中应保证套圈不产生轴向位移。
在轴承外圈上施加一定的轴向或径向载荷，其载荷大小按GB/T24610标准的规定。
轴承振动(速度)的评定方法：在50～10000Hz 频率范围内，轴承振动(速度)的三个测量频带详细规定见GB/T24610标准的其他部分。
时间平均方法：每一测点振动速度信号的测量时间应不少于0.5s ，待指针稳定后读数。
如果信号有波动，则取波动范围的中间值。
3.轴承质量等级的选用以检测轴承振动速度来划分轴承的质量等级。
从低到高分为V 、V1、V2、V3、V4五个质量等级;滚子轴承(圆柱、圆锥)质量等级从低到高为V 、V1、V2、V3四个质量等级。
燃气轮机中振动问题的分析与优化设计燃气轮机是一类常见的热力设备，广泛应用于电力、工业和航空领域等。
然而，现实生产过程中燃气轮机的振动问题成为了制约其性能和寿命的重要因素。
因此，探究其振动问题并进行优化设计是十分必要的。
一、燃气轮机的振动问题燃气轮机作为高速旋转机械，其运行状态下一定会产生振动，这是不可避免的。
同时，其振动也为我们提供了重要的机械信息。
振动可分为径向振动、轴向振动和周向振动三种类型。
其中，径向振动和周向振动对燃气轮机的运行稳定性影响较小，而轴向振动对其运行会造成比较大的影响。
首先，燃气轮机的转子系统会因受力不平衡而产生轴向振动，因此需要加装平衡质量来弥补受力不平衡的缺陷。
其次，燃气轮机在运行过程中会因受到摩擦力和流体动压力的影响而产生旋涡振动，这种振动会对转子系统和连接结构产生明显的影响，因此需要对其进行优化处理。
除此之外，燃气轮机还存在着共振问题。
共振是指振动系统在受到特定的激励时，振动幅度逐渐增加，直至达到最大值。
一旦发生共振，其对燃气轮机的破坏会十分严重。
因此，燃气轮机的设计中也要特别注意防止共振的发生。
二、燃气轮机振动问题的优化设计优化设计是为了减少燃气轮机振动幅度，提高其运行效率和寿命。
优化设计可以从以下几个方面进行考虑：1.设计燃气轮机的结构通过在设计过程中增加支撑点、调节旋涡振动、减小共振频率等方式，优化燃气轮机的结构，以提高其运行效率和稳定性。
在设计过程中需考虑到结构的刚度、资料的抵挡力、使用条件等因素，设计合理的结构和零件，以减少振动幅度。
2. 加装平衡质量加装平衡质量是为了减少燃气轮机受力不平衡而导致的振动。
在加装平衡质量时，应保证质心与机轴中心在同一直线上，并且不影响转子旋转平稳。
此外，应对平衡质量与旋转机械的固有频率进行匹配，以达到最佳防振效果。
3.改进转子系统改进燃气轮机的转子系统也是优化设计的一种方式。
通过使用新的轻量化材料来替换旧材料，改善转子设计，可以有效地减小燃气轮机振动幅度。
