单盘转子故障诊断报告(附MATLAB程序)

单盘转子故障诊断报告
1.数据：
Test1.txt，数据长度155648*6， 2组振动数据：第一、二列为测点1涡流传感器x、y振动数据；第三、四列为测点2涡流传感器x、y振动数据；第五列为转速脉冲信号（每转1个）；第六列为转速值（采集仪输出转速，可能不准确）；采样频率：2000*2.56HZ
实验转速：3300rpm
2.故障分类：
转子试验台常见故障类型有不平衡、不对中、松动、裂纹、碰摩等。

常见故障类型故障特征如下:
1、转子质量不平衡主要特征：
(1)一倍频率振动幅值大。

(2)出现较小的高次谐波，整个频谱呈所谓的“枞树形”。

2、转子不对中故障主要特征：
(1)从振动的时域波形上可以看出旋转基本频率的高次成分。

(2)从振动信号的频谱图上可以发现工频的高次分量，如2fr和3fr振动，尤其是2fr振动非常明显。

(3)当不对中比较轻微时，轴心轨迹呈椭圆形；当不对中故障达到中等程度时，轴心轨迹呈香蕉形；当不对中故障较严重时，轴心轨迹呈外“８”字形。

3、转子部件脱落主要特征有：
(1)转子部件脱落后，转子的振动频谱与质量不平衡时的振动频谱类似。

(2)转子部件脱落的前后，振动的幅值和相位突然发生变化。

(3)部件脱落一段时间后，振动的幅值和相位趋于稳定。

(4)轴心运动轨迹与质量不平衡时的轴心运动轨迹类似。

4、动静碰磨故障特征有：
(1)振动的时域波形特征：当转子发生碰磨故障时，振动的时域波形发生畸变，出现削波现象。

另外，在振动信号中有奇异信号。

(2)振动的频谱特征：由动、静部分碰磨而产生的振动，具有丰富的频谱特征。

振动有时还会随着时间发生缓慢的变化。

(3)轴心运动轨迹特征
①若发生的是整周碰磨故障，则轴心运动轨迹为圆形或椭圆形，且轴心轨迹比较紊乱。

②若发生的是单点局部碰磨故障，则轴心运动轨迹呈“８”字形。

③若发生的是多点局部碰磨故障，则轴心运动轨迹呈花瓣形。

(4)当转轴与静子发生碰磨时，会使转子产生振幅时大时小、振动相位也时大时小的旋转振动。

5、转子裂纹故障主要特征：
(1)由于裂纹的存在改变了转子的刚度，从而使转子的各阶临界转速较正常值要小，裂纹越严重，各阶临界转速减小得越多。

(2)由于裂纹造成刚度变化且不对称，从而使转子的共振转速扩展为一个区域。

(3)裂纹转子在做强迫响应时，一次分量的分散度较无裂纹时大。

(4)在恒定转速下，各阶谐波幅值及其相位不稳定，尤以二倍频最为突出。

辅助特征：
(5)裂纹转子引起的刚度不对称，使转子动平衡发生困难，往往多次试加平衡质量也达不到所要求的平衡精度。

3.分析步骤：
3.1转速分析：对第6列数据进行分析可得转速的时域和频域图，如图1所示
图1 转速时域和频域图
由图1可看出单盘转子转速较为稳定，可认为其是恒定转速。

3.2 测点1处x和y方向振动信号分析：绘制测点1处x和y方向振动信号时域
图如图2
图2 测点1处x和y方向振动信号图
由图2看出x和y方向振动幅值在9s左右明显变化，Y方向的振动位移明显比X方向大，由此可判断转子在此时发生了故障。

继续对x方向时域图进行局部放大如图3所示
图3 x方向时域局部放大图
由图可看出x方向时域波形产生了削波现象，由前文所列故障现象可初步判断该故障为碰摩。

3.3轴心轨迹分析（故障前和故障后）：前文得出9s左右发生故障，因此首先对9s前转子正常转动的轴心轨迹进行分析，轨迹图如图4，大致为一椭圆形。

图4, 故障前轴心轨迹
此后继续对故障发生后的轴心轨迹进行分析，如图5，轨迹呈八字形，进一步确定产生的故障为碰磨，且为单点局部碰磨。

结论：通过对单盘转子转速、x和y方向振动信号的时域及频域的分析，得知其时域波形出现削波现象；此后对转子故障前后轴心轨迹进行分析，其轴心轨迹呈8字形态，最终判断出故障类型为恒定转速下的单点碰磨。

附matlab程序
程序1（对单盘转子的转速分析）
fid=fopen('wk.txt','r');
A=fscanf(fid,'%f ',[6,inf]);
fclose(fid);
N1=155648;
wk1data=A(1,1:N1); %取第6列元素
wk1data=wk1data-mean(wk1data); %去掉直流分量wk1data=wk1data(1:1:N1); %每个十个点去一个数N=N1/10;
wk1=wk1data(1:N);%取得数新组成的矩阵
n=0:N-1;
fs=5120;
t=n/fs;
subplot(2,1,1),plot(t,wk1);
title('转速时域图');
xlabel('时间');
ylabel('幅值');
y=fft(wk1data,N);%fft变换
mag=abs(y)*2/N;%振幅
f=n*fs/N;
subplot(2,1,2),plot(f(1:N/2),mag(1:N/2)); title('转速频域图');
xlabel('频率/Hz');
ylabel('幅值');grid on;
程序2（对测点1x和y方向的分析）
fid=fopen('wk.txt','r');
A=fscanf(fid,'%f ',[6,inf]);
fclose(fid);
N=155648;
wk1data=A(1,1:N); %取第1列元素
wk1data=wk1data-mean(wk1data);%去掉直流分量wk2data=A(2,1:N); %取第2列元素
wk2data=wk2data-mean(wk2data);%去掉直流分量wk1=wk1data(1:N);%取得数新组成的矩阵
wk2=wk2data(1:N);
n=0:N-1;
fs=5120;
t=n/fs;
subplot(2,2,1),plot(t,wk1);
title('X方向时域图');
xlabel('t');
ylabel('幅值');
subplot(2,2,2),plot(t,wk2);
title('Y方向时域图');
xlabel('t');
ylabel('幅值');
y=fft(wk1,N);
mag=abs(y)*2/N;
f=n*fs/N;
subplot(2,2,3),plot(f(1:N/2),mag(1:N/2)); title('X方向频域图');
xlabel('频率/Hz');
ylabel('幅值');
y=fft(wk2,N);
mag=abs(y)*2/N;
f=n*fs/N;
subplot(2,2,4),plot(f(1:N/2),mag(1:N/2)); title('Y方向频域图');
xlabel('频率/Hz');
ylabel('幅值');
程序3（故障前轴心轨迹）
fid=fopen('wk.txt','r');
A=fscanf(fid,'%f ',[6,inf]);
fclose(fid);
N=150000;
wk1data=A(1,1:N); %取第一列的元素
wk1data=wk1data-mean(wk1data);%去掉直流分量wk1data=wk1data(1:1:N/4);% 取故障发生前的数据wk2data=A(2,1:N); %取第2列的元素
wk2data=wk2data-mean(wk2data);%去掉直流分量wk2data=wk2data(1:1:N/4);
N=N/4;
wk1=wk1data(1:N);%取得数新组成的矩阵
wk2=wk2data(1:N);%取得数新组成的矩阵
n=0:N-1;
fs=5120;
t=n/fs;
plot(wk1,wk2);
title('故障前轴心轨迹');
程序4（故障后轴心轨迹）
fid=fopen('wk.txt','r');
A=fscanf(fid,'%f ',[6,inf]);
fclose(fid);
N=150000;
wk1data=A(1,1:N); %取第一列的元素
wk1data=wk1data-mean(wk1data);%去掉直流分量
wk1data=wk1data(100000:1:N);% 取故障发生前的数据wk2data=A(2,1:N); %取第2列的元素
wk2data=wk2data-mean(wk2data);%去掉直流分量
wk2data=wk2data(10000:1:N);
N=50000;
wk1=wk1data(1:N);%取得数新组成的矩阵
wk2=wk2data(1:N);%取得数新组成的矩阵
n=0:N-1;
fs=5120;
t=n/fs;
plot(wk1,wk2);
title('故障轴心轨迹');。