轴心轨迹 - 1. 合成

轴心轨迹- 1. 合成
对于滑动轴承支承的大型旋转机械，主要的振动源是转子系统。

转子振动（轴振）一般用位移传感器（涡流传感器）测量，时域波形（时基图）表示的就是被测转子表面沿探头测量方向的位移随时间的变化，这无疑是重要的基本信息。

涡流探头一般安装在靠近轴承箱上，通常在内侧，测量转子相对于轴承箱（瓦）壳体的运动，所以也叫相对振动。

在忽略轴向运动条件下，转子的任一径向截面是作平面运动，所以需要两个共面、互相垂直的传感器才能全面地描述转子的运动，转子截面一般认为是刚体，所以该平面运动可以简化为轴心的运动，即轴心轨迹- Orbit。

理论上，壳体上的两个相互垂直（甚至不垂直）的两个传感器信号，无论是速度还是加速度信号，都能作出Orbit图来，但它们的物理意义不清晰，应用受影响。

所以，一般谈论轴心轨迹，都是指涡流传感器测量的相对位移量。

加之键相传感器的引入，易于解释的物理意义，能提供大量的诊断信息，可以说Orbit图是故障诊断中最有分量的图形。

本特利产品都将Orbit作为Logo，可见对它的青睐和重视。

下图是Orbit图的合成原理。

虽然图示传感器是在水平和垂直方向，实际上截面上任何一对相互垂直安装的传感器信号都是可以的。

Orbit图是直角坐标系，X、Y标示方向与其对应的探头安装方向一致，原点就是XY时域波形的平均值，幅值的刻度/量程、方向与各自波形一致，作Orbit图时要求两个时域波形刻度/量程一致，Orbit 图上的每一个点，对应的分别是同一时刻X、Y方向传感器的时域波形的瞬时位移值。

Orbit图形的视角是以物理垂直上方为0度参考的。

对于立式布置的机器，可以是西或者别的约定方向（如物料的入口管道布置方向）为参考方向。

转子的旋转方向、传感器布置位置、振动方向等各种方向必须约定，一般的约定是从驱动端往非驱动端看的方向。

位移的正方向，是指转子朝向探头运动的方向，是振动位移的正方向。

另外，无论转子的旋转方向如何，Y方向约定都在X方向逆时针转90度的方向。

Orbit图是两个时域波形的物理合成，所以本身是时域图形。

键相标记是一转一个事件的第三个专门的传感器，一般同一根轴系共用一个键相传感器，连续的两个键相标记点表示转子转了一圈，所以本质上它是计时标记。

键相标记所在的位置表示的是当键相槽正好经过键
相探头时轴中心的位置。

因此，同时基图一样，一个Orbit图中也可以有多个周期。

上图中，从时域波形的键相标记来看，转子转了两圈，Orbit也是两圈，只是第二圈与第一圈完全重合。

转子的旋转方向也要在Orbit图中表达出来，它只与机器的工艺设计有关，一般是固定的，因工艺参数的变化，转子出现反转故障另当别论。

机器的旋转方向可以通过画在机器上的箭头找到；另外一个方法是从慢转速Orbit上猜到，因为慢转速进动方向通常是正进动，正进动方向就是振动方向和转子旋转方向一致时的方向，而振动方向是从空点到亮点转的方向。

但要谨慎的是，本方法成立的前提是传感器的定义方向是正确的，没有通道交叉，也不存在导致反进动的机械故障。

事实上，发现异常通常都会先怀疑上述原因中的非机械因素。

波形通过窄带滤波可以得到单频率波形（叫做过滤波形），如转速频率的谐频：1X、2X、nX，甚至与转速频率相关的非整数倍频率：0.5X、0.47X等，其中X是转速频率。

由同样频率的一对过滤波形组成的Orbit图叫做过滤Orbit图。

现代的Orbit图都是计算机处理的，轴心轨迹的形状与传感器的安装位置无关，只和观察的参考位置有关，也就是只与下图的Up参考视图方向有关。

下图最下一排是用示波器看图形时的形状，Orbit形状与传感器的安装位置是有关系的，如最下排右方的图形放平了来看，是不一样的，那是因为视图的Up参考方向变了，类似于你看图时在偏头看，这是示波器的局限所致。

也说明当用示波器去看Orbit图时，应该调整或者说明其参考Up的方向。

无论是过滤的波形还是过滤的Orbit图，都不是直接从时域波形中构造的。

它们都是从过滤的单个矢量或两个矢量虚拟构造的。

需要注意的是，orbit图比起探头的直径来说很小，一般探头直径是8mm，瓦的间隙大多不到1mm，振动最大值一般都小于0.3mm，为了视图方便，都放大了振动、间隙相对于探头的尺寸。

所以测量轴方向一般总是不变的。

下图是相对大小示例，瓦的间隙比图中还小。

Orbit相比构成它的两个时基图来说，明显的好处是示出了转子在任何方向的振动，而不仅仅是传感器安装/测量方向的振动。

更能反映一个径向截面的振动全貌。

上图能很好地说明测量方向的最大振动和径向截面最大振动的关系。

经常有人问为什么有的机器（主要是来自欧洲）用Smax作为跳机值，看了这个图就应该明白，Smax反映了截面的最大振动。