转轴扭振测量基本原理.
转轴扭振测量基本原理
1/3 转轴扭振测量基本原理
1 转轴扭振测试基本原理[1]
图1 转轴发生扭振时的角速度变化图[1]
轴系扭振是在轴系的旋转过程中同时发生的运动现象。轴系正常稳定运行无扭振时，其按某一角速度
0ω
回转。当轴系出现扭振时，会在轴截面上相应产生往复扭转变形值弧长
'''BB或扭角ϕ
，此时轴系的回
转角速度因扭振引起的交变角速度ωΔ而发生了变化，其瞬时角速度为
0ωω+Δ，如图1所示。
按扭振信号的拾取方式分，扭振测量方法主要有两大类，即接触测量法和非接触测量法。接触测量法
是将传感器(应变片等)安装在轴上，测量信号经过集流环或者无线电方式传给二次仪表。非接触测量一般
采用“测齿法”，即利用轴上的齿轮或其他等分结构，由磁电式、涡流式或光电式非接触传感器感受扭振引起的不均匀脉冲信号，通过二次仪表的解调处理后达到测量扭振的目的。
图2 角位移测试原理图[1]
扭振角位移测量基于非接触测齿原理，如图2所示。图2(a)所示为扭振非接触测量信号拾取装置，由
齿轮和传感器(如电涡流传感器等)组成，齿轮随轴转动，传感器感应脉冲信号(每个齿轮经过传感器时，将
产生一个脉冲信号)。当轴平稳旋转，亦即无扭振时，传感器将输出如图2(b)所示的均匀的脉冲波，其基本
频率为
0Zω×(
0ω
为转速频率，Z为齿轮齿数)。当轴发生扭振时，这个基频分量将被调制成图2(c)所示的
疏密相间的脉冲波，并经扭振仪解调后获得图2(d)所示的扭振角位移信号，由此，可测出扭振振幅，经记
录并分析得出扭振频率。 转轴扭振测量基本原理
2/3 2 消除转轴弯曲振动影响的措施[1]
图3 消除弯曲振动双接头180度布置图[1]
对于小扭幅的扭振信号，为消除转轴弯曲振动的影响，每个测点应装设二只相对180度的传感器如图
3所示，由质量不平衡等引起弯曲振动可分解成垂直和水平两方向。水平方向的弯曲振动对传感器的调制
信号无影响，而垂直方向的弯曲振动则会使靠近传感器的齿轮瞬时线速度叠加上一个由该振动形成的附加
分量，影响传感器的调频信号。显然，180度对置的双传感器对弯曲振动的调频反应是相反的。双传感器
的信号进行合成，即可消除弯曲振动影响。应指出，对于较大幅度的扭振，弯曲振动影响可忽略不计，这
时每个测点只需装设一个传感器。 3 扭振测试具体步骤[2, 3]
图4 扭振测试传感器布置图[3]
扭振角位移测量需要3个通道的传感器信号输入，如图4所示。在齿轮盘处安放两个呈180度布置的
传感器信号处理通道a，b，第3路为键相信号处理通道。设齿轮齿数为Z个，采集过程以Z个完整的脉
冲波形为一个单元。
首先对通道3获得的键相信号数据进行处理。记录键相信号发生跳变时的脉冲沿上升时刻序号数据值，
可连续测量多周，通过每两个相邻数据值的差值可得出实时转速值
0ω
。
其次是对a，b两路测量通道建立各自的基准信号。当由键相信号多次测量得到的转速值的平均误差
在一定的范围内时，可认为转子处于稳定状态，基准建立的条件已成立。当可建立基准时，可先等待键相
信号通道的脉冲沿上升时刻到来，在到来时刻开始对通道a、b获得的数据进行处理，分别记录两个通道
测得的Z个电压跳变点时刻，如图5所示。
当基准数据已建立，可进行扭角测量采样信号的数据处理。每次采样周期为一周，起始标志为键相信
号通道脉冲上升沿时刻到来，然后把每个采样周期得到的a，b两路的Z个电压跳变点时刻与基准数据比
较，得到Z个对应每个齿形转过的时间差值(1,2,...,)
iTiZΔ=。 转轴扭振测量基本原理
3/3 最后根据实时转速
0ω
和(1,2,...,)
iTiZΔ=，得到a，b两路对应转子每周的实时扭转角
0(1,2,...,)
iiTiZϕω=Δ=，把a，b两路通道对应扭角值平均后，可消除转轴弯曲振动的影响。对
iϕ
求
导可得到实时交变角速度
iωΔ。
图5 一个周期采样与基准数据比较的脉冲示意图[2]
4 参考文献
1. 刘英哲, "汽轮发电机组扭振." 1997, 北京: 中国电力出版社.
2. 郭钢利. "汽轮发电机组轴系扭振测量与分析." 2005: 华北电力大学硕士学位论文.
3. 徐洪志. "旋转机械轴系扭振测量研究." 2005: 清华大学硕士学位论文.
振动测量原理
振动测量原理
振动是指物体在空间中周期性地来回运动。在工程领域中，振动是一个非常重要的参数，因为它直接影响着机械设备的性能和寿命。为了准确地测量和分析振动，我们需要了解振动测量的原理和方法。
振动测量的原理主要包括振动的基本特性、传感器的选择和信号的处理。首先，振动的基本特性包括振幅、频率和相位。振幅是振动的幅度大小，频率是振动的周期性，而相位则是振动的偏移程度。这些特性可以通过传感器来测量和记录。传感器的选择非常重要，因为不同的传感器适用于不同的振动测量场景。常见的振动传感器包括加速度传感器、速度传感器和位移传感器。加速度传感器适用于高频振动测量，速度传感器适用于中频振动测量，而位移传感器适用于低频振动测量。传感器的选择需要根据具体的振动特性和测量要求来确定。
另外，振动信号的处理也是振动测量的重要环节。传感器采集到的振动信号需要经过滤波、放大和数字化处理，才能得到准确的振动数据。滤波可以去除噪声干扰，放大可以增强信号强度，数字化可以将模拟信号转换为数字信号，方便后续的数据处理和分析。振动信号的处理需要根据具体的测量要求和系统特性来设计合适的处理方案。
总的来说，振动测量的原理包括振动的基本特性、传感器的选择和信号的处理。了解这些原理可以帮助我们更好地进行振动测量和分析，从而保证机械设备的正常运行和安全性能。希望本文对您有所帮助，谢谢阅读。
扭力测试原理
扭力测试原理
扭力测试是一种用来测量物体受到的扭转力的测试方法。在工程领域中，扭力测试被广泛应用于各种机械设备和结构的设计、制造和维护过程中。本文将介绍扭力测试的原理及其在工程实践中的应用。
扭力测试的原理基于牛顿第三定律，即“作用力与反作用力相等而方向相反”。当一个物体受到扭转力时，会产生一个相对于轴线的扭矩。扭矩的大小与作用力的大小成正比，与作用力的距离成反比。因此，扭力测试的关键在于测量作用力和距离，并计算出扭矩的大小。
在进行扭力测试时，通常会使用扭矩传感器或扭矩表来测量扭矩的大小。扭矩传感器是一种能够将扭矩转化为电信号输出的传感器，它能够准确地测量扭矩的大小，并将数据传输到计算机或数据采集系统中进行记录和分析。而扭矩表则是一种手持式的测量工具，通过读取表盘上的刻度来确定扭矩的大小。
除了测量扭矩的大小，扭力测试还需要考虑作用力的方向和位置。通常情况下，作用力的方向和位置会对扭矩的大小产生影响。因此，在进行扭力测试时，需要确保作用力的方向和位置是准确的，并且要根据实际情况进行修正和校准。
在工程实践中，扭力测试被广泛应用于各种领域。例如，汽车制造业中常常使用扭力测试来测试发动机和传动系统的扭矩性能；航空航天领域中也会使用扭力测试来测试飞机的机翼和发动机的扭矩性能；此外，在建筑和桥梁工程中，扭力测试也被用来测试结构件的扭矩性能。
总之，扭力测试是一种重要的测试方法，它能够帮助工程师和设计师们准确地了解物体受到的扭转力，并为他们提供重要的数据支持。通过对扭力测试原理的深入理解，可以更好地应用扭力测试于工程实践中，提高产品的质量和性能，保障工程的安全和可靠性。
扭矩的测量方法和原理
扭矩的测量方法和原理
目前测量扭矩值主要采用非电量电测法，将应变片直接粘贴在传动轴的表面上,组成测量电桥,见图1。
用相应的测量系统测量由于扭矩作用所产生的剪应变或剪应力,从而计算出扭矩值。其优点是可直接测量传动轴的扭转变形,减少了由主电机功率和转速推算的间接影响因素。
图 1 传动轴扭矩测量的布片和组桥图
Fig。1 Strain gage distribution and builing bridge by torque
measuring on a driving axis
由材料力学可知，扭矩的计算公式为
M＝τW （1)
式中 M-—传动轴承受的扭矩;
τ-—传动轴承受的剪切力；
W——抗扭断面系数（对实心圆轴).
式中 D——传动轴直径。
则 M＝0。2τD3 （3)
因扭转作用在与轴体轴线成±45°方向的轴体表面上产生最大主应力σ1和最小主应力σ3，其绝对值均等于最大剪应力τ,即
根据虎克定律，剪应力为
式中 E——传动轴材料的弹性模量；
μ--传动轴材料的泊桑比;
ε—-传动轴的应变.
由式（3）可知，扭矩与应变呈线性关系。
扭矩测量的关键是解决信号的传输问题。目前常用的扭矩信号传输方式包括有线传输和无线传输两种。有线传输是使用滑环和电刷等将传动轴上的电信号引出给测量仪器。冶金测量车所配置的是无线传输，该系统见图2。传动轴上的机械应变引起贴在轴上的应变片的电阻发生变化，使其电桥失衡，产生与扭矩值成正比的电压。该电压通过振荡器(运用频率调制的原理)转换成与扭矩值成正比的输出频率，其信号从发送线圈送到接收线圈,经鉴别器把信号解调并转换成电压信号进行记录和显示。测量电桥、振荡器和发送线圈均安装在被测轴上随轴旋转，避免了旋转轴引线困难和接触滑环的接触电阻的影响。
轴承振动测量原理
滚动轴承振动、噪声和异音测试系统技术研究
杭州轴承试验研究中心（浙江，杭州，310022）
李兴林 陈芳华 沈云同 张燕辽 张永恩
摘要：本文论述了滚动轴承（以下简称轴承）振动、噪声和异音测试系统技术（BVT+BANT），介绍了我中心根据此技术研制的BVT系列轴承振动（速度）测量仪和BANT系列轴承异音测量仪。该测试系统1985年经原机械工业部鉴定，其主要性能指标达到国外同类仪器的先进水平。该测试系统自问世以来，经过近二十年的推广，已有近二千台套被一千余家国内外用户采用，深受用户好评。广泛适用于轴承生产企业对轴承振动的检测以及家电、电机、机床、冶金、纺织、石化等轴承用户对轴承产品的验收，也适合大专院校和科研单位对轴承振动的分析与研究。本文同时介绍了由我中心制定的相关技术标准。
1.引言
随着家电等行业对轴承振动、噪声和异音要求的不断提高，对轴承振动、噪声和异音的控制、检测以及评定已成为各轴承及轴承用户企业越来越关注的问题。本文结合BVT系列轴承振动（速度）测量仪和BANT系列轴承异音测量仪来着重讨论轴承振动、噪声和异音测试的有关技术问题。
2. 轴承振动与噪声测试
2.1轴承振动与噪声的概念
轴承在运转过程中，除轴承零件间的一些固有的、由功能所要求的运动以外的其他一切偏离理想位置的运动均称为轴承振动。
当滚动轴承的振动传播到辐射表面，振动能量转换成压力波，经空气介质再传播出去即为声辐射。其中20—20000Hz部分为人耳可接收到的声辐射，即为滚动轴承噪声。
滚动轴承噪声测量应在特殊的消音室内进行，消音室的背景噪声较低，可以把轴承噪声和环境噪声区分开来，但其建造成本高，且不能在现场测试。滚动轴承的振动是产生噪声的主要根源，与噪声表现为强相关特征，因此一般用振动测量代替噪声测量。
2.2 BVT系列轴承振动（速度）测量仪测试原理
被测轴承的内圈端面紧靠芯轴轴肩，并以某一恒定的规定转速旋转，外圈不转并承受一定的径向或轴向载荷，用传感器测头摄取滚道中心截面与外圈外圆柱面相交线上的轴承外圈振动（速度）分量，将该径向振动（速度）分量转变成电信号并将该电信号输入到测量放大系统，对其进行信号处理并同步显示轴承低、中、高三个频段的径向振动速度均方根值（μm/s）。
曲轴扭振测试方法
曲轴扭振测试方法
曲轴扭振测试方法通常选用频响函数法。
频响函数法是利用频响函数测试扭振的方法，主要通过测量曲轴扭转减振器的频响函数来获取扭振频率。
在测试过程中，通常会沿X方向对系统进行锤击，给系统切向激励，以模拟实际工作状态。同时，测试之前需要先将曲轴扭转减振器加热到指定温度，然后利用保温装置进行保温，并利用非接触式温度测量装置测量系统温度，以保证测试结果的准确性。
另外，由于橡胶在100℃时会有高温失效的倾向，而实际工作温度通常低于100℃，因此通常仅对20、40、60、80℃这四个温度下的曲轴扭转减振器扭振频率进行测试。
以上信息仅供参考，具体操作可能需要根据具体情况进行调整。如需更多信息，建议咨询专业技术人员或查阅相关技术手册。
扭矩测量原理
扭矩测量原理
扭矩测量原理是指用于测量机械设备旋转部件所受的扭矩大小的方法和原理。扭矩是指作用在物体上的力矩，也可以理解为旋转力的大小。扭矩的大小取决于力的大小和施加力的距离。
要测量扭矩，常用的方法是使用扭矩传感器或扭矩表。扭矩传感器是一种专门用于测量扭矩的装置，通常由应变片、测力电桥和信号放大器等部件组成。
扭矩测量的原理基于胡克定律，即力与变形之间的关系。当物体受到力的作用时，会产生扭转变形。扭矩传感器通过应变片来感应这种变形，并将其转化为电信号进行测量。应变片是一种能够随物体形变而发生应变的材料，当扭矩作用在物体上时，应变片会发生弯曲变形，从而改变其阻抗值。通过测量阻抗值的变化，就可以确定物体所受的扭矩大小。
扭矩传感器还常常采用负反馈原理进行校准，即将已知扭矩作用于传感器上，根据传感器输出的电信号进行调整，使得输出信号与已知扭矩一致。这样可以提高测量的准确性和稳定性。
除了扭矩传感器，还有一些其他测量扭矩的装置和方法，如光纤传感器、电容传感器等。这些装置利用了不同的物理原理进行扭矩测量，但测量的基本原理都是一致的。
综上所述，扭矩测量原理是基于物体变形与力之间的关系。通过测量应变片的变化，转化为电信号进行测量，可以准确地测量物体所受的扭矩大小。使用合适的校准方法和装置，可以提高测量的准确性和稳定性。
测量电机轴承振动值的原理
测量电机轴承振动值的原理
测量电机轴承振动值的原理是基于振动传感器的工作原理。
振动传感器可以通过测量物体的振动，将振动信号转化为电信号。常用的振动传感器有加速度传感器和速度传感器。
在测量电机轴承振动值时，通常使用加速度传感器。加速度传感器内部装有质量块，在物体振动时，质量块也会随之振动，产生加速度。然后，加速度传感器通过压电材料或电磁感应原理，将质量块的振动转换为电信号。
这个电信号会被传感器内部的电路放大和处理。最后，通过与测量设备连接，可以将电信号转化为振动值。通常，测量设备还会对振动值进行更进一步的处理和分析，如频谱分析、波形图等，以获取更详细的振动信息。
通过测量电机轴承振动值，可以判断轴承的状况、故障类型和严重程度，以及进行轴承的健康状态监测和预防性维护。
扭振分析报告
扭振分析报告
1. 简介
扭振分析是一种用于分析旋转系统中的扭转振动的方法。扭振振动是由于旋转系统中的扭转刚度和质量分布不均匀引起的一种振动形式。扭振分析可以帮助工程师了解扭振振动的原因，并提出解决方案来减小扭振振动对系统的影响。
2. 扭振振动原理
扭振振动是由于旋转系统中的扭转刚度和质量分布不均匀引起的。旋转系统中的扭转刚度可以用扭转角度和扭矩之间的关系来描述。扭转刚度越高，扭振振动越明显。同时，旋转系统中的质量分布不均匀也会导致扭振振动，不同部位的质量分布不均匀会产生不同的惯性力矩，从而引起扭振振动。
3. 扭振分析方法
3.1 扭振测量
扭振分析的第一步是进行扭振测量。扭振测量可以通过安装扭振传感器来实现。扭振传感器可以测量旋转系统中的扭转角度和扭矩，从而帮助工程师分析扭振振动的强度和频率。
3.2 扭振分析
扭振分析是根据扭振测量数据来分析扭振振动的原因和性质。扭振分析可以通过频谱分析、模态分析等方法来实现。频谱分析可以帮助工程师确定扭振振动的频率成分，从而找到可能的激励源。模态分析可以帮助工程师确定旋转系统的扭振模态，从而找到可能的共振点。
3.3 扭振解决方案
根据扭振分析的结果，工程师可以提出相应的解决方案来减小扭振振动对系统的影响。解决方案可能包括增加扭振刚度、改善质量分布、调整系统参数等。
4. 实际案例分析
4.1 案例背景
某风电场发电机扭振振动问题严重影响了发电机的正常运行。工程师使用扭振分析方法进行了分析。 4.2 测量结果
经过扭振测量，工程师得到了发电机旋转系统中的扭转角度和扭矩数据。
4.3 分析结果
通过对扭振测量数据进行频谱分析和模态分析，工程师确定了扭振振动的频率成分和扭振模态。工程师发现，扭振振动的频率与发电机的叶片自然频率相近，可能是由于叶片的质量分布不均匀导致的。
4.4 解决方案
工程师提出了两个解决方案来减小扭振振动。第一，通过增加发电机的扭振刚度，可以减小扭振振动的强度。第二，通过改善叶片的质量分布，可以减小扭振振动的频率。
基于光纤光栅传感的扭振检测新方法
第３４卷第１期 武汉理工大学学报・信息与管理工程版 ２０１２年２月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＷＵＴ（ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ＆ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ） Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１２
文章编号：１００７—１４４Ｘ（２０１２）０１—０００１—０３
基于光纤光栅传感的扭振检测新方法
谭跃刚，袁 磊，胡婷婷
（武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉４３００７０） 文献标志码：Ａ
摘要：提出了一种基于光纤光栅传感的扭振检测新方法。该方法以等强度梁为基片将光栅封装成传感 器，通过感知梁应变来实现机械振动到光纤波长漂移的转化，提高了传感器的响应灵敏度。并在现有的旋转 实验平台上对该方法进行了旋转状态下的实验验证。基于该方法的检测系统具有原理简单、测量精度高和非 接触传输的优点，可广泛用于大型旋转机械轴系的扭振检测。 关键词：光纤光栅；扭振检测；非接触 中图分类号：ＴＮ２５３ ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—１４４Ｘ．２０１２．０１．００１
近几十年来，大型汽轮发电机组曾发生过若
干断轴等重大事故，促使旋转机械轴的扭振研究
不断深入发展 Ｊ。目前扭振检测方法有：西北工
业大学杨卓君等采用的加速度测量扭振 ｊ，该方
法存在旋转状态下信号引出困难的问题；清华大
学张艳春采用的ＤＫ—ＩＩＩ扭振测量仪脉冲时序
法 ｊ，但其信号易受电磁干扰；燕山大学黄震的
基于多普勒加速度测量扭振 Ｊ，其测量装置复杂
昂贵，成本较高。
光纤光栅的最大特点是采用波长编码，且不
受光功率波动和光路弯曲引起损耗的影响，具有
良好的抗干扰性和准分布式传感的性能 Ｊ，这
使得光纤光栅在旋转机械动态检测领域的应用成
为可能。实现传感信号在动平台和静平台间非接
触传输，集测量与传输于一体，对探索采用光纤光
栅传感进行旋转轴扭振检测的新方法具有明显的
优势和重要意义 。
测量旋转轴的扭振是测量旋转轴由于交变角
基于电机电流信号的扭转振动测量及其应用
太原理工大学硕七研究生学位论文
基于电机电流信号的扭转振动测量及其应用
摘要
随着科学技术的发展以及自动化程度的进一步提高，旋转机械正朝
着大型化、高速化、连续化、集中化、自动化的方向发展。生产系统中
各设备之间的联系也越来越密切。由于各种因素的影响，这些设备（部
件或整机）难免出现一些故障现象。这些故障可能引起连锁反应，导致
整个设备甚至整个生产过程无法正常进行，造成巨大的经济损失。
因此，研究发展并应用先进的状态监测与故障诊断技术，保证大型
旋转机械设备的安全而高效地运行，避免巨额的经济损失和灾难性事故
发生，对于提高经济效益和社会效益具有重大的意义。
扭转振动的测量对于机械系统故障监测与诊断具有重要意义。首先，
扭转振动是旋转机械产生故障的重要原因。其次，旋转机械发生故障后，
往往表现为扭转振动特征频率的变化，因此扭转振动测量成为故障监测
与诊断技术中的一个重要内容。并且相比较普通振动，扭转振动具有传
播路径短，不容易受到干扰，信噪比高的优点。然而工业现场的情况复
杂多样，对于那些不适合安装传感器的场合，使用传统的测量方式难以
测取扭振信号。
本文从电机一负载动力学分析入手，推导出扭转振动与异步电机定子
电流的数学关系，得出结论：当异步电机驱动的轴系发生扭转振动时，
太原理工大学硕七研究生学位论文
扭转振动信号会对电机定子电流信号进行幅值调制。因此通过分析电流
信号的频谱或者是对电流信号进行幅值解调，可获得扭振特征。本文选
用基于希尔伯特变换的幅值解调及基于复解析小波的信号包络提取两种
解调方式，实验证明：解调信号与电流频谱相比对扭振信号更敏感。
为了将该方法应用于工业现场，本文将虚拟仪器和ＤＳＰ相结合设计
了信号采集处理系统。虚拟仪器技术能充分发挥计算机强大的功能和丰
富的资源，同时ＤＳＰ为用户提供了一个强大信号处理平台。两者相结合
能够为故障监控与诊断系统提供统一的通用化平台。
该方法的提出扩展了基于扭转振动的故障监测与诊断的适用范围。