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原副標題：輕工業曲軸的阻尼分子內部結構訊號特點及告警

曲軸的阻尼分子內部結構與訊號特點

曲軸傳動裝置是三個靈活性的半導體器件，雖然內部結構和體育運動關系的原因，存有著體育運動迪雷的非附著力。圖1是曲軸副的天體力學預測左圖。圖中O 1是開閂的支撐點，O 2是消極輪的支撐點。假設開閂以ω 1作勻加速度體育運動，A、B分別為三個回轉點，則有O 1A>O 1B ，即A點的角速度V A小于B點的角速度VB。而O2A

圖1 曲軸副的天體力學預測

曲軸回轉的特點增益：

嚙 合增益

從那個象征意義上說：曲軸傳動裝置的回轉阻尼是無可避免的。阻尼的增益是回轉增益。也是曲軸的特點增益，其計算方法如下表所示：

曲軸ii回轉增益

回轉增益的最上增益

其中：N為曲軸軸的輸出功率（r/min）；Z為曲軸的齒數。

邊 頻譜

雖然傳達的扭力也隨著回轉而出現改變，它促進作用到旋轉軸上，使旋轉軸出現扭振。而旋轉軸上雖然鍵槽等非均布內部結構的存有，軸的各向減震不同，減震出現變動的周期性與軸的資金周轉天數完全一致，喚起的扭振增益也就按旋轉軸的轉頻出現變動。那個扭振對曲軸的回轉阻尼造成了正弦促進作用，從而在曲軸回轉增益的兩端造成成以軸頻為間距的邊頻譜。

邊頻譜也是曲軸阻尼的特點增益，回轉的極度情況反映到邊頻譜，造成邊頻譜的分布和型態都出現出現改變。可以說，邊頻譜包涵了曲軸機械故障的多樣信息。低溫軸承

此外曲軸制造時所具有的偏心誤差、周節誤差、齒形誤差、裝配誤差等，都能影響曲軸的阻尼。所以在監測低精度曲軸的阻尼時，要考慮這些誤差的影響。

站在告警的實用立場上看，只要曲軸的阻尼極度超標，是有機械故障，就需要處理或更換。所以大多數情況下，并不需要辨別是哪種誤差所引起，只需判定能否繼續使用。1.1

用于預測性維護的曲軸傳動試驗臺（PT500系列）

Valenian的曲軸傳動試驗臺（PT500系列）是一種創新試驗工具，用于研究機械機械故障的癥狀，而不會造成生產損失。采用一體化設計理念。安裝在桌面上PT500約150公斤，多功能性，穩定性和易于操作。試驗臺的每個部件都有高精度的加工公差，因此可以在沒有任何極度阻尼的情況下運行。用戶可以按照自己的意愿進行操作，例如，單獨使用單個機械故障，或者結合一些不同的機械故障。

PT500系列產品在市場上同類產品中應用最為廣泛。它不僅能滿足初學者的需要，而且能滿足具有多樣經驗的阻尼預測人員的需要。試驗臺是向用戶（學生）介紹預測性維修的概念和方法的有效工具，也是經驗多樣的技術人員升級其工作能力，并提供培訓維修人員的方法。

1.2 使用PT500系列的好處低溫軸承

PT500系列為用戶提供了廣泛的益處，例如學習查找機械故障特點和增強對預測性維護的理解。

以下是各種學習方法，以提高對阻尼預測的理解。

1.2.1 曲軸傳動試驗臺的應用

PT500是專為復合曲軸動力學實驗室研究而設計和加工的。雖然采用標準做法制造，但它不是一款商用的現成變速箱。

典型/潛在應用包括：

· 直曲軸、斜曲軸、行星曲軸預測

· 機械故障特點，如曲軸有缺齒或斷裂

· 曲軸共振、噪聲和軸裂紋研究

· 磨損、間隙和不對中的影響

· 曲軸偏心的影響

· 荷載效應

· 曲軸幾何形狀和傳動比

· 曲軸運行可選任一滾動軸承

· 潤滑、溫度和污染的影響

· 工作撓度形變和模態預測

· 傳感器安裝研究和技術

PT500的設計為更換曲軸和安裝必要的儀器提供了充足的空間。在各種邊線上，鉆孔/攻絲以便于安裝各種傳感器。它可以被設置為模擬單軸或雙平行軸減速器/增速器。

1.2.2 PT500的功能

PT500由三個特殊的平行軸曲軸箱、行星曲軸和轉子組成，轉子由三個軸承殼支撐。它是專門為支持曲軸研究和教育應用而設計的。

為了使用曲軸箱，必須提供驅動和加載機構。因此，術語PT500通常指整個試驗臺，而不僅僅是曲軸箱。PT500基本上是根據客戶規范組裝的定制機器。它由以下部分或全部組成低溫軸承

按要求滿足顧客要求：

· 電機和變頻驅動

· 用于外部PC控制速度的接線端口

· 光學速度傳感器

· 圓形轉子

· 開頂，平行軸曲軸箱

· 斜曲軸箱

· 行星曲軸箱

· 加載機構:

1.2.3 各種缺陷和機械故障檢測的阻尼頻譜附加研究

PT500試驗臺不僅僅是曲軸箱試驗臺；它每個機械部件都可以來研究常見的阻尼特點，因為它由三個軸承箱的轉子所組成。

· 偏差：角度/平行

· 不平衡轉子

· 機械故障軸承

· 偏心轉子

· 摩擦

· 機械松動

· 軟腳

· 現場動平衡研究

· 多級軸對中實踐

1.2.4 學習機器狀態監測和PDM的概念

不平衡質量效應與阻尼現象

不對中效應與阻尼現象

根源預測

傳感器的安裝邊線和方法

軸偏差校正

相位測量技術

加速度計和接近傳感器的使用方法

如何測量低速機器

電機電流訊號預測

1.2.5 各種應用的預測方法

機械基礎設計

啟機和停機試驗

ODS與模態預測

電機電流和噪聲頻譜機械機械故障排除

轉子缺陷預測維修策略與程序建模

及其對阻尼頻譜影響的研究

曲軸的機械故障預測方法

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功率譜預測法

功率譜預測可確定曲軸阻尼訊號的增益構成和阻尼能量在各增益成分上的分布，是一種重要的頻域預測方法。

幅值譜也能進行類似的預測，但雖然功率譜是幅值的平方關系，所以功率譜比幅值譜更能突出回轉增益及其增益等線狀譜成分，而減少了隨機阻尼訊號引起的一些毛刺現象。低溫軸承

圖2 某曲軸箱的功率譜

圖2為某曲軸箱的功率譜，分別用兩種坐標繪出，無疑使用線性坐標效果要好得多。

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邊頻譜預測法

邊頻譜成分包涵有多樣的曲軸機械故障信息，要提取邊頻譜信息，在頻譜預測時必須有足夠高的增益分辨率。當邊頻譜譜線的間距小于增益分辨率時，或譜線間距不均勻，都阻礙邊頻譜的預測，必要時應對感興趣的頻段進行增益細化預測（ZOOM預測），以準確測定邊頻譜間距，見圖3。

a) 幅值譜；b) 細化后的邊頻譜

圖3 工程實際應用的頻譜圖

一般從兩方面進行邊頻譜預測，一是利用邊頻譜的增益對稱性，找出 (n=1,2,3 … ) 的增益關系，確定是否為一組邊頻譜。如果是邊頻譜，則可知道回轉增益?Z和正弦訊號增益?r；二是比較各次測量中邊頻譜幅值的變動趨勢。

根據邊頻譜呈現的形式和間距，有可能得到以下信息：

當邊頻間距為旋轉增益?r時，可能為曲軸偏心、齒距的緩慢的周期性變動及載荷的周期性市場波動等缺陷存有，曲軸每旋轉一周，這些缺陷就重復促進作用一次，即這些缺陷的重復增益與該曲軸的旋轉增益相完全一致。旋轉增益?r指示出問題曲軸所在的軸。曲軸的點蝕等分布機械故障會在頻譜上形成類似上述的邊頻譜，但其邊頻階數少而集中在回轉增益及其諧頻的兩側（見圖4）。曲軸的剝落、齒根裂紋及部分斷齒等局部機械故障會造成特有的瞬態正弦，在回轉增益其及諧頻兩側造成一系列邊帶。其特點是邊帶階數多而譜線分散，雖然高階邊頻的互相疊加而使邊頻族形狀各異。（見圖5）。嚴重的局部機械故障還會使旋轉增益?r及其增益成分增高。

圖4

圖5

需要指出的是，雖然邊頻譜成分具有不穩定性，在實際工作環境中，尤其是幾種機械故障并存時，邊頻族錯綜復雜，其變動規律難以用上述的典型情況表述，而且還存有三個軸的旋轉增益?r混合情況。但邊頻的總體水平是隨著機械故障的出現而上升的。低溫軸承

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倒頻譜預測法

對于同時有數對曲軸回轉的曲軸箱阻尼頻譜圖，雖然每對曲軸回轉時都將造成邊頻譜，幾個邊頻譜交叉分布在一起，僅進行增益細化預測識別邊頻特點是不夠的。雖然倒頻譜將功率譜中的增益族變換為倒頻譜圖中的單根譜線，其邊線代表功率譜中相應增益族（邊頻譜）的增益間距天數（倒頻譜的橫坐標表示的是天數間距，即周期性天數），因此可解決上述問題。

圖6是某曲軸箱阻尼訊號的頻譜，圖6a的增益范圍為0~20kHz，增益間距為50Hz，能觀察到回轉增益為4.3kHz及其二次三次增益，但很難分辨出邊頻譜。

圖6 倒頻譜預測曲軸箱阻尼訊號中的邊頻譜

圖6b的增益范圍為3.5～13.5kHz，增益間距為5Hz，能觀察到很多邊頻譜，但仍很難分辨出邊頻譜。圖6c的增益范圍進一步細化為7.5～9.5kHz，增益間距不變，可分辨出邊頻譜，但還有點亂。若進行倒頻譜預測，如圖6d所示，能很清楚地表明對應于三個曲軸副的旋轉增益（85Hz和50Hz）的三個倒頻分量（Ai和Bi）。

倒頻譜的另三個主要優點是對于傳感器的測點邊線或訊號傳輸途徑不敏感，以及對于幅值和增益正弦的相位關系不敏感。這種不敏感，反而有利于監測機械故障訊號的有無，而不看重某測點增益的大小（可能雖然傳輸途徑而被過分放大）。低溫軸承

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曲軸機械故障訊號的頻域特點

均勻性磨損、曲軸徑向間隙過大、不適當的曲軸游隙以及曲軸負荷過大等原因，將增加回轉增益和它的增益成分幅值，對邊頻的影響很小。曲軸磨損的特點是，頻譜上回轉增益及其增益幅值都會上升，而高階增益的幅值增加較多，如圖7所示。

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圖7 齒面磨損導致幅值上升趨勢不均勻的分布機械故障（例如曲軸偏心、齒距周期性性變動及載荷市場波動等）將造成幅值正弦和增益正弦，從而在回轉增益及其增益兩側形成幅值較高的邊頻譜，邊帶的間距增益是曲軸輸出功率增益，該間距增益是與有缺陷的曲軸相對應的。值得注意的是，對于曲軸偏心所造成的邊帶，一般出現的是下邊帶成分，即 (n=1,2,3,…)，上邊帶出現的很少。齒面剝落、裂紋以及齒的斷裂等局部性機械故障，將造成周期性性沖擊脈沖，回轉增益為脈沖增益所正弦，在回轉增益及其增益兩側形成一系列邊帶，其特點是邊帶的階數多而分散，見圖5所示；而點蝕等分布性機械故障形成的邊帶，在回轉增益及其增益兩側分布的邊帶階數少而集中，見圖4所示。這些邊帶隨著機械故障的發展，其頻譜圖形也將出現變動。齒的斷裂或裂紋，每當官亭鎮進入回轉時就造成三個沖擊訊號，這種沖擊可激起曲軸系統的ii或幾階自振增益。但是，曲軸固有增益一般都為高頻（約在1～10kHz范圍內），這種高頻成分傳達到曲軸箱時已被大幅度衰減，多數情況下只能在曲軸箱上測到回轉增益和正弦的邊頻。軸承機械故障的影響，僅有曲軸回轉增益的增益迅速升高，而邊頻的分布和幅值并無變動，甚至邊頻沒有發育，則表明是軸承機械故障。

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