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第三章 电机轴振动模拟平台设计与测试 系统在工作时，光源发出的调制信号光照在高速运转的电机轴表面然后再反射到PSD上。C5932输出的电压信号的大小取决于PSD、信号光源和电机轴三者的相对位置。此外，电机轴的表面状况对输出的电压信号也有一定的影响。为了使理论研究与实际测试相结合，本文搭建了一个实验平台来模拟电机轴工作时的振动情况，并使用示波器测试各种情况下PSD测振仪的输出。通过比较分析来设计合理的机械结构。下面先介绍轴振动测量的基本概念和几个重要参数，再给出模拟实验平台的设计方案和测试结果分析。 3.1 轴振动分析 确定一个机械振动一般需要三个参数：振动幅度、振动速度（周期）和初始相位。振动按运动轨迹的不同可以分为一维直线的、二维平面的和三维立体空间的，相应的振动幅度由一维变量、二维变量和三维变量决定。 在轴振动测量中，本系统主要的研究对象是轴的径向平面上轴心振动幅度。轴的振动状况可以由轴心运动轨迹图来表示。轴振动的频率与轴运转时的转动频率一般成倍数关系。轴的转动频率在轴运转时固定不变，使用现有的成熟的技术可以很容易的测量得出。轴振动频率决定后面信号处理的滤波带宽、采样频率的取值。轴的初试相位不是本系统的主要研究对象， 3.1.1 轴振动原因 前人对引起轴振动的原因已经做了很多的研究。轴振动来源划分，从早期按零部件，例如轴承、转子、汽缸、管道、基础等部件振动进行划分；发展到目前采用故障源，例如转子不平衡、机组中心不正、轴瓦不稳定、机械松动、共振等故障来划分；另外，也曾采用过振动频率来划分。经多年的研究和不断的改进，必威体育精装版采用的分类方法首先将机组振动按振动性质划分为普通强迫振动、电磁振动、拍振、气流激振、随机振动、轴瓦自激振动、参数振动、汽流激振、摩擦涡动等共11类，然后按振动类别将振动故障原因再分类11类振动，如果就每一类振动故障范围而言，又可分为激振力和支承动刚度支承动刚度.2 轴振动幅度与频率分析 在线性系统中，部件呈现的振幅与作用在部件上的激振力成正比，与它的动刚度成反比，可用下式表示： A=P/Kd (3.1.1) 式中A---振幅；P---激振力；Κd---部件动刚度80％；按激振力性质来分，属于转子不平衡力的将达90％左右。A= mrω2 / Kd (3.1.2) 式中 m-偏心质量；r-偏心距；-偏心轮的圆频率。支承动刚度转子不平衡支撑动刚度不足轴系连接同心度、平直度偏差电磁激振高次谐波共振分谐波共振拍振撞击振动.3 轴心运动轨迹测量 在本系统中，主要测量轴径向平面上轴心的振动情况。假设轴心的运动轨迹如下图所示： 图 3.1.1 轴心运动轨迹图 如上图所示，轴静止时的轴心位置位于坐标原点。轴运转并保持一定转速时轴心运动轨迹为一个以原点为中心的椭圆形。此时轴心以转动频率在该轨道上移动。这只是理想情况下的轴心运动轨迹。在实际的轴运转中，引起轴振动的原因往往是几个因素的叠加，轴心运动轨迹是一个非常复杂的图形。当轴心在某一时刻移动到上图所标的位置时，设轴心位置在x轴和y轴上的位移为x，y，则此时轴心相对于轴静止时的振幅大小为 (3.3.1) 在系统设计时可以采用双通道结构，分别对x轴和y轴振幅进行数据采集，再将同一时刻采集到的两个数据传送到计算机上根据上式得到轴径向上的振动幅度d。在本系统研究中，由于设备的限制只能对一个方向上的振幅进行测量。 3.2 电机轴振动模拟平台 本文使用电动机车的零部件来搭建模拟平台，其工作原理，表面特征均与电机轴类似，具有一定的可比性。下面介绍该模拟平台的电气连线和与PSD,光源的机械结构。 3.2.1 电气连线 该模拟平台的电气连线如图3.2.1所示。它是由电机轴、控制器、调速器以及电源四部分组成的。 图3.2.1 模拟平台电气连线 电机轴的直径为40cm左右。当满负荷运转时最高转速可以达到每秒钟3至4转。虽然这个转速相比发电机工作时的转速要低的多，但可以通过在电机轴上设置测试点（在电机轴表面上某些位置垫高反射层）来提高测试频率。模拟平台的电机轴径向振动幅度可以通过调整机械固定结构来改变大小。电机轴是金属结构，表面反射率比较高，光源发出的信号光反射后的光强损失比较小，照在PSD表面的光斑也比较小。此外由于电动车电机制造工艺，这个模拟平台上的电机轴上还有一个通孔。信号光照到孔上时无法反射到PSD上。PSD接受不到信号光时C5923会有相应的输出显示。这对振动的模拟测试影响不大，同时也