扭振分析原来这么简单！

扭振会引起结构疲劳，同时也会引起振动、噪声、舒适性等方面问题。因此，对扭振的测量与分析，并最终解决扭振问题十分重要。...



大多数旋转机械除了关心基本的振动噪声之外，还关心扭振。像在汽车领域，扭振是车辆研发与改进的关键重点。扭振的主要贡献源是发动机的周期燃烧引起曲轴扭转振动。对发动机而言，产生的扭矩主要有机械运动产生的扭矩与不平衡惯性力产生的扭矩和周期燃烧气体压力产生的扭矩，作用在发动机上的总扭矩是压力产生的扭矩和惯性扭矩的总和。周期变化的不平衡扭矩导致传动轴转速的瞬态波动及不规则动态扭转。这类扭振通过动力传动系统其他部件，如变速箱、带系和链系等进行传递或进一步放大，即使在传动链的下游，如传动轴和轮上都可能出现额外的扭振。

扭振处理可采用时域或频域方法进行，时域法得到的最终结果为扭转角随时间变化曲线，频域方法是进行频率分析或瀑布图分析，可提取不同阶次或频率下的扭转角大小。另外，还可以对两个测量截面进行相对扭转角分析。我们测量得到的信号是转速随时间变化的时域波形，该信号实际上是旋转部件的角速度随时间变化的曲线，因此，为了得到转角变化曲线，不管是时域还是频域处理方法，都需要对该信号进行一次积分。

如果是使用码带对旋转轴进行扭振测量，那么在码带端部的结合处（如图23-a所示），必须引起转速的不连续（如图23-b所示），测量时需要将端部细小的不连续区域用黑色水笔涂黑或黑色反光片覆盖。图23-b为用码带测量得到的转速信号，图中的向下尖针线条即为码带的不边续区域引起的。因此，需要对不连续的转速进行修正，因为这是由测量引起的。不管是时域处理还是频域处理，如果使用码带测量，这一步都是必须要做的预处理。

对转速信号进行瀑布图分析，可以得到幅值用转速表示的瀑布图，也可以用角度表示幅值的瀑布图，但这种情况需要对频谱作一次积分。用角度表示的colormap和阶次切片如图24所示。

对于使用码盘进行扭振测量时，需要注意一点，即很难将码盘与旋转轴对中（二者为同心圆），因此，用码盘测量时，由于偏心会出现一阶次偏大的情况，如图25所示。这个偏心是由于测量时安装引起的误差，因此，在分析时应予以舍弃。除了频域处理之外，也可以对原始的转速-时间信号进行时域积分处理，得到扭角随时间变化曲线，如图26所示。在进行时域处理时，由于时域积分受低频信号影响明显，因此，通常需要对积分出来的信号去趋势项或者高通处理。有时还可以需要计算相对扭角。相对扭角需要测量两个截面，如图27所示。需要同时测量位置1和2处的转速。

这种情况下，相对转速和相对扭角定义如下：

相对转速= Rpm位置2 – Rpm位置1

相对扭角= 角度位置2 –角度位置1

对于相对扭角信号也可以进行瀑布图分析，某次数据结果如图28所示。由于扭转共振和其阶次相对较小，可通过提取轴上两个位置的相对扭角或相对转速突出轴的扭转共振频率，如图29所示。即得到相对扭角之后，可分析其扭转共振的固有频率。如某旋转结构的扭转共振的固有频率为371.41Hz。请继续阅读【阶次跟踪是什么鬼？】

    关注 模态空间