转轴扭转振动测量基础知识

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日期:2021-7-5

1转轴扭振测试基本原理

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ω0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Δω而发生了变化,其瞬时角速度为ω0+Δω,如图1所示。

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图1 转轴发生扭振时的角速度变化图

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。

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图2 角位移测试原理图

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ωZω0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。

2消除转轴弯曲振动影响的措施

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。

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图3 消除弯曲振动双接头180度布置图

 

3扭振测试具体步骤

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。

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图4 扭振测试传感器布置图首先对通道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ω0。

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ΔTi(i=1,2,…,Z)。

最后根据实时转速ω0和ΔTi(i=1,2,…,Z),得到a、b两路对应转子每周的实时扭转角ϕi=ωΔTi(i=1,2,…,Z),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ϕi求导可得到实时交变角速度Δω

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