工电力钢铁和航空工业部门中使用的高性能旋转机械，多数属于高速轻载转子，即。高速轻载轴承由于设计不良或使用中多种因素的影响，易发生油膜不稳定。转子轴承系统在种工作状态下，还会发生高速滑动轴承的种特有故障油膜涡动和油膜振荡问题，转子轴颈在油膜中的剧烈振动将会直接导致机器零部件的损坏。因此，必须了解产生油膜不稳定工作的原因故障机理和特征，采取措施防止转子在工作时失稳。轴颈在油膜中的涡动与稳定性转子轴颈在轴承中以角速度稳定运转时，轴颈上的载荷与油膜力相平衡，即作用在轴颈中心上的力大小相等方向相反。如图所示，假如轴颈中心在位臵上，轴颈载荷和油膜力大小相等，方向相反，点就是轴颈旋转的平衡位臵，这个平衡位臵由轴颈的偏心率ε和偏位角ө来确定的。假如转子受到外界瞬时干扰力的作用，轴颈中心移到位臵时，如果能够回复到原来的位臵，则认为系统是稳定的，否则认为是不稳定的。当轴心移到位臵时，该处的油膜反力为，与不再衡，两合力为。把分解为个切向分量和个径向分量,力与轴径的位移方向相反，试图把轴颈推回到原处，这是种弹性恢复力而力与轴颈位移方向垂直，它有推动轴颈中心涡动的趋势，故称为涡动力。如果涡动力等于或小于油膜阻尼力，轴颈的涡动将是稳定的如果涡动力超过阻尼力，则轴心轨迹继续扩大，这时轴心是不稳定的。图轴颈的受力分析半速涡动与油膜振荡涡动是转子轴颈在作高速旋转的同时，还环绕轴颈平衡中心作公转运动。按照激励因素不同，涡动可以是正向的与轴旋转方向相同，也可以是反向的与轴旋转方向相反涡动角速度与转速可以是同步的，也可以是异步的。如果转子轴颈主要是由于油膜力的激励作用而引起涡动，则轴颈的涡动角速度将接近转速的半，故有时也称之为半速涡动。其运动的机理如下。轴颈在轴承中作偏心旋转时，形成个进口断面大于出口断面的油楔，如果进口处的油液流速并不马上下降例如，对于高速轻载转子，轴颈表面线速度很高而载荷又很小，油楔力大于轴颈载荷，此时油楔压力的升高不足以把收敛形油楔中的流油速度降得较低，则轴颈从油楔间隙大的地方带入的油量大于从间隙小的地方带出的油量，由于液体的不可压缩性，多余的油就要把轴颈推向前进，形成了与转子旋转方向相同的涡动运动，涡动速度就是油楔本身的前进速度。轴颈涡动速度可以定量分析如下当转子旋转角速度为时，因润滑油具有黏性，所以轴颈表面的油流速度与轴颈线速度相同，均为，而在轴瓦表面处的润滑油流速为零。为分析方便，假定间隙中的油流速呈直线分布，如图所示。在油楔力的推动下转子发生涡动运动，涡动角速度为，假定时间内轴颈中心从点涡动到点，轴颈上直径扫过的面积为图轴颈半速涡动分析此面积等于轴颈掠过面积图中有阴影线部分的月牙形面积，这部分面积也就是油流在断面间隙与断面间隙中的流量差。假如轴承宽度为，轴承两端的泄油量为，根据流体连续性条件，则可得到解得当轴承两端泄漏量时，可得实际上，由于以下原因的影响，涡动频率通常略低于转速频率的在收敛区入口的油流速度由于受到不断增大的油压作用而逐渐减慢，而在收敛区出口的油流速度在油楔压力作用下会有所增大。这两者的作用与轴颈旋转时引起的直线速度分布相叠加，就使得图中断面上的速度分布线向内凹进，断面上的速度分布线向外凸出，这种速度分布上的差别使轴颈的涡动速度下降。注入轴承中的压力油不仅被轴颈带着作圆周运动，还有部分润滑油从轴承两侧泄漏，此时，因而，这是造成涡动速度低于转速之半的另个原因，式变为实际上，半速涡动的频率约为。涡动频率在转子阶自振频率以下时，半速涡动是种比较平静的转子涡动运动，由于油膜具有非线性特性即轴颈涡动幅度增加时，油膜的刚度和阻尼较线性关系增加得更快，从而抑制了转子的涡动幅度，轴心轨迹为稳定的封闭图形，如图所示。转子仍能平稳地工作。图油膜涡动与油膜振荡的频谱及轴心轨迹随着工作转速的升高，半速涡动频率也不断升高，频谱中半频谐波的振幅不断增大，使转子振动加剧。如果转子的转速升高到第临界转速的倍以上时，半速涡动频率有可能达到第临界转速，此时会发生共振，造成振幅突然骤增，振动非常剧烈。同时轴心轨迹突然变成扩散的不规则曲线，频谱图中的半频谐波振幅值增大到接近或超过基频振幅，频谱会呈现组合频率的特征。若继续提高转速，则转子的涡动频率保持不变，始终等于转子的阶临界转速，即，这种现象称为油膜振荡，如图所示。油膜涡动与油膜振荡的特征由以上分析可知，油膜涡动与油膜振荡具有以下特征。起始失稳转速与转子的相对偏心率有关，轻载转子在第临界转速之前就可能发生不稳定的半速涡动，但不产生大幅度的振动当转速达到两倍第临界转速时，转子由于共振而有较大的振幅越过第临界转速后振幅再次减少，当转速达到两倍第临界转速时，振幅增大并且不随转速的增加而改变，即发生了油膜振荡，如图。对于重载转子，因为轴颈在轴承中相对偏心率较大，转子的稳定性好，低转速时并不存在半速涡动现象，甚至转速达到两倍的第临界转速时，也不会立即发生很大的振动，当转速达到两倍的第临界转速之后的转速时，才突然发生油膜振荡，如图。中载转子在过了阶临界转速后会出现半线性误差使用温度压电式加速度传感器的安装使用压电加速度传感器要求使用固定的接线电缆，并使接线尽可能牢固的胶结或绑扎在振动体上，从振动最小点离开振动体，可使电缆的动态电容变化对测量影响最小，其安装状态直接影响测量频率范围。用胶结等方式其频率应当小，所以用螺钉固定方法较好，尤其对冲击及测高频振动多用此方法，但用时需要注意不得让螺栓顶部压在加速度传感器第座步上，以免影响加速度传感器的灵敏度。般在加速度传感器与被测物之间涂层硅胶，这样可以改善冲击状态，有利于高频响应。二测噪声传感器选择噪声监测可以和工程图纸起判断主要的故障部位。噪声声学信号经传感器转换为电信号，至信号调节器把电信号进行放大或衰减，馈入到信号处理器进行处理，然后进行显示。选用压电式传声器，其原理是传声器的振膜在声压作用下使压电晶体由于压电效应作用，产生输出信号。其结构简单可靠，频率响应平直，动态量程的范围大，缺点是灵敏度较低，受温度的影响比较大。噪声测量的要求测点的选择测点距机械位臵机器分类最大尺寸测点距机器位臵小特大或更远测点要均匀分布，若机器属于小型但噪声大，则测点应选择在相距米处。对于空气动力设备的进排气噪声，进气噪声测点应选在进气口轴向位臵，与管口平面距离等于管口直径处。排气噪声测点应选在排气轴线度方向上，与管口平面上外壳表面距离等于管口直径。传声器布臵方向主要根据传声器校准时的频响来确定，若是掠入角有良好的频率响应，则传声器布臵方向以掠入射为宜。三选择放大器由于加速度传感器是高阻抗，则后接的仪表其输入阻抗必须是高阻抗，这样才能把压电式加速度传感器由于振动而产生的电荷量测量出来，因此必须在压电式加速度传感器与般的测量仪器之间加入前臵放大器，其作用是把加速度传感器的高阻抗输出转换成低阻抗输出，以便与般的测量仪器相匹配，同时还能把加速度传感器的输出信号进行放大。再加上在工业现场，对其电缆长度比较长，则应选用电荷放大器。其电路原理图如右图当,时有由上式可知，其灵敏度和时间常数都与压电晶体本身的电容和连接电缆电容无关，因而其接长电缆也不至于造成灵敏度的降低和频响特性的变化。由测试机器的频响要求可选择电荷放大器，其技术指标如下最大适调量灵敏度适调开关下限频率上限频率电压电流噪声失真准确度及线性度各档增益误差电源由于压电式传声器也是高阻抗，故也能用该种前臵放大器。四滤波器选择由于该种机械频响范围处于以上，属于高频测量，故可以采用高通滤波器。其电路原理图如下五测量放大电路由于电涡流位移传感器不需要前臵放大器，但其信号微弱，需要接测量放大电路进行信号的放大，易于判断，其电路图如下六记录器选择根据测试要求现场条件和工作频率范围来选择记录器。由于磁带记录器可以很好的满足工作要求，则可以选用它。其是利用电磁感应原理，通过变化的电信号磁化铁磁材料而进行记录的仪器，其工作频带宽可以记录的信号，可以多点记录，并且可以对记录信号进行长期保存，还能多次重放，便于输给专用分析仪或经过模数转换后进行数字计算。可以用记录速度和重放速度不同的方式进行频率变换，有利于信号的分析处理。选用型的模拟磁带记录仪，有个通道。七主要参考文献沈庆根,郑水英设备故障诊断,化学工业出版社张洪润,傅瑾新传感器技术大全,北航出版社张国忠,赵家贵检测技术,中国计量出版社周泽存,刘馨媛,检测技术,机械工业出版社美多贝林普测量系统应用与设计,科学出版社徐国富,刘瑞复,田大超非电量电测工程手册,机械工业出版社李士军机械维护修理与安装,化学工业出版社王锡良，机械量测试技术，东北工学院出版社八课程设计心得体会本次课程设计就要结束了，通过两周的努力，终于设计出套比较完善的高速旋转机械故障诊断系统。达到了预期的目的。因此，本次课程设计比较成功。课程设计使我们对以前学过的课程内所学知识有了更深的理解，让我们认识到了理论知识对工作实践的重要的知道意义，学会理论联系实际。课程设计要求我们完全依靠自己的能力去学习和设计，而不是像以往课程那样切由教材和教师安排。因此，课程设计给了我们更大的发挥空间。让我们发挥主观能动性的查资料，找数据，设计实验方案，并将理论知识应用到实践中去。通过这次课程设计提高了我们的认识问题分析问题解决问题的能力。更重要的是，该课程设计需要我们充分发挥团队合作精神，组员之间必须紧密合作，相互配合，才可能在有限的时间内设计出最优的设计方案。总之，这次课程设计既是对我们课程知识的考核，又是对我们思考问题解决问题能力的考核，课程设计让我们受益匪浅。高速旋转机械故障诊断设计目录高速旋转机械常见故障转子不平衡故障二转子不对中三油膜振荡及涡动四迷宫密封气流激振的故障特征五喘振的机理与故障特征六转子亚异步振动二传感器选择及安装测振动传感器选择二测噪声传感器选择三选择放大电路四滤波器选择五测量放大电路六记录器选择七主要参考文献八课程设计心得体会高速旋转机械常见故障转子不平衡转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的故障。据统计，旋转机械约有半以上的故障与转子不平衡有关。因此，对不平衡故障的研究与诊断