什么是階次分析？

在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)中，階次分析(或階次跟蹤)是對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械或振動(dòng)部件的噪聲或振動(dòng)的分析。它基于振動(dòng)和速度測(cè)量，這需要至少一個(gè)加速度傳感器來(lái)評(píng)估被測(cè)設(shè)備(DUT)的振動(dòng)。此外，確定或估計(jì)轉(zhuǎn)子的速度和角位置是必要的。這通常是用編碼器或轉(zhuǎn)速表完成的。

在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的世界里，振動(dòng)講述了一個(gè)無(wú)聲但有力的故事——尤其是通過(guò)階次分析進(jìn)行研究時(shí)?；谡駝?dòng)和旋轉(zhuǎn)測(cè)量，它為工程師提供了對(duì)被檢查系統(tǒng)的各種見(jiàn)解。讓我們深入了解階次分析的基本原理，并發(fā)現(xiàn)它在維護(hù)機(jī)械的健康和可靠性方面的核心作用。

與頻率分析相反，噪聲或振動(dòng)的能量含量不是按照頻率繪制的，而是按照階次繪制的。在這種情況下，階次是指振動(dòng)信號(hào)的諧波成分。每一階對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子基本轉(zhuǎn)速的一個(gè)倍數(shù)。換句話說(shuō)，這意味著一階對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子本身的轉(zhuǎn)速，二階對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)速的兩倍，以此類推。每一階表示振動(dòng)信號(hào)中的一個(gè)諧波分量。

如何做階次分析？

首先，我們需要從DUT(例如發(fā)動(dòng)機(jī))收集振動(dòng)數(shù)據(jù)，例如使用加速度計(jì)。一般來(lái)說(shuō)，在下一步中，我們從原始振動(dòng)信號(hào)中去除任何不相關(guān)的數(shù)據(jù)(噪聲)，只捕獲相關(guān)的頻率范圍。我們還需要一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)提供了關(guān)于被測(cè)設(shè)備轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的信息。這可以用例如轉(zhuǎn)速表來(lái)收集。

在我們開始階次分析之前，我們需要確保我們的振動(dòng)數(shù)據(jù)與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)(或角度位置分別)同步。例如，這可以通過(guò)同時(shí)記錄速度脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)。

一旦我們確定了單個(gè)旋轉(zhuǎn)(對(duì)應(yīng)于一階)，我們應(yīng)用跟蹤算法來(lái)跟蹤每個(gè)階隨時(shí)間的頻率變化。因此，我們將振動(dòng)信號(hào)分成每轉(zhuǎn)一圈的信號(hào)塊，其中一個(gè)塊代表一個(gè)轉(zhuǎn)一圈。

為了改善結(jié)果并避免不準(zhǔn)確的結(jié)果，我們應(yīng)用了進(jìn)一步的濾波(例如抗混疊濾波器)、平滑和重采樣操作。，我們使用快速傅里葉變換(FFT)將每個(gè)塊轉(zhuǎn)換到頻域。這就得到了每個(gè)角速度[rpm]的功率譜。

然后可以將結(jié)果以各種圖的形式可視化。然而，在階次跟蹤中，我們通常使用表示振動(dòng)強(qiáng)度的2d彩色圖作為光譜與RPM的顏色。這個(gè)頻譜可以可視化為頻譜或階譜。階譜將加速度信號(hào)中的頻率分量與機(jī)械速度的階次聯(lián)系起來(lái)。這允許在階譜表示中直觀地跟蹤不同轉(zhuǎn)速下的階次，并跟蹤頻譜表示中的頻率分量。