
機(jī)械松動(dòng)的核心機(jī)制是非線性與沖擊,松動(dòng)在機(jī)械上引入了一個(gè)間隙,這個(gè)間隙使得系統(tǒng)的支撐剛度從線性變?yōu)楦叨确蔷€性。在線性區(qū),轉(zhuǎn)子在間隙內(nèi)自由運(yùn)動(dòng),剛度變低;在非線性區(qū),部件接觸約束面,剛度瞬間變得非常高,這種“軟-硬"切換或“碰撞"效應(yīng),是產(chǎn)生所有復(fù)雜頻譜特征的根源。
典型頻譜1:1倍轉(zhuǎn)速頻率大,而諧波很小
松動(dòng)早期故障。雖然間隙存在,但轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中尚未(或很少)與約束面發(fā)生強(qiáng)烈的周期性碰撞。此時(shí)系統(tǒng)的非線性沖擊效應(yīng)尚不明顯,主要表現(xiàn)為靜力學(xué)特性的改變(剛度降低)。轉(zhuǎn)子的軸心靜態(tài)位置會(huì)偏移,使得原有的質(zhì)量不平衡力在剛度降低的方向上被顯著放大,表現(xiàn)為1×轉(zhuǎn)速頻率振動(dòng)急劇增大。頻譜以基頻占主要優(yōu)勢(shì),多出現(xiàn)在地腳螺栓輕微松動(dòng)時(shí)。

典型頻譜2:1倍轉(zhuǎn)速頻率及諧波。
典型的的松動(dòng)故障。間隙已經(jīng)較大,部件在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò)程中與約束面發(fā)生清晰、穩(wěn)定的周期性碰撞。此時(shí)非線性沖擊效應(yīng)主導(dǎo)了振動(dòng)特征。頻譜從1倍轉(zhuǎn)頻開(kāi)始幅值依次減小,此類(lèi)頻譜多發(fā)生在間隙配合部位,由于間隙與不平衡耦合而產(chǎn)生;頻譜排列參差不齊,多為轉(zhuǎn)動(dòng)部件活動(dòng)造成。


典型頻譜3:1倍轉(zhuǎn)速頻率及奇數(shù)諧波。
很多資料引為松動(dòng)的主要特征,但現(xiàn)實(shí)中很少見(jiàn),這是一種理想化的理論模型。假設(shè)轉(zhuǎn)子在純徑向間隙內(nèi),每旋轉(zhuǎn)一周只發(fā)生一次對(duì)稱(chēng)的單邊沖擊(例如,只在間隙底部撞擊一次)。這種“半波沖擊"的時(shí)域波形在數(shù)學(xué)上是半波對(duì)稱(chēng)的,其傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)后,偶次余弦項(xiàng)系數(shù)為零,主要剩下基頻(1×)和奇次諧波(3×, 5×…)。
現(xiàn)實(shí)中由于存在不對(duì)中、重力或雙向間隙等原因,沖擊變得不對(duì)稱(chēng),從而引入強(qiáng)烈的偶次諧波(2×, 4×)。因此,“豐富諧波"比“純奇次諧波"更普遍。

典型頻譜4:1倍轉(zhuǎn)速頻率及諧波,某個(gè)高次諧波為主頻。
此類(lèi)頻譜現(xiàn)實(shí)中經(jīng)常得見(jiàn),如,某部件數(shù)×轉(zhuǎn)速。在機(jī)械松動(dòng)中多因當(dāng)某個(gè)諧波頻率恰好接近或等于該機(jī)械系統(tǒng)中的某個(gè)固有頻率時(shí),引發(fā)的局部共振,導(dǎo)致該階次諧波的幅值異常巨大,甚至超過(guò)1×。

典型頻譜5:1倍轉(zhuǎn)速頻率及諧波、次諧波。
次諧波的產(chǎn)生是嚴(yán)重松動(dòng)和強(qiáng)非線性的標(biāo)志。次諧波意味著轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)不再是每轉(zhuǎn)重復(fù)一次,而是需要旋轉(zhuǎn)多圈才完成一個(gè)完整的振動(dòng)周期。例如,1/2×次諧波,表示轉(zhuǎn)子的沖擊運(yùn)動(dòng)是“每?jī)赊D(zhuǎn)重復(fù)一次"。這可能是因?yàn)檗D(zhuǎn)子初始撞擊后彈開(kāi),第二次旋轉(zhuǎn)時(shí)未能再次撞擊,到第三轉(zhuǎn)才又撞擊。


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