机械振动相关实验的实验指导书
实验三、回转试验台振动测量
一、实验目的
1、进一步熟悉常用信号分析仪器的使用；
2、了解一般旋转机械的结构；
3、掌握旋转机械振动监测与诊断的基本过程及分析方法。
二、实验仪器及对象
1、列出所用振动分析仪器、软件、传感器的名称、型号、用途等；
2、测试对象：振动试验台。
三、多功能振动实验台简介
本实验所使用的MDT-3A 型多功能振动实验台是集齿轮传动、皮带传动、联轴器传动于一体的转子实验台，专门从事振动测试、振动研究及教学、大专院校有关实验室等提供了有效而方便的实验手段。该实验台可以通过改变转子转速、转子质量盘位置、齿轮啮合副及故障轴承组件等，惊醒多种转动机械常见故障的模拟，如转子不平衡、轴承座松动、皮带轮偏心、齿轮故障及轴承的早期故障等。
实验台采用直流调速电机，并配有转速指示表，可以在0到3000转/分的任意转速下工作。实验台配有一级变速齿轮箱，有三种齿轮啮合方式，三个小齿轮采用固定工安装。可模拟齿轮啮合频率、故障齿轮边带、断齿故障等。轴承故障模块可快速方便地安装在齿轮箱轴上，通过加载螺钉进行径向加载，从而模拟出轴承的主要故障：外环故障、内环故障、滚动体故障等。电机与齿轮箱输入轴之间采用皮带传动，并配有偏心皮带轮，可进行偏心皮带轮故障的模拟。安装有两片质量盘的转子台模块，能模拟出更多的机械故障，如质量不平衡、力偶不平衡、动不平衡、轴承座松动等。质量盘上沿圆周方向加工有16个M5的螺纹孔，可以通过调整螺钉的安装来进行单面或双面的现场动平衡模拟。该实验台具体可模拟以下几种故障模式：
● 通过转子盘模拟不平衡故障
转子的不平衡故障是在转子模块上，通过对两个质量盘进行质量的添加或减少来实现转动系统的不平衡。通过联轴器可以把转子模块与齿轮箱分离，降低实验过程中外部因素的影响。
● 模拟皮带轮偏心故障
实验台配套有两个皮带轮，一个是正常的，一个是把皮带轮特别做成偏心的皮带轮。皮带轮安装在电机输出轴上，实验时只要通过简单的更换就可以达到转子偏心的效果。在电机上预留了一个（1/4’-28）的专用测试孔，方便测量。
● 滚动轴承的故障模拟
根据滚动轴承的组成，把故障模块设计成四个分模块，分别针对轴承的外环、内环、滚动体和保持架。故障模块可快速安装在齿轮箱的输入轴上 ● 齿轮箱的故障模拟
齿轮箱内有三个小齿轮和一个大齿轮。小齿轮固定在齿轮箱的输入轴上，大齿轮通过紧固螺钉紧固在齿轮箱的输出轴上，通过调节紧固螺钉，可把大
齿轮移动到与三个小齿轮中任何一个的啮合位置上与该小齿轮啮合。选择好齿轮的组合后就可以对齿轮箱进行测量。
轴承座松动故障模拟
轴承座上有一个紧固螺母，通过调节该螺母的松紧可以实现轴承座的松动故障模式。
MDT-3A 实验台主要由动力部分、齿轮箱部分、转子部分、轴承故障模拟部分、调速控制和显示部分及加载装置等组成，如图1所示。通过皮带轮传动和弹性柱销联轴器将其接合在一起，完成振动模拟功能。
1. 转子模块 2. 底版 3. 联轴器 4. 加载模块 5. 皮带传动 6. 齿轮箱
7. 直流电机 8. 轴承故障模块 9. 调速控制
图 转子实验台总体图
四、实验方案设计
1、绘出振动试验台的结构简图，列出主要结构参数，如电机参数、轴承型号、传动比等；
2、画出测试系统的连接框图；
3、绘出振动试验台测点布置图，说明测量的位置、方向及传感器安装方法等；
4、计算各特征频率，如转速，不平衡、对中不良及轴承损坏等的特征频率；
五、实验步骤
1、仪器连接，传感器安装；
2、测试参数选择，如频率范围（要求能测量试验台振动的各主要频率成分）；测量单位用速度 mm/s ；
3、启动试验台；
4、测量各测点的时域波形、频谱，并存储于分析仪中；
5、用软件将测量结果传输至计算机，并显示、打印（要求用线性坐标），标出各频谱图中主要频率峰值的频率、幅值；
六、实验结果
记录各测点的振动幅值、时域波形及频谱图，并填写附表。
七、分析
1、在软件环境下，移动光标，读出主要频率谱线的幅值及频率，并标在频谱图上；
2、振动数据解释：
* 参照有关振动标准，判断各点的振动幅值是否在正常范围内；
* 分析频谱图中的主要频率成分，解释频谱峰值的来源及其与机器各运动部件的对应关系；
* 综合判断机器的运行状态，存在的主要问题。
附表 振动测量数据
实验四、转子动平衡技术
一、实验目的
1、掌握振动幅值及相位测量方法，熟悉相关测量仪器；
2、掌握旋转机械动平衡的基本步骤及方法。
通过运用振动监测手段，完成转子不平衡特征的测量，从而提高学生进行数据采集、转子振动分析及状态评估、动平衡校正等方面的能力。
二、实验仪器及对象
1、列出所用振动分析仪器、软件、传感器的名称、型号、用途等；
● 加速度传感器
● 光电式传感器，用于测量振动的相位
● 数据采集器
● 质量块、天平
2、测试对象：振动试验台
实验台配有两个质量盘（如图所示），可以在轴的任意位置固定安装。本实验要求完成单面动平衡试验，把两个质量盘分开安装，并且在某个质量盘上加上一个M5的螺钉作为质量块，使得转子不平衡。
1、质量盘 2、夹紧法兰 3、转轴 备用螺纹孔（16个） 5、夹紧法兰螺钉孔
图 质量盘结构示意图
三、实验方案设计
1、绘出振动试验台的结构简图，列出主要结构参数，如电机参数、传动比、转速等；
2、画出测试系统的连接框图；
3、绘出振动试验台测点布置图，说明测量的位置、方向及传感器安装方法等；
4、描述不平衡质量的施加方法；
四、实验步骤
1、仪器连接，传感器安装；
2、贴反光带，启动试验台；
3、开始动平衡测量及校正过程，完成转子台初始振动测量、试重、校正重量计算及施加等工作；
4、评价动平衡后的效果。
五、实验结果
填写附表。
要求学生绘出测量对象的结构简图，列出主要结构参数；计算不平衡的特征频率；选择测试参数；测量各测点的时域波形、频谱等数据；参照有关标准，判断各点的测量值是否在正常范围内；分析频谱图中的主要频率成分，解释频谱峰值的来源及其与转子不平衡的对应关系；综合判断机器的运行状态及存在的不平衡问题；完成转子现场动平衡测量与校正。
六、分析
1、阐述不平衡形成的原因及振动识别方法；
2、分析本动平衡试验的基本原理；
3、评价动平衡后的效果。
实验七、滚动轴承频谱分析及故障诊断
一、实验目的
1、进一步熟悉常用信号分析仪器的使用；
2、了解常规滚动轴承的结构、特征频率及安装；
3、掌握滚动轴承的振动测量及分析方法。
通过运用振动分析手段，完成滚动轴承振动信号的测量及分析，从而提高学生进行数据采集、滚动轴承振动分析及状态评估、故障判断等方面的能力。
二、实验仪器及对象
1、列出所用振动分析仪器、软件、传感器、温度测试仪器的名称、型号、 用途等；
● 正常滚动轴承型号为：NTN6201
● 加速度传感器
● Data line数据采集器；
● ODYSSEY 系统；
2、测试对象：振动试验台。
● 轴承故障模块：
故障模块中使用的是6024轴承，并利用特殊方法对轴承进行了故障处理。轴承模块也设计成方便安装的方式（如图所示），可以快速方便的安装在齿轮箱的输入轴上。在轴承故障模块的顶部有一个英制螺孔（1/4”-28），用来安装传感器。
轴承模块安装图如下：
1、齿轮箱体 2、输入轴 3、故障轴承 4、轴承盖 5、M8紧固螺钉
6、压紧垫片 7、轴承基座 8、加载螺钉 9、橡胶垫片
图 轴承故障模块安装示意图
根据滚动轴承的基本参数，通过查找资料可知轴承各部件的故障频率相对
三、实验方案设计
1、绘出振动试验台的结构简图，列出主要结构参数，如电机参数、轴承型号、传动比等；
2、画出测试系统的连接框图；
3、绘出振动试验台测点布置图，说明测量的位置、方向及传感器安装方法等；
4、计算各特征频率，如转速，不平衡、对中不良及轴承损坏等的特征频率。
四、实验步骤
1、仪器连接；
2、测试参数选择，如频率范围（要求能测量滚动轴承的各主要频率成分）；测量单位用速度 mm/s ；
3、调整齿轮箱大齿轮的位置，使其处于非啮合状态。拧紧紧固螺钉，防止齿轮碰撞。
4、松开齿轮箱输入轴联轴器的螺钉，并按箭头方向推动联轴器的一半，使其完全与另一半脱开。拧紧联轴器螺钉。
5、取轴承模块MD711X 一块，套在齿轮轴上。
6、将压紧垫片置于轴承的内环侧面，用紧固螺钉将其压紧，从而固定轴承模块，防止轴承内环在轴承上转动。
7、将加载螺栓通过固定承载板拧在轴承模块下方的M8螺孔内，并适当的加载。注意加载的力度，过大的加载将使故障轴承模块发热以至于使轴承“咬死”，同时也会使故障信息失真，故障轴承的频率分量不清晰。
8、将传感器安装在轴承模块上方的英制螺孔内，连接到数据采集器/频谱分析仪进行数据采集、分析。
9、启动试验台；
10、 测量各测点的时域波形、频谱，并存储于分析仪中；
11、 用软件将测量结果传输至计算机，并显示、打印（要求用线性坐标），标出各频谱图中主要频率峰值的频率、幅值；
五、实验结果
记录相应的轴承振动波形、频谱、冲击能量值及包络谱。
六、分析
1、绘出测量对象的结构简图，列出主要结构参数；
2、计算滚动轴承的特征频率；
3、参照有关标准，判断滚动轴承的测量值是否在正常范围内；
4、分析频谱图中的主要频率成分，解释频谱峰值的来源及其与滚动轴承故障的对应关系；
5、综合判断滚动轴承的运行状态及存在的问题。
转子动平衡试验步骤
1. 在转子实验台的任意位置加上一不平衡质量块，然后启动转子实验台，记录转子的转速以及初始振动测量值（包括数值和角度）。
2. 按下转子实验台的关闭开关让转子实验台停止转动，选取某一记号作为0°角的标记（例如去贴反光片的位置），然后把转子沿着转子的旋转方向转过某一角度（一般取0°/90°/180°/270°）后加上一质量块（加载之前先用电子秤称其质量），并记录下所加试重质量块的质量和所加位置的角度。
3. 启动转子实验台，在不改变转速的情况下，记录下加试重后的振动测量值（包括数值和角度）。
4. 把所测量的数值输入labview 程序“系数法转子动平衡”的“加配重转子动平衡”版面中，计算出第一次动平衡的配重的质量数值及其角度，做好记录并保存其影响系数。
5. 停下转子实验台，卸下所添加的试重质量块，把转子调回0°标志的位置，然后沿着转子的旋转方向转过第一次动平衡所计算出的角度，加上第一次动平衡所计算出的质量块。
6. 再次启动转子实验台，记录下第一次动平衡加配重后的振动测量值（包括数值和角度），看振动值是否明显地减小。
7. 把所保存的影响系数，以及上一步所测量到的数据输入labview 程序“系数法转子动平衡”的“无配重转子动平衡”版面中，计算出第二次动平衡的配重的质量数值及其角度，做好记录。
8. 停下转子实验台，把转子调回0°标志的位置，在转子盘所加质量块原有的基础上，绕着转子的旋转方向转过第二次动平衡所计算出的角度，加上第二次动平衡所计算出的质量块。
9. 再次启动转子实验台，记录下第二次动平衡加配重后的振动测量值（包括数值和角度），看振动值是否明显地减小。