理解振動中的相位角
相位角 — 與更廣泛的 相位 — 是峰值相對於旋轉軸上每轉一次參考標記的角度位置，以 0 到 360 度測量。該參考來自 振動 。換句話說，相位角表示同頻率的兩個振動信號之間的時間關係。無論哪種方式，它都提供了補充 轉速計 或 鍵相器— 即「多少」— 的「何時」，兩者共同構成一個具有大小和方向的完整振動向量。相位角對於 振幅 — the “how much” — and together the two form a complete vibration vector with both magnitude and direction. Phase angle is indispensable for 轉子動平衡校正識別，180° 的相位偏移可確認 臨界轉速 ；以及對於故障診斷，獨特的相位模式可區分不同的故障。若沒有相位，大部分診斷和校正工作將無法進行。 共振1. 相對於鍵相測量相位
參考系統
參考標記：
- 一條 或軸上的凹槽。 反光膠帶 光學或磁學轉速計，每次標記經過時偵測。
- 感測器： 每轉一次脈衝：
- 定義 0° 基準的事件。 振動計時：
- 要回答的問題 — 峰值振動相對於該標記何時發生？ 角度測量：
- 答案，以 0 到 360 度表示。 the answer, expressed in degrees from 0 to 360.
符號慣例
- 0° 通常沿旋轉方向增加。
- 方向 90° 的相位表示參考標記經過感測器後四分之一轉時振動峰值到達。
- 範例： 由於分析儀正在測量轉速計脈衝與振動峰值之間的延遲，該脈衝序列的品質決定了後續所有環節 — 這一點我們在測量挑戰部分會再次討論。
2. 關鍵應用
動平衡校正 — 最重要的用途
相位指向重點，從而指向校正位置。程序很直接：
測量
- 引起的 1× 振動的相位。 不平衡相位指示重點的角度位置。
- 大致放置在重點對面 180° 處。
- The 校正配重 有效的動平衡校正需要約 ±5–10° 的相位精度。
- 沒有相位，動平衡校正無法進行 — 無法知道校正方向。
- 臨界轉速識別
相位偏移，而非僅振幅突增，是共振的決定性特徵：
低於臨界轉速時，相位保持相對恆定。
- 通過臨界轉速時，產生特徵性的 180° 相位偏移。
- 高於臨界轉速時，相位與低於臨界時的值相差 180°。
- 在
- 上的相位變化是可靠的指標。 波德圖 僅振幅峰值不夠；必須伴隨相位偏移。
- 故障診斷
相位穩定且可重複，在低於臨界的所有轉速下保持相同值，並標記重點位置。
不平衡： 顯示軸承之間特徵性的相位關係 — 驅動端和非驅動端的軸向讀數通常相差 180°，徑向相位模式有助於識別不對心類型。
不對心: 1× 和 2× 分量的相位在啟動和停機期間變化，行為與單純不平衡不同；變化反映軸旋轉時裂紋的「呼吸」效應。
軸裂紋: 產生不規則、不穩定的相位，測量間可能漂移 ±30–90°。這種不可重複性正是診斷線索。
鬆動: 3. 兩個測量點之間的相位
比較兩個位置的相位可揭示結構或轉子整體的運動方式。
Comparing phase at two locations reveals how a structure or rotor is moving as a whole.
同相（相差 0°）
- 兩點同步移動，在同一瞬間朝同一方向運動。
- 表示剛性連接或低於共振的模態。
- 常見於同一轉子上兩個軸承在低於臨界轉速運轉時的情況。
反相（相差 180°）
相差 90°（正交）
- 兩點彼此滯後四分之一週期——一點達到峰值時另一点過零點。
- 可能表示圓形或橢圓形運動，可在軸 軌跡.
- 常見於共振時或特定支撐幾何結構中。
4. 測量挑戰
相位需要多精確？
- 動平衡校正： ±5–10°。
- 臨界轉速工作： ±10–20° 即可接受。
- 故障診斷： ±15–30° 通常已足夠。
影響精確度的因素
- 轉速計品質： 乾淨的每轉一次脈衝至關重要。
- 參考標記位置： 標記必須牢固且清晰可見。
- 訊號品質： 良好的訊噪比可維持相位穩定。
- 濾波： 濾波器 可能引入自身的相位偏移，必須予以考慮。
- 轉速穩定性： 轉速波動會使相位讀數模糊。
常見錯誤
- 參考標記移位——膠帶剝落或標記位置變更。
- 轉速計未對準或間歇性故障。
- 訊號振幅過低，雜訊主導相位估算。
- 讀取錯誤頻率成分的相位。
5. 向量分析中的相位
極座標表示法
振動測量本質上是一個向量：大小為振幅，角度為相位。將其繪製在 極座標圖 是視覺化並追蹤動平衡校正過程中響應的標準方法。
向量加法
向量加法 —— 每次試重計算背後的數學原理 —— 需要振幅與相位兩者，因為相位決定兩個向量如何合成：
- 在 0° 時，它們算術相加。
- 在 180° 時，它們相減。
- 在任何其他角度，則適用完整的向量數學。
6. 實際現場工作流程
在實際機器上，捕捉相位的工作由一台在設備自身軸承處、於運轉轉速下工作的便攜式雙通道分析儀完成。 Balanset-1A 讀取相對於其雷射轉速計脈衝的 1× 振幅與相位，軟體將該向量轉換為每個 試重 與校正配重的質量與角度，然後確認 剩餘不平衡。若您想手動合成或分解振動向量以驗證結果，可使用 振動相位角計算器 執行相同的向量運算。
7. 相位記錄與溝通
標準格式
- 以「振幅 @ 相位」格式報告 — 例如，「5.2 mm/s @ 47°」。
- 在相關情況下包含頻率：「5.2 mm/s @ 47° at 1×」。
- 說明參考基準，即角度測量所依據的鍵相位置。
相位圖
- 相位對轉速 — 波德圖的下部曲線。
- 相位對頻率。
- 用於動平衡校正的極座標圖。
- 用於 運轉撓曲振型 分析無法偵測到的摩擦過程。
相位角是將原始振幅轉化為完整振動向量的時間維度。掌握其測量、解讀與應用方式 — 無論是在動平衡校正、共振識別或故障診斷中 — 對於進階振動分析以及對轉子動力學與機械狀態的任何可靠評估而言，都是根本基礎。
