理解级联图
A 级联图 ——也称为 瀑布图，3D光谱或光谱图——是一种三维显示，用于展示 振动 频谱 随时间、速度或其他变量而变化。频率沿X轴变化，变化变量（时间或速度）沿Y轴变化，而振动 振幅 沿Z轴方向，以高度、颜色深浅或两者兼而有之的形式呈现。连续的光谱层层叠加，犹如一连串飞流直下的瀑布，共同构成了这样一幅画面：其中所展现的规律，是任何单一的二维光谱都无法揭示的。
这一新增功能使得级联图在以下两个具体任务中不可或缺： 转子动力学 分析，其中指出了 临界速度 在启动或减速过程中，以及长期故障跟踪中，工程师可以观察轴承缺陷频率的初现及随后的增长。在该领域中，“级联图”和“瀑布图”这两个术语可互换使用。
1. 级联图的构建原理
坐标轴和尺寸
- X轴（水平）： 频率，单位为赫兹（Hz）、每分钟嗡声次数（CPM）或 阶次.
- Y 轴（深度）： 被扫描的变量——时间、速度或负载。
- Z轴（垂直或颜色）： 振动振幅。
- 看法： 通常从前上方视角观察，以免前排的线条完全遮挡住后排的线条。
基于 Y 轴变量的类型
Y轴所代表的数值决定了该图表的用途：
- 基于速度的级联（启动/减速）： Y 轴表示旋转速度，该速度是在 升速运行 或 降速，速度通常从前到后逐渐增加。这是确定临界速度最常见的方法。
- 基于时间的级联： Y轴表示日历时间，展示了故障随天、周或月的发展情况——最近的记录位于后方，较早的记录位于前方——这使其非常适合监测渐进性故障。
- 基于负载的级联： Y 轴表示载荷或功率，揭示了振动对载荷的响应情况，并揭示了变负荷设备上与载荷相关的现象。
2. 阅读和解读级联图
整个技巧的关键在于一条视觉规则：随转轴转速变化的分量呈对角线倾斜，而频率固定的分量则垂直排列。学会解读这种几何关系，图表便不言自明。
速度跟踪组件
这些呈现为斜线，因为它们的频率会随速度的增减而变化：
固定频率分量
这些显示为垂直线，且无论速度如何变化，它们都保持不变：
- 固有频率: 垂直特征标记结构 共振.
- 电频率： 两倍于电源频率（60 Hz 电源下为 120 Hz，50 Hz 电源下为 100 Hz）的频率波形呈完美的垂直线。
- 外部振动： 附近设备不断渗入的恒定频率。
确定临界速度
当一条对角线（1×）与垂直的固有频率特征线相交时，便能获得关键信息。在该交点处，振幅达到峰值——在图表上形成一座“山峰”——因为转子正处于共振状态，而该峰值的陡峭程度可直观地反映出 阻尼.
3.应用
临界速度分析
这是经典的应用方式，在调试和故障排除中起着核心作用。基于转速的级联分析使工程师能够定位工作范围内的每个临界转速，验证与运行转速之间的安全裕度，根据峰值尖锐度判断阻尼特性，并将测得的临界转速与由 坎贝尔图 或转子模型。
轴承缺陷监测
基于时间的级联检测是监测轴承状况恶化的自然方法：观察 BPFO、BPFI 和 BSF 观察峰值的出现与上升，留意预示损伤加剧的谐波变化，并根据增长率估算失效时间——这是预测的基础 剩余使用寿命.
阶次分析
将频率轴以阶数而非赫兹为单位绘制，能有效改变图形的呈现方式：与转速同步的成分在垂直方向上排列整齐，而非同步的成分（如轴承共振音或 油膜涡动) 呈对角线斜向延伸。这种效果在变速机器上尤为显著，因为在这些机器上，传统的Hz轴会将每个阶次模糊成一个频带。
故障发展可视化
更广泛地说，级联图是观察故障演变的首选图示形式——新峰值出现、现有峰值增长、谐波倍增，以及 边带 逐渐显现——这一切都呈现在一张图片上。
4. 绘制有效的级联图
数据收集
- 足够的切片： 为了获得清晰、易于辨认的图像，至少需要10至20个光谱。
- 固定增量： Y 轴变量上的均匀间隔可确保几何形状不发生变形。
- 适当的分辨率： 具有足够的频率分辨率来分离目标峰值——这一选择 FFT分辨率计算器 can help make.
- Full range: 覆盖完整的运行速度范围或整个趋势分析期间，确保所有重要数据均包含在图表中。
显示设置
- 振幅刻度： 线性或对数，具体取决于数据的动态范围。
- Colour map: 经过筛选，以突出重点内容。
- 视角： 通常仰角为20–30度，以确保清晰度。
- 峰值保持： 有些软件会在各层切片上绘制峰值包络线，以增强图像的清晰度。
5. 现场仪表的适用场景
要捕获可用的频谱序列，需要一种能够在加速或减速过程中，同步于轴转速记录一系列频谱的仪器。例如，一款便携式双通道分析仪，如 Balanset-1A 与轴一起测量振动 转速表 作为参考，以便现场工程师能够采集带有速度标记的光谱，从而确定机器在其自身轴承中的临界转速——然后，如果对角线上的 1× 线占据主导地位，则直接转入 实地平衡 无需离开该网站。
6. 优点与局限性
与任何可视化工具一样，级联图也是一种具有特定适用场景的工具，而非万能的解决方案。
优势
- 以直观的单一视图呈现多维数据。
- 揭示了在孤立的二维光谱中根本无法观察到的模式。
- 清晰地将与速度相关的分量与与速度无关的分量分离出来。
- 全面展现动态行为特征——且在报告和演示文稿中呈现效果良好。
限制
- 如果组件过多，界面可能会显得杂乱。
- 需要具备相关经验才能正确解读。
- 在3D视图中，细微的细节可能会被近处的山峰遮挡。
- 这使得难以准确读取数值，因此它只是对传统2D技术的补充，而非替代 光谱分析.
级联图是一种强大的可视化工具，它为频率分析增添了时间或速度维度，从而揭示出静态频谱所无法捕捉的动态模式和演变过程。掌握其解读方法——区分对角线与垂直特征、识别临界速度交点以及追踪故障演变——是进行高级振动分析和转子动力学评估的核心技能。
