了解变速机器的阶次分析
阶次分析 是一家专业 振动分析 一种专为无法以单一恒定速度运行的机器设计的技术。它不再将振幅与以赫兹（Hz）或每分钟振次（CPM）为单位的固定频率轴作图，而是将振幅与 阶次 — 轴瞬时转速的倍数 运行速度. 一阶振动频率恰为1×（运行速度），二阶为2×该速度，以此类推。由于将分析对象定为轴本身而非时钟，无论机器如何加速或滑行，阶次分析都能确保与速度相关的分量保持清晰。
1. 定义：什么是阶次？
一个 阶次 是基频转速的谐波。由于许多机械故障会在轴转速的整数倍频率下激发振动，因此按阶数表示频谱可以将每个峰值直接映射到其物理原因上。第一阶几乎总是携带 不平衡；二阶是经典的标志之一 错位 以及某些松弛条件；更高的整数阶与 齿轮啮合, vane or blade-pass 与转子上的元件数量相关的事件。非整数（分数）阶标志 次同步 诸如油漩涡或皮带缺陷等现象。简而言之，阶次轴是一张随转子移动的诊断图。
2. 为什么标准FFT在变速电机上会失效
传统的 快速傅里叶变换（FFT） 在固定时间窗口内采样振动 时间 并假设该时间窗口内的转速保持恒定。 对于转速恒定的机器而言，这种方法非常理想。但如果在采集数据期间轴速发生变化，所有与转速相关的成分在捕获过程中都会在频谱上发生漂移。其能量会分散到许多相邻的频率bin中，从而产生一个宽阔、低频且模糊的峰值，而非一条清晰的直线。原本应该在频谱上高耸的1×不平衡峰值可能会被压平成噪声——无法准确读取，且对 趋势分析. 这种拖尾/涂抹现象与……背后的机制如出一辙 频谱泄漏……这种现象因转速的变化而加剧。阶次分析法正是专门为克服这一问题而开发的。
3. 解决方案：阶次跟踪
实现该功能的技术是 订单追踪，并且它取决于第二个输入：一个 转速表 （或称“转速计”）从轴上输出每转一次的脉冲。分析仪将这组脉冲序列（而非其内部晶体振荡器）作为时间基准。它并非以固定时间间隔（例如每毫秒一次）进行采样，而是以固定 angular 间隔（例如，每旋转一度）。这被称为 在角度域中重采样.
通常有两种方法。 硬件（同步）采样 直接利用转速脉冲的锁相倍频信号驱动模数转换器，因此每转总能产生相同数量的采样点。 计算（软件）阶次跟踪 以固定的高采样率采集样本，然后利用记录的转速计时间数据，将记录数据数字化地重新插值到等角步长上。无论采用哪种方式，最终的变换结果都以阶数表示，而非赫兹。如果机器转速发生变化，1×线仍会保持在第一阶频带中，呈现为一个高而窄的峰值——模糊现象消失了。转速计还提供了一个 相位 引用，正是它使分析器能够构建 博德 和 奈奎斯特 在升速过程中生成的图谱。
核心概念：阶次分析将数据采集与轴绑定 角度 instead of 时间，因此无论转速如何变化，速度同步振动始终保持精准。
4. 主要应用
只要速度不是恒定的，阶次分析就必不可少：
- 车辆与发动机测试： 解决发动机、变速箱和传动系统在整个转速范围内产生的振动。
- Wind turbines: 转子转速会持续追踪风速，因此仅关注固定频率的分析毫无意义——阶次分析至关重要。
- 加速和滑行分析： 在机器启动或停止时采集振动数据，是定位故障的有效方法 临界速度 和 共振; 订单追踪功能可确保最终结果 coast-down 图表清晰易读。
- 往复式机械： 压缩机和发动机，其瞬时转速在每个循环内会发生波动。
- 重型和移动机械： 土方机械、采矿车辆及其他变速驱动装置。
5. 阶次分析数据的显示方式
结果以多种互补的格式呈现：
- 阶次频谱： 振幅与阶数的关系——类似于标准FFT，但横轴表示阶数。
- Waterfall 或 瀑布图 plot: 一组叠加的3D序谱，展示了随着速度的变化，各序谱的振幅如何演变。
- Bode plot: 将一个跟踪信号（通常为1×或2×）的振幅和相位随机器转速变化的曲线，这是加速/减速测试的基础。
- 坎贝尔图: 阶线叠加在系统的固有频率线上，因此只要阶线与固有频率线相交，就会出现共振。
A 跟踪滤波器 可以实时将单个阶次单独提取出来进行修整，并且 坎贝尔图计算器 有助于在测试前预测这些交叉点将出现在何处。
6. 实地工作中的阶次分析
在车间现场，阶次分析是无法保持恒定转速的机床进行平衡调整的基础。一款便携式双通道仪器，例如 Balanset-1A 利用其光学激光转速计将振动数据与轴角关联起来，因此其测量的1×不平衡分量 实地平衡 即使在风扇或泵的转速随负载变化而漂移的情况下，也能保持信号纯净。这种基于转速传感器的处理方法使分析仪能够将与转速同步的1×峰值与固定频率噪声（例如 轴承故障频率，从而对重点进行可靠的测定。实际上，阶次分析正是将变速机械的振动数据转化为工程师可据此采取行动的信息的关键——能够准确诊断任何在不同转速下运行的转子的健康状况。
