理解扭转分析
定义：什么是扭转分析？
扭转分析 是对……的测量、评估和建模 扭转振动旋转机械传动系统中绕轴线的扭转振荡。 横向振动 （弯曲）很容易用标准方法测量。 加速度计, 扭转振动需要专门的测量技术（应变计、双转速计、激光测振仪）和分析来检测角振荡、确定扭转固有频率并评估轴、联轴器和齿轮的疲劳风险。.
扭转分析对于往复式发动机驱动、长传动轴、大功率齿轮箱和变频电机等应用至关重要，因为即使横向振动水平在可接受范围内，扭转振动也可能导致轴或联轴器发生灾难性故障。它是一种专业但必不可少的诊断能力，能够预防动力传输系统中突发、意外的故障。.
为什么需要扭转分析
扭转振动与横向振动
- 侧： 弯曲、左右运动，使用标准加速度计测量
- 扭转： 绕轴扭转，无横向位移，标准传感器无法检测到
- 独立： 可能存在严重的扭转而侧向力较弱（反之亦然）
- 损坏： 扭转会导致轴/联轴器失效，而横向测量却无法发出预警。
故障模式
- 轴疲劳断裂（通常与轴线成 45° 角）
- 联轴器元件故障（齿轮齿、柔性元件）
- 往复载荷导致齿轮齿断裂
- 键和键槽因摩擦而损坏
测量技术
1. 应变片法
直接扭转应力测量：
- 应变片以 45° 角粘贴在轴线上（最大剪应力方向）
- 测量扭转引起的剪切应变
- 旋转轴需要滑环或无线遥测技术。
- 最精确，但复杂且昂贵。
- 研究与开发主要用途
2. 双转速表法
- 两个光学传感器位于轴的不同位置
- 测量两点之间的相位差
- 相位差 = 角扭转 = 扭转振动
- 非接触式且实用
- 仅限于低频扭转（（通常小于 100 Hz）
3. 激光扭转振动仪
- 专用激光多普勒系统
- 测量角速度波动
- 非接触式
- 宽频率范围
- 价格昂贵但性能强大
4. 电机电流分析
- 扭转振动会产生电流波动
- 分析电机电流频谱
- 间接但无创
- 有用的筛查工具
解析扭转分析
数学建模
- 传动系统的集中质量扭转模型
- 计算扭转固有频率
- 预测对激励源的响应
- 确定临界速度和共振频率
激发源
- 往复式发动机： 脉冲放电会产生扭转激励
- 齿轮啮合： 齿轮啮合产生往复扭矩
- 变频器： 脉宽调制开关频率谐波
- 电气： 电机极间通过频率和滑差频率
扭转的坎贝尔图
- 绘制扭转固有频率与速度的关系图
- 叠加激励级数线
- 确定扭转临界速度（干涉点）
- 选择操作速度
关键应用
往复式发动机驱动
- 柴油发电机
- 燃气发动机压缩机
- 船舶推进
- 较大的扭矩脉动需要进行分析。
长传动轴
- 轧机驱动装置
- 船用螺旋桨轴
- 造纸机驱动
- 长度导致扭转刚度降低
大功率齿轮箱
- 风力涡轮机齿轮箱
- 工业齿轮减速机 > 1000 马力
- 齿轮啮合引起的扭转模态激励
变频器电机系统
- 变频驱动器产生扭转激励
- 脉宽调制谐波可以激发扭转共振
- 人们越来越关注VFD的扩散。
分析结果
扭转固有频率
- 通过测量或计算确定
- 与激励频率进行比较
- 确认有足够的隔离距离
压力水平
- 根据测得的振动计算交变剪应力
- 与材料耐久极限进行比较
- 评估疲劳寿命消耗
- 确定应力是否在可接受范围内
减震
- 通过扭转共振处的响应进行测量
- 通常非常低（< 1% 临界值）
- 低阻尼意味着尖锐的共振
缓解策略
频率分离
- 确保扭转固有频率与激励频率分离
- 改变轴的直径、长度或联轴器刚度
- 修改惯性（添加飞轮）
阻尼附加
- 扭转阻尼器（粘性或摩擦式）
- 高阻尼耦合器
- 降低共振放大
运行速度变化
- 避免在扭转临界转速下连续运行
- 限制速度范围
- VFD调谐以最大限度地减少激励
扭转分析是一门专门的振动分析学科，旨在解决扭转振动问题。扭转振动会导致灾难性故障，而这些故障是标准横向振动监测无法检测到的。扭转分析需要专门的测量和分析技术，但对于往复式发动机驱动装置、长轴、大功率齿轮箱和变频器系统等而言至关重要，因为扭转振动会带来严重的可靠性和安全风险。.
类别
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