丁健
摘要：简述机械振动测量的三种方式，提出旋转机械振动测量方式选择中存在的问题；研究简谐激励下旋转机械振动传递的特性，从根据具体的测量目的和振动的分布特点两方面，指出了选择振动测量方式应考虑的因素。
关键词：旋转机械；振动；测量；方式；选
中图分类号：TH165.3文献标识码：B
旋转机械振动监测首先要选择测量方式，进而确定相应的评价标准。机械振动的测量有三种基本方式：(1)旋转部件与固定结构的相对运动测量；(2)非旋转部件相对惯性参考系统的绝对运动测量；(3)旋转部件相对惯性参考系统的绝对运动测量。
关于测量方式的选择，一些文献提出要考虑下列因素：(1)轴承与其支承座的相对刚性（或柔性）；(2)转子和机器静止部分（壳／罩）之间的质量比。
例如，ISO7919/11996(E)标准提出：“包含有挠性转子的轴系，在旋转件上测量，振动状态上的变化可以更明确更灵敏地检测出来。同转轴质量比较起来具有相对较大刚性和（或）较重机壳的机器是这类机器的典型，对于这类机器轴振动测量常常更可取。”
可以证明，这些文献中的提法都不够严密。
一、旋转机械的振动分析
选择测量方式需要考虑振动的响应，研究振动传递规律。下面通过分析简谐激励下旋转机械在垂直方向运动的特例，给出一般结论。
设机械转子的质量为m1，轴承（或油膜）阻尼系数为c1，弹性系数为k1；轴承座和基础参与振动的当量质量为m2，阻尼系数为c2，弹性系数为k2。系统在简谐激励F(t)=F0sinωt的作用下运动，两部分在t时刻的位移分别为y1和y2，动力模型如图1所示。运动的微分方程可写作
只考虑稳态振动响应。从非齐次微分方程是简谐函数这一性质，可知对应稳态振动解的形式也是简谐函数，并且振动响应的频率与激励的频率是一致的，可用复数法求解联立微分方程。
设F(t)=F0eiωt(3)
y1=Aei(ωtφ1)(4)
y2=Bei(ωtφ2)(5)
y1y2=Hei(ωtφ12)(6)
将式（5）和（6）代入式（2）并整理，得
(m2ω2+ic2ω+k2)Beiφ2=(ic1ω+k1)Heiφ12(7)
解方程（7），得
忽略阻尼的影响，式（8）可化简为
根据式（8）和（9）可以得出如下结论：(1)B/H与m20a1l的大小无关；(2)B/H近似与k1成正比；（3）B/H近似与∣k2m2ω2∣成反比。
二、振动测且方式的选择
1．根据具体的测量目的选择
(1)若评价指标是振动的变化，应根据不同测点对不同参考系统振动响应的大婿定振动测量方式。
(2)若评价指标是轴承上的动载荷，由于其与轴承的变形量（或油膜间隙的变化量）有关，应采用相对轴振动的测量方式。
(3)若评价指标是定子与转子之间的间隙，应采用测量轴振动的方式。
(4)若评价指标是固定结构的振动变化，应采用测量非转动部件的方式。
2．根据振动的分布特点选择
(1)影响系统振动分布的因素。
系统的振动分布可以采用振幅的比值描述。对于旋转机械，转动部件和非转动部件的振动幅值之比决定于机械转速和机械结构本身的参数。影响振幅比值大小的结构参数包括轴承（或油膜）、轴承座和基础的静刚度及阻尼系数，轴承座和基础的质量。旋转部件的质量大小不影响振幅的比值。
(2)相对轴振动测量与轴承座振动测量之间的选择。
如果轴承的静刚度kl相对较小，而机械转速相对偏离固定结构共振点，选用相对轴振动测量方法比较合适。
如果轴承的静刚度kl相对比较大，而机械转速相对接近固定结构共振点，则选用轴承座振动测量方法比较合适。
(3)相对轴振动测量与绝对轴振动测量之间的选择。
如果轴承的静刚度kl相对比较小，而机械转速相对偏离固定结构共振点，可根据式（8）测算，当传感器的支承结构振动小于相对轴振动的20％时，相对轴振动测量与绝对轴振动测量都可以采用。
如果轴承的静刚度kl相对比较小，而机械转速相对接近固定结构共振点，可根据式（8）测算，当传感器的支承结构振动是相对轴振动的20％或更多时，要测量绝对轴振动。
参考文献：
屈维德、唐恒龄．机械振动手册．机械工业出版社，2000.5.
严可国等．大型旋转机械监测保护故障诊断系统．北京英华达电力电子工程科技有限公司，1994.5.
ISO7919/1－1996(E)：非往复式机器的机械振动一旋转轴的测量和评定准则第一部分：一般指南．