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嘉峪檢測網(wǎng) 2018-03-16 08:52
來源：摘編自《清華大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）》1997年第37卷《扭振測試誤差及其校正方法研究》，作者：張曉玲，唐錫寬
扭振測量對旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障監(jiān)測與診斷有重要意義。為測量扭振，在軸的兩端安裝具有等轉(zhuǎn)角間隔的碼盤。測量等分轉(zhuǎn)角經(jīng)過的時(shí)間間隔，可以得到扭振的信息。由于碼盤和轉(zhuǎn)軸不同心和在用聯(lián)軸節(jié)聯(lián)接碼盤和軸端時(shí)其轉(zhuǎn)速比變動(dòng)，扭振測量結(jié)果會(huì)有誤差。
1、傳動(dòng)偏心誤差
在采集扭振信息時(shí)，通常將兩編碼盤（分度盤）裝在被測軸兩端。但有時(shí)因結(jié)構(gòu)原因，在軸上不便安裝碼盤，而不得不在軸端部用聯(lián)軸節(jié)將軸與碼盤D相連（見圖1）。這時(shí)欲測軸兩端A、B處的角度差（扭角）信息，但只能測出碼盤A和D處的角度差。當(dāng)碼盤軸Ⅱ和被測軸Ⅰ不同心時(shí)，D和B的運(yùn)動(dòng)存在誤差，從而使獲得的扭振信息失真。這種因傳動(dòng)偏心引起的誤差常帶入倍頻以及更高階倍頻的干擾。
2、由分度盤刻度不勻引起的誤差
若利用軸上的等分齒盤或其它等分結(jié)構(gòu)，用時(shí)間測量法測量扭振時(shí)，在齒盤上用傳感器可以產(chǎn)生一個(gè)脈沖串。若齒盤分度不均勻，則脈沖串的時(shí)間間隔不能正確反映出轉(zhuǎn)過理想等分角的時(shí)間，以此來計(jì)算軸的扭轉(zhuǎn)瞬時(shí)角速度將會(huì)帶來誤差。實(shí)際上由于制造精度的影響，齒盤分度總是有誤差的。以標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒輪為例來分析。設(shè)齒輪的分度圓直徑d=200mm，在不同精度等級(jí)下的周節(jié)累積誤差tE和相當(dāng)?shù)牟坏确侄?Delta;θ可見表1。
即使不考慮其它因素，假設(shè)測量系統(tǒng)是理想的，測量精度也只可能達(dá)到這一限度。在很多的實(shí)際機(jī)器中，當(dāng)作用在轉(zhuǎn)軸上的扭矩很小時(shí)，其扭振幅度常常只有百分之幾或千分之幾度，當(dāng)測量這些小幅度振動(dòng)時(shí)，齒輪不等分誤差會(huì)使得測量結(jié)果面目全非。
3、安裝誤差
當(dāng)分度盤和軸有安裝偏心e時(shí)，則當(dāng)分度盤轉(zhuǎn)過一刻度時(shí)，實(shí)際轉(zhuǎn)角不等于θ=2π/n，而為U角（見圖2）。
由上式可知，ki 將在1/1+λ和1/1-λ之間變動(dòng)。如果把k=k(h)展開，可知它將含有cosh，cos2h，cos3h及更高階次項(xiàng)。這表明即使轉(zhuǎn)軸沒有扭振，也會(huì)出現(xiàn)同頻及高階頻率的信號(hào)。
4、變曲振動(dòng)對扭振測量的影響
對轉(zhuǎn)軸來講，在發(fā)生扭振時(shí)常伴有橫向彎曲振動(dòng)。當(dāng)用時(shí)間法測量扭角（扭振）時(shí)，會(huì)受到橫向振動(dòng)的影響而導(dǎo)致誤差。如圖3所示，當(dāng)只有扭振時(shí)，測出軸由i點(diǎn)到i+1點(diǎn)轉(zhuǎn)過θ=2π/n時(shí)，所需的時(shí)間nif。其中f為時(shí)鐘脈沖間隔時(shí)間，如采用10MHz時(shí)鐘則f=10??s，ni 為從i點(diǎn)到i+1點(diǎn)時(shí)采集的時(shí)鐘脈沖數(shù)目。則這一段時(shí)間內(nèi)的角速度近似為
當(dāng)有橫振時(shí)，在垂直于扭振傳感器的方向（圖示為水平方向）的振動(dòng)將使B點(diǎn)向右（或左）移動(dòng)，從而增加或減少在該區(qū)間測出的時(shí)間，帶入了誤差。設(shè)在該區(qū)間軸在x方向移動(dòng)距離為Si，則將帶入轉(zhuǎn)角誤差Si/r。
在文[2]中提到可用裝置兩個(gè)相差180°的扭振傳感器來消除橫振影響，即在A、C兩處裝有傳感器，當(dāng)有Si存在時(shí)，由B到A的時(shí)間增加，而由D到C的時(shí)間減少。根據(jù)所測出的這兩時(shí)間可以消除橫振的影響，這是一種有效的簡便方法。但有時(shí)使用光學(xué)碼盤時(shí)，它不便于在同一碼盤上安裝第二個(gè)傳感器。為消除橫振的影響，本文提出了另一種數(shù)值計(jì)算方法。
在安裝碼盤附近的截面處裝一位移傳感器測量軸的橫振。其方向與扭振傳感器位置垂直（不失一般性，設(shè)為水平方向）。一般講，在離散情況下，橫振的采集點(diǎn)數(shù)和扭振的分度數(shù)不會(huì)相同。例如在扭振測量中碼盤用1024線（或1000、512線等），而橫振的采集點(diǎn)數(shù)，當(dāng)應(yīng)用整周期采集時(shí)一般為16點(diǎn)或32，64點(diǎn)。
5、量化誤差
在用時(shí)間法測量扭振過程中，采用時(shí)鐘脈沖時(shí)碼盤刻度發(fā)出的脈沖間隔進(jìn)行計(jì)數(shù)，來確定轉(zhuǎn)過一刻度經(jīng)歷的時(shí)間。因此，不可避免的存在一些舍入誤差，稱為量化誤差。
設(shè)碼盤分度數(shù)為n，轉(zhuǎn)速為N，計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖頻率為fc，轉(zhuǎn)過一刻度的計(jì)數(shù)脈沖數(shù)為nf，則有
由于nf 必須為整數(shù)，而上式右邊可能為小數(shù)，因而存在舍入誤差。脈沖個(gè)數(shù)的最小單位為1，因此計(jì)數(shù)誤差最多為±1，相對誤差將為
由上式可知，當(dāng)分度數(shù)n和轉(zhuǎn)速N愈高，相對誤差愈大；時(shí)鐘頻率愈高，則相對誤差愈小。例如當(dāng)fc= 6 MHz，N=3000r/min，n=1024時(shí)，X=0.853%。
要說明的是，如為了減少量化誤差而減小分度數(shù)n，則使扭振采樣點(diǎn)減少，對于高頻的扭振測試是不利的。
此外，如果每一刻度區(qū)間都存在有舍入誤差，則累積誤差將相當(dāng)大。在一轉(zhuǎn)后采集到的總周期將發(fā)生較大誤差。為了解決累積誤差問題，在本系統(tǒng)中采用硬件來解決，使之不造成累積誤差。
根據(jù)上述常見誤差，編制了相應(yīng)的軟件。在扭振測試系統(tǒng)中列在誤差修正的總菜單下，通過誤差校正，將提高扭振的測試精度。
來源：AnyTesting
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