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断的物理对象。在众多机械部件中，作为最常用和最重要的旋转机械，更是需要进行故障
诊断。
旋转机械是最常用的一类机械设备，常常可以简化为转子系统。旋转机械是指依靠旋
转运动来完成的机械设备，在结构上必须具备最基本的转子、轴承等零部件，尤其是指转
速相对较高的机械[4]
。旋转机械的转动部分通常称为转子，转子作为旋转机械的重要组成
部分，在设备运行时会由于各种故障造成运行效率下降，不仅影响设备本身的安全稳定运
行，而且还会对其他部件运行造成直接影响，故障严重时会造成重大经济损失，甚至导致
重大人员伤亡事故，因此通过转子故障实验来研究机械设备故障诊断，对于旋转设备的运
行和文护是非常有意义的。
常见的转子故障有转子不平衡、转子不对中、转子碰摩、转轴裂纹、油膜涡动等。
2.1.1 转子不平衡
转子不平衡是转子系统常见故障之一。有关统计资料表明，不平衡所造成的振动， 约
占转子系统振动的三分之一。 我们一般把旋转体质量中心沿旋转中心的不均匀分布叫做不
平衡，由此引起的设备振动或运行时产生的其他问题称为不平衡故障[5]
。引起转子不平衡
故障的原因有许多种，其中最典型的就是转子质量不平衡，其主要特征为：
（1）转子的稳态振动其实是一种与转速同频的强迫振动，所以转子不平衡故障主要
表现为一倍频振动幅值大；
（2）转子的轴心轨迹是圆或椭圆；
（3）当工作转速一定时，相位稳定；
（4）转子的进动方向为同步正进动；
（5）转子振幅对转速变化具有高度敏感性，随着转速的下降，振幅出现将明显下降。
然而，由于实际转子系统并非完全是线性振动系统，它还受一些非线性因素影响， 因此典型的不平衡振动频谱图中，除转速频率成分在总振幅中占有绝对优势外，经常会出现
较小的高次谐波，使整个频谱呈现出所谓的“枞树形” 。
2.1.2 转子不对中
旋转机械一般是由多个转子和轴承组成的系统，转子和转子之间用联轴器连接，转子
不对中是指相邻两转子的轴心线与轴承中心线的倾斜或偏移程度[12]
。据有关资料统计，
转子系统机械故障的 60%是由不对中引起的。转子不对中可分为联轴器不对中和轴承不
对中。
不对中故障的主要特征是：
（1）转子径向振动出现二倍频，随着不对中严重程度的增大，二倍频所占的比例也
就越大；
（2）典型的轴心轨迹为香蕉形，正进形；
（3）联轴器不对中时轴向振动较大；
（4）轴承不对中时径向振动较大；
（5）振动对负荷变化敏感。
2.1.3 转子碰摩
转子与定子的碰摩是旋转机械中最常发生也是最具破坏性的故障之一。 当转子振动幅
值大于转子与定子之间的间隙时，就会发生连续的或者间歇性的碰摩。多数情况下，首先
可以观察到局部摩擦的产生，它引起旋转机械的不规则振动；随着振动加剧，局部摩擦会
过渡到整体摩擦，从而造成剧烈的振动使得机器无法正常运转。
转子碰摩故障的主要特征为：
（1）转子失稳前频谱丰富，波形发生畸变，轴心轨迹也出现不规则变化；
（2）转子失稳后波形严重畸变或削波，轴心轨迹发散；
（3）轻微碰摩时同频幅值波动，轴心轨迹带有小圆环内圈；随着碰摩严重程度的增
加，内圈小圆环增多，且形状变化不定；轨迹图上键相位置不稳定，出现快速跳动现象；