1 引言
對於旋轉機械，扭轉振動是廣泛存在的，而對高速旋轉機械來說，這種現象也更加明顯。現在廣泛使用的扭振測量方法有相位差法、鐳射多普勒測扭法以及脈衝時序法，這些方法有一個共同點，就是要求待測軸上已經安裝有分度結構或者有足夠空間用於安裝測量齒盤[1]。而在高速旋轉機械中，旋轉軸往往在非常複雜的工況下執行，例如充滿潤滑油的變速齒輪箱，在這種高溫複雜並且充滿干擾的環境下是不可能用傳統方法進行測量的，無論是定位元件的安裝以及感測器的抗干擾性都很難保障。
雖然脈衝時序法克服了齒盤分度不均勻的影響，測量精度也較高，但是這種方法對待測軸系有嚴格的要求：軸的長度必須具有一定跨度來安裝多個感測器；並且軸上必須安裝有輪盤或者有足夠的空間可以安裝輪盤[2]。對於本論文中待測的傳動軸來說，大部分軸段是在密封環境中使用的，而暴露在外的軸段沒有足夠空間安裝分度輪盤，這個時候就需要改進測試方法，選用更加節省空間的測試方法。
結合上文的介紹，本論文采用了試驗檯對旋轉軸的扭振特性進行研究，在感測器方面，選用了美國ATI 公司的2000 系列遙測扭振感測器，一方面考慮到它的無線訊號傳送的優點，既感測器測得的訊號不需要線材就可以很好的被接收器接收。這樣不僅很好的解決了測量高速旋轉軸扭振時訊號線難的問題，同時也避免了傳統脈衝時序法對軸系形式有特定要求的弊端。另一方面，因為該感測器採用了對稱佈置的雙加速度感測器結構，所以很好消除了重力以及徑向加速度的影響。
在試驗中，利用現有高速旋轉試驗平臺，用試驗的方法得到了待測軸的扭振一階固有頻率，同時，利用Ansys 模擬軟體計算出待測軸的模態引數，通過和實驗資料的對比，證明了扭振測試系統的準確性和可靠性。
2 扭轉振動測試系統
扭振測試部分主要對被測旋轉軸的扭轉振動加速度引數進行測量。示的是ATI 扭振感測器安裝實物圖：
為保證扭振測試裝置能夠方便的安裝、調整，整個測試裝置設定在具有T 型滑動槽的工作平臺上，同時，各感測器元件以及支架都可以方便的進行橫向和縱向的位置調整，已獲得更大的靈活性並滿足不同感測器的安裝位置要求。
扭轉振動實驗主要運用ATI 遙測扭振感測器和轉速感測器共同完成，整個扭振測試系統主要由四部分組成：ATI 扭振感測器、轉速感測器、NI 資料採集卡、工控機以及軟體部分。扭振測試系統的結構框圖示：
因為整個實驗需要測試輸出軸在不同轉速下的扭轉振動，所以對轉速進行監測是必須的，扭轉振動訊號和扭振訊號通過不同的資料通道進入資料採集卡中，資料採集卡將採集到的資料傳到工控機中通過測試軟體顯示出來，並且在資料採集完成後對資料進行離線的分析。
3 扭振實驗與實驗結果
對傳動軸扭振固有頻率的測量是分析軸系扭振的基礎，知道了固有頻率，才能正確判斷和分析受迫扭振特性及軸系共振的可能性。
實驗原理：對轉軸不施加任何人為激勵，使之處於自然振動狀態下，此時轉軸可能受到一些擾動力矩的作用，如轉速的波動、軸承摩擦力矩、齒輪間衝擊力矩等。因此通過採集多組軸系在不同轉速下的自然振動狀態扭振角加速度訊號，並對這些時域訊號進行頻譜分析，找到不同轉速下頻率譜線的共同部分即為軸的'扭振固有頻率。
實驗過程：將扭轉振動感測器安裝在軸端，並調零；開啟電機及變頻器，通過轉速設定視窗調整轉速，使軸分別在某一特定轉速下穩定旋轉一段時間，並在此期間採集軸在自然振動狀態下的角加速度訊號。
資料分析：由於試驗檯周圍的儀器裝置比較多，使得測量訊號中引入了噪聲干擾。通過LabVIEW 中的MATLAB Script 節點呼叫MATLAB 程式進行訊號的小波消噪、相關積累等處理，最後進行頻域分析以提取扭振訊號的頻率特性。