关于阶次你了解多少？

关于阶次你了解多少？

NVH是噪声、振动与声振粗糙度（Noise, Vibration and Harshness）分析的缩写，是指对车辆、航空、船舶等机械设备在运行过程中产生的噪声、振动和冲击等问题进行分析和解决的相关技术。其中，阶次是NVH分析中非常重要的一个概念，它可以用于描述发动机、传动系统、车轮等旋转部件的振动频率，从而帮助工程师进行故障诊断、优化设计和改进制造工艺等方面的工作。阶次可以理解为旋转系统中的一个周期，通常使用“倍频”来描述，为了更易于理解阶次的物理意义，我们先引入频率的概念。首先我们常说的频率是指1秒内完成周期性变化（振动）的次数，单位为赫兹(Hz)，例如每秒振动10次，那么它的频率就为10Hz。而阶次就是每旋转一圈事件发生的次数，例如在一圈内振动了两次，我们就可以说阶次是二阶次。同时阶次和频率之间也有关系，对于旋转机械，每秒旋转的圈数即转动频率，简称转频；而阶次则是每圈事件发生的次数，那么阶次对应的事件发生的频率=阶次×转频。因此可以可以说1阶次对应的频率=1倍转频，n阶次对应的频率=n倍转频，这也是我们使用“倍频”来描述阶次的理由。

那为什么我们需要关心阶次？

首先阶次分析可以用于故障诊断：阶次分析可以用于诊断发动机、传动系统和车轮等旋转部件的故障来源。例如，一些特定的阶次频率可能会导致明显的振动和噪声，工程师就可以通过阶次关系确定是发动机哪个部件产生的响应，从而针对这个部件进行减振降噪工作。

其次阶次可以用于优化设计：阶次分析可以帮助我们评估旋转系统的稳定性。例如，在发动机的转速范围内，不同阶次的振动响应会呈现不同的变化趋势。通过分析不同阶次的振动信号，我们可以评估旋转系统在不同转速下的稳定性，从而优化系统设计和控制振动。

阶次怎么查看？

在进行旋转机械的振动噪声时，离不开瀑布图分析，它采用“跳跃式的FFT变换”方式计算瞬时频谱，用三维图来显示分析结果，是所有瞬时FFT频谱的集总显示。它的分析结果既能反映出与随转速变化的阶次信息，又能反映出结构的共振特性。而在RecurDyn中我们常会使用Campbell图来分析振动，常见的样式为转速×频率的图表（如下图所示）。我们知道旋转机械的振动噪声响应容易出现在转速的倍数处，也就是我们前面讲的阶次处，坎贝尔图可以形象地描述这些关系，如下图黄色的为阶次线，用颜色深浅表示幅值。暗的颜色表示低的幅值，亮的颜色表示高的幅值，我们可以直观地看出各阶次对振动的贡献，例如黄色高亮的部分就表示该阶次发生了明显的振动和噪声。另外，Campbell图中确定的关键因素有除了阶次线还有共振频率，由于共振与转速无关，当外界激励频率接近或等于物体固有频率时就会发生共振，因此图中共振曲线为垂直与频率轴的直线，且幅值更高。

RecurDyn坎贝尔图

除此之外，大家也可以看到低阶次较为清晰，但是高阶次线就会变得模糊不清，这主要原因是高阶次对应的频率变化范围更大。前面我们讲过n阶对应的频率= n倍转频，因此在低阶频率变化的倍数是小于高阶的，例如3阶的频率如果变化了10Hz，那么30阶的频率就会发生100Hz的变化。由于转速会连续变化，频谱就会变成连续谱，离散的谱线会变成谱带或者说谱线变宽，从而导致高阶次线变得模糊不清。