【技术干货】一文读懂"阶次"：旋转机械故障诊断的核心密码！

一、引言：当工程师遇上"阶次之谜"

在旋转机械故障诊断中，你是否遇到过这样的困惑：

• 同样的振动问题，有人说是"3阶次"，有人说是"10Hz"，到底该信谁？
• 为什么发动机做功次数明明是每两圈一次，阶次却是3？
• 风扇叶片数和转速相乘得到阶次，但齿轮传动时阶次却可能是小数？

今天，我们用最直观的案例和图解，揭开**阶次（Order）**的神秘面纱！

二、阶次的本质：旋转一圈发生了什么？

1. 最简单的定义

阶次是阶次旋转部件每转一圈（360°）内事件发生的次数。

• 类比

  ：就像数车轮每转一圈压过多少个井盖。  

• 关键区别

  
   

• 频率（Hz）

  ：1秒内发生的次数（时间维度）。  

• 阶次（Order）

  ：1圈内发生的次数（空间维度）。  

2. 经典案例演示

案例1：轴的转速与转频（图1）

• 轴转速600 RPM → 转频=600/60=10Hz（每秒转10圈）。
• 轴转速3300 RPM → 转频=55Hz。
   
  频谱图对比  
  不同转速下，同一故障特征频率会随转速变化（如图2）。  
   
  
   

案例2：多轴传动系统

• A轴转速600 RPM，B轴半径是A的3倍 → B轴转速=1800 RPM。
• A轴1阶次=1圈1次，B轴1阶次=1圈3次 → B轴相对于A轴是3阶次！
   
  
   

• 三维图展示

  转速-幅值曲线中，绿色线即为阶次曲线（图3）。  
   

  三、阶次 vs. 频率：为什么必须分清？  

   
   

  图 4阶次-转速-频率的关系

  ---

  四、工程实战中的阶次计算

  1. 基础公式

  阶次 = （事件发生次数 / 圈数） × 参考轴阶次

  2. 复杂场景解析

  案例3：齿轮传动的小数阶次

  案例4：发动机做功阶次

   

  图5

  ---

  五、Simcenter Testlab中的阶次可视化

  在专业测试软件中，阶次数据通常以两种方式呈现：

• 1.瀑布图（Waterfall）

  ：展示不同转速下的阶次幅值变化（图6）。  

• 2.彩色图（Colormap）

  ：直观显示阶次能量分布（图7）。  

  
  

   

  图6 频谱图

   

  图7 瀑布图

  
  

• ---

  六、常见误区与避坑指南

  ❌ 误区1："阶次就是频率，可以直接比较数值。"
  ✅ 正解：必须关联参考轴转速！600 RPM下的3阶次 ≠ 3000 RPM下的3阶次。

  ❌ 误区2："只有整数才是阶次。"
  ✅ 正解：小数阶次很常见（如齿轮传动比非整数时）。

  ❌ 误区3："发动机做功次数少，阶次一定低。"
  ✅ 正解：四冲程发动机做功阶次=0.5，六缸时可达3阶次！

  ---

  七、结语：掌握阶次，诊断效率翻倍

  
   

• 对工程师

  ：阶次是旋转机械的"基因密码"，从风扇到航空发动机均适用。  

• 对研究者

  ：阶次分析能揭示隐藏的故障模式（如非整数阶次对应松动部件）。  
• 分析轴承故障时，重点关注轴承特征阶次（如内圈故障=0.5×滚子数）。
• 诊断齿轮箱时，对比啮合阶次与边频带。
• 四冲程发动机：转2圈做功1次 → 阶次=0.5。
• 六缸发动机：6缸×0.5=3阶次。

• 关键点

  ：阶次独立于转速，只与机械结构相关！  
• 蓝轴转速60 RPM，灰齿轮13齿，绿齿轮8齿 → 绿齿轮相对蓝轴阶次=13/8=1.625。

• 意义

  ：阶次可以是小数！说明故障特征可能出现在非整数倍转速处。  
• 阶次直接=86（每圈86个齿通过）。
• 转频=10Hz → 叶片通过阶次=6×10=60 → 60/10=6（阶次）。

• 示例1

  ：6叶片风扇，转速6000 RPM  

• 示例2

  ：86齿转轴，转速6000 RPM  
• 测量电机谐波 → 用频率（如50Hz工频干扰）。
• 诊断发动机故障 → 用阶次（如点火阶次=0.5×气缸数）。