家电产品阶次分析知识和应用
1 阶次的定义
阶次的定义
阶次主要针对旋转机械，它代表的意义是旋转部件每旋转一圈某事件发生的次数。作为一个处于旋转状态的部件，它会产生一定幅值的响应（振动或/和噪声）。
随着转速的变化，这个响应也会发生变化。这个阶次响应与转速和转频之间有对应关系。确切地说阶次是转速或转频的倍数，对转速保持不变。独立于轴的实际转速，是参考轴转速的倍数或者分数。而结构的振动噪声响应通常出现在转速的倍数或者分数处，也就是这些阶次处。
2 阶次分析用途
阶次分析用途
对于分析旋转机械的振动噪声，进行阶次分析非常有帮助。这是因为系统产生的响应大多数情况下都与特定的阶次(当然还有共振频率产生的响应)相关，在特定的阶次上会出现相应的响应、系统的每一个部件(电机，风扇，压缩机等)对系统的振动噪声总量级 (Overall level)都有贡献。阶次分析帮助确定每一个独立部件对总量级有多大的贡献。
2.1 故障诊断
2.2 产品测试
空调、冰箱、洗衣机等家电产品的开关机及模拟运行 料理机、吸尘器等小家电档位转速选择及切换
3 阶次图
阶次图
3.1 瀑布图 waterfall graph
旋转机械的转轴部件从启动、升速到额定转速的过程经历了全部转速的变化，因此在各个转动下的振动状态可用来对机器的临界转速、固有频率等参数进行辨识。启动和停止过程包含了丰富的信息，是常规状态下无法获得的，描述这种瞬态过程的一种方法是瀑布图法，是将不同转速下的频谱图按转速逐渐增加或是逐渐较小顺序排列得到的一组频谱，能够反应加速/减速过程中信号频率成分的变化，这种图形的结构类似瀑布，所以称为瀑布图”。
3.2 Colormap 彩图
Colormap是通过颜色深浅的变化，将两个变量以及其对应的函数同时显示的一种方法，在处理试验数据时经常用到，其原理是通过一个mx3的矩阵，将具体的颜色变为Colormap中对应的Index，即相应的数值通过矩阵转算，将指定的数值向量（矩阵）映射到相应的颜色，形成Colormap。
Colormap是NVH数据分析的重要途径，通过Colormap将噪声、振动数值与发动机转速、频率同时显示，可以清晰全面地反映当前的振动或噪声状态。
3.3 阶次切片
还有一种显示方式是阶次切片图，在以上两种图形显示方式中，如果要比较两个或多个阶次之间的相对大小，这是很不方便的，因而，此时需要把这些阶次作切片，将切出来的阶次放在同一个二维图中进行比较，则方便得多，这就是所谓的阶次切片图，如下图所示。另外，阶次切片计算需要考虑一定的带宽，实际上是因为能量发生了泄漏，导致频谱拖尾到这些谱线上了，转速变化速率越快，频谱拖尾现象越严重。因此，转速的变化速率对阶次切片带宽是有影响的，转速变化速率越大，阶次切片所对应的阶次宽度越宽。
4 应用案例
应用案例
4.1 电机故障诊断
阶次分析方法对串激电机的转子不平衡、转子弯曲、轴承及电刷所引起的噪声进行分析，初步研究了几种噪声的产生机理，发现转子不平衡及转子弯曲所引起的噪声主要为低频噪声，电刷噪声主要为高频噪声，是电动机运行过程中的主要噪声源，因此阶次分析方法能够有效地应用于电机故障诊断。
4.2 轴承问题诊断
4.3 转速调整
通过调整电压或者占空比的方法来实现电机转速的调整，尽量匀速调整，使用数据采集器捕捉不同转速下频谱，可以记录整个时间历程。或者调整1个记录1个。
参考资料
【1】怎么理解阶次？
【2】Order Tracking Analysis, B&K Technical Review, 1995
【3】尹华, 冯涛，阶次分析在电动机故障诊断中的应用，振动冲击，2010
【4】黄巨成, 朱钊，张海源，基于阶次分析和齿轮重合度优化的分析与应用,智能制造网
