【正文】 由于 接近正圓 ，很容易和其它分倍頻故障區(qū)分開(kāi)來(lái)。但是降低轉(zhuǎn)速，振動(dòng)也并不馬上消失， 油膜振蕩消失的轉(zhuǎn)速要低于它的起始轉(zhuǎn)速 ，這就是油膜振蕩的“ 慣性 ”現(xiàn)象。 軸承中的油膜共振與摩擦渦動(dòng)聯(lián)合作用引起的轉(zhuǎn)子大振動(dòng)，會(huì)給 軸承 和 迷宮密封 帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p傷。 ?? nm ?（ a）剛出現(xiàn)油膜振蕩時(shí)頻譜 （ b）油膜振蕩發(fā)展時(shí)的頻譜 油膜振蕩的特征與診斷 i???機(jī)械電子工程學(xué)院 發(fā)生油膜振蕩時(shí)，軸心軌跡形狀 紊亂、發(fā)散 ，很多不規(guī)則的軌跡線疊加成 花瓣 形狀。 機(jī)械電子工程學(xué)院 油膜振蕩是一種 非線性 的油膜共振，會(huì)激發(fā)起油膜振蕩頻率 Ω和轉(zhuǎn)速頻率 ω的多倍頻成分以及這兩個(gè)主振頻率 Ω和 ω的 和差組合頻率 成分，即 （ m、 n為正整數(shù)）。 油膜振蕩的特征與診斷 機(jī)械電子工程學(xué)院 某轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的三維坐標(biāo)圖 油膜振蕩的特征與診斷 高速輕載 轉(zhuǎn)子，發(fā)生油膜振蕩的轉(zhuǎn)速總是高于 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的一階 臨界轉(zhuǎn)速 2倍以上 。油膜振蕩的這個(gè)特性與轉(zhuǎn)子過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的振動(dòng)情況不一樣。 半速渦動(dòng)與油膜振蕩 機(jī)械電子工程學(xué)院 不同載荷下的油膜振蕩特點(diǎn) 半速渦動(dòng)與油膜振蕩 振 幅振 動(dòng) 頻 率頻 率振 幅轉(zhuǎn) 速輕 載 轉(zhuǎn) 子振 幅振 動(dòng) 頻 率頻 率振 幅轉(zhuǎn) 速中 載 轉(zhuǎn) 子振 幅振 動(dòng) 頻 率頻 率振 幅轉(zhuǎn) 速重 載 轉(zhuǎn) 子機(jī)械電子工程學(xué)院 油膜振蕩是一種 自激振動(dòng) ，維持振動(dòng)的能量是由軸本身在旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的，它不受外部激勵(lì)力的影響。 輕載轉(zhuǎn)子 在第一臨界轉(zhuǎn)速之前就 發(fā)生了半速渦動(dòng) ，但不產(chǎn)生大幅度振動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)速到達(dá)第一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子有較大振幅，越過(guò)臨界轉(zhuǎn)速以后，振幅再次減小，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到 2倍臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，開(kāi)始發(fā)生油膜振蕩。 如果繼續(xù)升高轉(zhuǎn)速，振動(dòng)并不減弱，而且振動(dòng)頻率基本上不再隨轉(zhuǎn)速而升高。 隨著轉(zhuǎn)速的升高，半速渦動(dòng)成分的幅值逐漸增大。 軸承中的壓力油不僅被軸頸帶著作圓周運(yùn)動(dòng)，還向軸承兩側(cè) 泄油，用以帶走軸承工作時(shí)產(chǎn)生的熱量。 渦動(dòng)速度就是油楔本身的前進(jìn)速度 。如果轉(zhuǎn)子軸頸主要是 油膜力 的激勵(lì)作用引起渦動(dòng)，則軸頸的渦動(dòng)角速度近似為轉(zhuǎn)速的 1/2，所以稱為 半速渦動(dòng) 。 凡是能 增加轉(zhuǎn)子渦動(dòng)軌跡橢圓度 的措施，如將軸承形狀做成橢圓形或多油楔形狀，軸承架在 x和 y方向上剛度不相等，均有利于轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定。 當(dāng) 時(shí)，軸承處于穩(wěn)定與不穩(wěn)定的臨界狀態(tài)。 當(dāng) 時(shí)，輸入能量不斷增大，軸頸在油膜中的渦動(dòng)幅度越來(lái)越大，此即軸承的油膜失穩(wěn)。 0x 0y? 力矩 M是切向力 與渦動(dòng)半徑 R之乘積，使軸心在渦動(dòng)軌跡上作功，則每一渦動(dòng)周期內(nèi)油膜力對(duì)軸心所作的功為： uF????? c o s)()(s i n)( 00202022 yxxyyyxxxyyx CCyxyCxCKKyxW ???????? 第一項(xiàng)代表由 交叉剛度 影響所作的功；第二項(xiàng)代表由 主阻尼力所作的功；第三項(xiàng)為 交叉阻尼力 所作的功。 機(jī)械電子工程學(xué)院 軸承的剛度和阻尼系數(shù) 油膜的動(dòng)態(tài)特性 油膜力在 x和 y方向上的增量為： ? ? ? ???????????????????????????yxCyxKFFyx??式中， 為剛度系數(shù)矩陣， 為阻尼系數(shù)矩陣。 機(jī)械電子工程學(xué)院 軸頸中心的平衡半圓 軸頸在油膜中的渦動(dòng)與穩(wěn)定性 相對(duì)偏心率 ε和偏位角 θ是決定軸頸在軸承中位置的兩個(gè)基本參數(shù)。如果渦動(dòng)力超過(guò)阻尼力，則軸心軌跡繼續(xù)擴(kuò)大，這種渦動(dòng)是不穩(wěn)定的。 F有推動(dòng)軸頸圍繞平衡中心繼續(xù)旋繞的趨勢(shì)，這種旋繞運(yùn)動(dòng)就稱為 渦動(dòng) 。 假如軸頸中心在 O1位置上，軸頸載荷 P和油膜反力 R大小相等方向相反， O1點(diǎn)就是軸頸旋轉(zhuǎn)時(shí)的平衡位置，這個(gè)平衡位置可由軸頸的偏心率 ε和偏位角 θ來(lái)確定。 4）軸承形狀或軸承裝配不符合要求。 2）軸承載荷過(guò)高。軸承間隙大，類似于一種松動(dòng)問(wèn)題，在軸振動(dòng)的頻譜上會(huì)出現(xiàn)很多轉(zhuǎn)速頻率的諧波成分。 間隙太大，即使是一種很小的激勵(lì)力（如不平衡力），也會(huì)引起很明顯的軸承振動(dòng)，并且在過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)振動(dòng)很大。振動(dòng)具有非線性特點(diǎn)。 軸承氣蝕 氣蝕在軸承內(nèi)油液壓力低的區(qū)域（壓力低于油液的飽和蒸汽壓）生成一個(gè)個(gè)微小的氣泡，這些氣泡帶到高壓區(qū)時(shí)被擠破，擠破瞬間形成的 壓力沖擊波 沖擊軸承表面，使表面金屬很快產(chǎn)生疲勞裂紋或金屬層剝落。 滑動(dòng)軸承常見(jiàn)故障的原因和防治 機(jī)械電子工程學(xué)院 軸承腐蝕 腐蝕損壞主要是由潤(rùn)滑劑的化學(xué)作用引起。 4）巴氏合金越 厚 ，對(duì)于疲勞越敏感，容易發(fā)生疲勞破壞。 2）軸瓦 松動(dòng) ，軸承間隙過(guò)大、過(guò)小以及機(jī)器振動(dòng)，在軸承上產(chǎn)生交變載荷。但是當(dāng)軸承存在下列故障時(shí)，將出現(xiàn)不正常的或嚴(yán)重的磨損、刮傷和拉毛。 在化工、石化、電力、鋼鐵和航空工業(yè)部門中使用的許多高性能旋轉(zhuǎn)機(jī)器，多數(shù)轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)屬于 高速輕載 。在某種工作狀態(tài)下，還會(huì)發(fā)生高速滑動(dòng)軸承的一種特有故障 —— 油膜振蕩 ，它是由油膜力引起的自激振動(dòng)，轉(zhuǎn)子軸頸在油膜中的猛烈振動(dòng)將會(huì)直接導(dǎo)致機(jī)器零部件的損壞。當(dāng)油膜壓力與外載荷相平衡時(shí)，軸頸就在軸承內(nèi)不發(fā)生接觸的情況穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時(shí)的軸心位置由于收斂形油楔作用，略向一側(cè)偏移。 滑動(dòng)軸承工作原理 動(dòng)壓軸承工作狀態(tài)圖 機(jī)械電子工程學(xué)院 楔形間隙是收斂形的，它的入口斷面大于出口斷面，油楔中斷面不斷收縮的結(jié)果使油壓逐漸升高，平均流速逐漸增大，油液在楔形間隙內(nèi)升高的壓力就是 液體動(dòng)壓力 ，所以稱這種軸承為 動(dòng)壓軸承 。當(dāng)轉(zhuǎn)軸開(kāi)始旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸頸依靠摩擦力的作用，在旋轉(zhuǎn)相反方向上沿軸承內(nèi)表面 往上爬行 ，到達(dá)一定位置后，摩擦力不能支持轉(zhuǎn)子重量，就開(kāi)始打滑，此為 半液體摩擦 。 機(jī)械電子工程學(xué)院 在動(dòng)壓軸承中，軸頸外圓與軸承之間有一定間隙，間隙內(nèi)充滿潤(rùn)滑油。設(shè)計(jì)良好的動(dòng)壓軸承具有很高的使用壽命。靜壓軸承的制造工藝要求高，此外還需要一套 復(fù)雜的供油裝置 ，因此除了在一些高精度機(jī)床上應(yīng)用外，其它場(chǎng)合使用尚少。工作時(shí)保證軸頸與軸承之間處于 純液體摩擦 狀態(tài)。 滑動(dòng)軸承工作原理 機(jī)械電子工程學(xué)院 滑動(dòng)軸承工作原理 滑動(dòng)軸承按工作原理，可分為靜壓軸承與動(dòng)壓軸承兩類。從動(dòng)力學(xué)的角度看，它在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中主要起到如下三方面的作用： ①對(duì)轉(zhuǎn)子的負(fù)荷起 支承 作用； ②對(duì)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)提供一定的 剛度和阻尼 ； ③控制轉(zhuǎn)子在某一個(gè) 穩(wěn)定的位置上運(yùn)轉(zhuǎn) 。 按實(shí)測(cè)值重新調(diào)整找正曲線后，該機(jī)組運(yùn)行一直正常。而現(xiàn)場(chǎng)冷態(tài)下找正時(shí)煙機(jī)比風(fēng)機(jī)反而高 ，實(shí)際風(fēng)機(jī)出口端軸承箱中分面僅向上膨脹 ，故 熱態(tài)下煙機(jī)比風(fēng)機(jī)高 了 （ =+），從而導(dǎo)致了機(jī)組在嚴(yán)重不同軸的情況 下運(yùn)行，加重下聯(lián)軸器的咬合負(fù)荷，引起聯(lián)軸器相互咬死，煙機(jī)發(fā)生劇烈振動(dòng)。 6）煙機(jī) —— 主風(fēng)機(jī)聯(lián)軸節(jié)咬死，煙機(jī)側(cè)有損傷。 4）氣封套熔化、 嚴(yán)重磨損 ，熔渣達(dá)數(shù)公斤之多。 2）副推力瓦有 磨損 ，但主推力瓦正常。 造成本次事故的主要原因應(yīng)是 機(jī)組對(duì)正曲線確定不當(dāng) 。其直接原因是對(duì)中不良，或聯(lián)軸器制造缺陷。 不對(duì)中故障的診斷實(shí)例 機(jī)械電子工程學(xué)院 診斷結(jié)論 1）機(jī)組投用以來(lái)，風(fēng)機(jī)與煙機(jī)間存在明顯 不對(duì)中 現(xiàn)象，且聯(lián)軸器工作狀況不穩(wěn)定。 20日 16:54達(dá)最大值115um，其 頻譜以 1倍頻為主 ，軸向振動(dòng)如此之大，這也是很不正常的。這說(shuō)明，此時(shí)煙機(jī)轉(zhuǎn)子已出現(xiàn)嚴(yán)重的 轉(zhuǎn)子不平衡 現(xiàn)象。 機(jī)械電子工程學(xué)院 4）機(jī)組運(yùn)行至 20日 16:54前后，機(jī)組振值 突然急劇上升 ，煙機(jī)后垂直方向和水平方向的振值分別由 45um、 71um上升至153um和 232um，其中 工頻幅值上升最多 。 不對(duì)中故障的診斷實(shí)例 機(jī)械電子工程學(xué)院 2軸承振動(dòng)波形 發(fā)生跳變 1軸承振動(dòng)波形 發(fā)生跳變 不對(duì)中故障的診斷實(shí)例 機(jī)械電子工程學(xué)院 2軸承振動(dòng)頻譜圖 不對(duì)中故障的診斷實(shí)例 2軸承垂直方向出現(xiàn) 很大的 ，并超過(guò)工頻幅值，水平方向除有很大的 ，還存在突出的 78Hz成分及其它一些 非整數(shù)倍頻率分量 。 從時(shí)域波形上看，機(jī)組振動(dòng)發(fā)生跳變，其中 3軸承的振動(dòng)由大變小，而 1與 4的振動(dòng)則由小變大，說(shuō)明此時(shí)各軸承的載荷分配發(fā)生了顯著的變化 ，很有可能是由于聯(lián)軸器的工作狀況改變所致。下圖為其中一個(gè)時(shí)刻的時(shí)域波形和 合成軸心軌跡 （ 1倍頻、 2倍頻）。 20日 16:54前后，機(jī)組振值突然增大，主要表現(xiàn)為 聯(lián)軸器兩側(cè)軸承 ，即 2軸承、 3軸承振值顯著增大。停機(jī)后， 惰走的時(shí)間很短 ，大約只 1～ 2min， 停車后盤不動(dòng)車 。渦流傳感器布置在測(cè)點(diǎn) 1～ 6處，在軸承座附近。 經(jīng)過(guò)調(diào)整支腿受力，消除了南北支腿不對(duì)稱熱膨脹現(xiàn)象，風(fēng)機(jī)振幅就明顯下降。 機(jī)械電子工程學(xué)院 不對(duì)中故障的診斷實(shí)例 對(duì)北支腿水平度檢查，出現(xiàn)中間低兩頭高的變形形態(tài)，圖中的虛線表示機(jī)器熱膨脹變形后的軸承架與支腿形狀。 開(kāi)始懷疑是風(fēng)機(jī)與煙機(jī)的連接不對(duì)中，但是當(dāng)脫開(kāi)煙機(jī)，單試風(fēng)機(jī)也同樣存在前軸承振動(dòng)過(guò)大問(wèn)題。 3號(hào)軸頸中心位置變化 機(jī)械電子工程學(xué)院 不對(duì)中故障的診斷實(shí)例 例 2：壓縮機(jī)軸承架熱膨脹變形引起的振動(dòng)診斷 風(fēng)機(jī)排氣端前軸承架與支腿結(jié)構(gòu) （ 1—— 蝸殼， 2—— 軸承蓋， 3—— 軸承架法蘭，4—— 軸承架， 5—— 縱向?qū)фI， 6—— 排氣管法蘭， 7—— 支架， 8—— 支腿（貓爪）） 某煉油廠催化裝置中的主風(fēng)機(jī)組由煙機(jī)、風(fēng)機(jī)、齒輪箱和電動(dòng)機(jī)組成，在運(yùn)行中出現(xiàn)風(fēng)機(jī)（軸流式空氣壓縮機(jī)）前軸承振動(dòng)過(guò)大， 振幅隨排氣溫度的上升而增大 。 位置，軸承因?yàn)槭ビ湍ぶС辛Χl(fā)生 油膜振蕩 。軸承為圓柱形， α值在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。 汽輪機(jī)基礎(chǔ)下沉示意圖 機(jī)械電子工程學(xué)院 不對(duì)中故障的診斷實(shí)例 軸頸中心原來(lái)位置是在軸承幾何中心 α =32176。 機(jī)械電子工程學(xué)院 膜片聯(lián)軸節(jié) （ a）膜片聯(lián)軸節(jié)的不對(duì)中狀態(tài) （ b）軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的力矩變化 膜片聯(lián)軸節(jié)不對(duì)中產(chǎn)生的力矩變化 螺栓離開(kāi)最大不對(duì)中角度的中心線后，膜片上的螺栓力矩逐漸降至最低值，每個(gè)螺栓輪流經(jīng)過(guò)最大不對(duì)中角度的中心線，因而在膜片上產(chǎn)生了 力的脈動(dòng) 。膜片聯(lián)軸節(jié)則不存在這類沖擊，因而聯(lián)軸節(jié)本身產(chǎn)生的故障較少，壽命較長(zhǎng)。由于彎曲力矩小，可很大程度上減輕軸承負(fù)荷，提高軸承的使用壽命。膜片聯(lián)軸節(jié)的中間連接套筒沒(méi)有此類問(wèn)題。 機(jī)械電子工程學(xué)院 膜片聯(lián)軸節(jié) 屬于半撓性聯(lián)軸節(jié)，在使用中不需要潤(rùn)滑，大大減少維修工作量，優(yōu)點(diǎn)如下： 允許有較大的平行不對(duì)中與角度不對(duì)中量，不會(huì)發(fā)生如齒式聯(lián)軸節(jié)中的齒面 摩擦 問(wèn)題，相對(duì)而言，膜片聯(lián)軸節(jié)的使用壽命更長(zhǎng)。 。 不對(duì)中引起的 軸向振動(dòng)較大 ，高次諧波豐富，尤其是 2倍頻分量 的幅值比正常情況增大得更為明顯。 軸殼齒面摩擦力變化 齒面上的摩擦力矩變化 齒式聯(lián)軸節(jié)不對(duì)中引起的摩擦力矩變化 機(jī)械電子工程學(xué)院 齒式聯(lián)軸節(jié) 用齒式聯(lián)軸節(jié)連接的兩個(gè)轉(zhuǎn)子即使是平行不對(duì)中，在齒套與齒殼之間仍表現(xiàn)為 角度不對(duì)中 。 齒殼和齒套上對(duì)應(yīng)點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)時(shí)的相對(duì)位置變化 機(jī)械電子工程學(xué)院 齒式聯(lián)軸節(jié) 由于摩擦系數(shù)是隨著嚙合點(diǎn)位置不同而變化，因此每對(duì)齒形成的摩擦力矩在軸旋轉(zhuǎn)過(guò)程中也是不相同的。 聯(lián)軸節(jié)不對(duì)中產(chǎn)生的不平衡力和初始彎曲 機(jī)械電子工程學(xué)院 齒式聯(lián)軸節(jié) 存在不對(duì)中的聯(lián)軸節(jié)傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，外齒面與內(nèi)齒面接觸點(diǎn)上有一正壓力 N， N在軸向上產(chǎn)生一個(gè)分力 ，將轉(zhuǎn)子推向驅(qū)動(dòng)側(cè)，直至軸上的止推盤與止推瓦相碰，碰撞后的轉(zhuǎn)子又在反方向被彈回，如此反復(fù)進(jìn)行，產(chǎn)生 軸向振動(dòng) 。 剛性聯(lián)軸節(jié)角度不對(duì)中引起軸向振動(dòng) 機(jī)械電子工程學(xué)院 不對(duì)中引起的轉(zhuǎn)子不平衡 聯(lián)軸節(jié)不對(duì)中相當(dāng)于在聯(lián)軸節(jié)上 附加一個(gè)不平衡質(zhì)量 ，會(huì)產(chǎn)生類似于質(zhì)量不平衡一樣的振動(dòng)，尤其是轉(zhuǎn)子懸臂端較長(zhǎng)的聯(lián)軸節(jié)，振動(dòng)現(xiàn)象可能會(huì)表現(xiàn)得十分明顯。 機(jī)械電子工程學(xué)院 角