旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)的基本特性

1、旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)的基本特性概 述絕大多數(shù)機(jī)械都有旋轉(zhuǎn)件，所謂旋轉(zhuǎn)機(jī)械是指主要功能由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)完成的機(jī)械，尤其是指主要部件作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的、轉(zhuǎn)速較高的機(jī)械。旋轉(zhuǎn)機(jī)械種類繁多，有汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、離心式壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)、水泵、水輪機(jī)、通風(fēng)機(jī)以及電動(dòng)機(jī)等。這類設(shè)備的主要部件有轉(zhuǎn)子、軸承系統(tǒng)、定子和機(jī)組殼體、聯(lián)軸器等組成，轉(zhuǎn)速?gòu)拿糠昼妿资綆兹f(wàn)、幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)。        故障是指機(jī)器的功能失效，即其動(dòng)態(tài)性能劣化，不符合技術(shù)要求。例如，機(jī)器運(yùn)行失穩(wěn)，產(chǎn)生異常振動(dòng)和噪聲，工作轉(zhuǎn)速、輸出功率發(fā)生變化，以及介質(zhì)的溫度、壓力、流量異常等。機(jī)器發(fā)生故障的原因不同，

2、所反映出的信息也不一樣，根據(jù)這些特有的信息，可以對(duì)故障進(jìn)行診斷。但是，機(jī)器發(fā)生故障的原因往往不是單一的因素，一般都是多種因素共同作用的結(jié)果，所以對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障診斷時(shí)，必須進(jìn)行全面的綜合分析研究。由于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu)及零部件設(shè)計(jì)加工、安裝調(diào)試、維護(hù)檢修等方面的原因和運(yùn)行操作方面的失誤，使得機(jī)器在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)引起振動(dòng)，其振動(dòng)類型可分為徑向振動(dòng)、軸向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)三類，其中過(guò)大的徑向振動(dòng)往往是造成機(jī)器損壞的主要原因，也是狀態(tài)監(jiān)測(cè)的主要參數(shù)和進(jìn)行故障診斷的主要依據(jù)。從仿生學(xué)的角度來(lái)看，診斷設(shè)備的故障類似于確定人的病因：醫(yī)生需要向患者詢問病情、病史、切脈（聽診）以及量體溫、驗(yàn)血相、測(cè)心電圖等，根據(jù)獲得的多

3、種數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合分析才能得出診斷結(jié)果，提出治療方案。同樣，對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷，也應(yīng)在獲取機(jī)器的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)、瞬態(tài)數(shù)據(jù)以及過(guò)程參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)等信息的基礎(chǔ)上，通過(guò)信號(hào)分析和數(shù)據(jù)處理提取機(jī)器特有的故障癥兆及故障敏感參數(shù)等，經(jīng)過(guò)綜合分析判斷，才能確定故障原因，做出符合實(shí)際的診斷結(jié)論，提出治理措施。根據(jù)故障原因和造成故障原因的不同階段，可以將旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障原因分為幾個(gè)方面，見表1。表1  旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障原因分類故障分類 主 要 原 因 設(shè)計(jì)原因 設(shè)計(jì)不當(dāng)，動(dòng)態(tài)特性不良，運(yùn)行時(shí)發(fā)生強(qiáng)迫振動(dòng)或自激振動(dòng) 結(jié)構(gòu)不合理，應(yīng)力集中 設(shè)計(jì)工作轉(zhuǎn)速接近或落人臨界轉(zhuǎn)速區(qū) 熱膨脹量計(jì)算不準(zhǔn)，導(dǎo)致熱態(tài)對(duì)中不良 制造原因

4、 零部件加工制造不良，精度不夠 零件材質(zhì)不良，強(qiáng)度不夠，制造缺陷 轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不符合技術(shù)要求 安裝、維修 機(jī)械安裝不當(dāng)，零部件錯(cuò)位，預(yù)負(fù)荷大 軸系對(duì)中不良 機(jī)器幾何參數(shù)（如配合間隙、過(guò)盈量及相對(duì)位置）調(diào)整不當(dāng) 管道應(yīng)力大，機(jī)器在工作狀態(tài)下改變了動(dòng)態(tài)特性和安裝精度 轉(zhuǎn)子長(zhǎng)期放置不當(dāng)，改變了動(dòng)平衡精度 未按規(guī)程檢修，破壞了機(jī)器原有的配合性質(zhì)和精度 操作運(yùn)行 工藝參數(shù)（如介質(zhì)的溫度、壓力、流量、負(fù)荷等）偏離設(shè)計(jì)值，機(jī)器運(yùn)行工況不正常 機(jī)器在超轉(zhuǎn)速、超負(fù)荷下運(yùn)行，改變了機(jī)器的工作特性 運(yùn)行點(diǎn)接近或落入臨界轉(zhuǎn)速區(qū) 潤(rùn)滑或冷卻不良 轉(zhuǎn)子局部損壞或結(jié)垢 啟停機(jī)或升降速過(guò)程操作不當(dāng)，暖機(jī)不夠，熱膨脹不均勻或在臨

5、界區(qū)停留時(shí)間過(guò)久 機(jī)器劣化 長(zhǎng)期運(yùn)行，轉(zhuǎn)子撓度增大或動(dòng)平衡劣化 轉(zhuǎn)子局部損壞、脫落或產(chǎn)生裂紋 零部件磨損、點(diǎn)蝕或腐蝕等 配合面受力劣化，產(chǎn)生過(guò)盈不足或松動(dòng)等，破壞了配合性質(zhì)和精度 機(jī)器基礎(chǔ)沉降不均勻，機(jī)器殼體變形 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)的基本特性(1)         旋轉(zhuǎn)機(jī)械的主要功能是由旋轉(zhuǎn)部件來(lái)完成的，轉(zhuǎn)子是其最主要的部件。旋轉(zhuǎn)機(jī)械發(fā)生故障的主要特征是機(jī)器伴有異常的振動(dòng)和噪聲，其振動(dòng)信號(hào)從幅域、頻域和時(shí)域反映了機(jī)器的故障信息。因此，了解旋轉(zhuǎn)機(jī)械在故障狀態(tài)下的振動(dòng)機(jī)理，對(duì)于監(jiān)測(cè)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)和提高診斷故障的準(zhǔn)確率都非常重要。一、

6、轉(zhuǎn)子振動(dòng)的基本特性旋轉(zhuǎn)機(jī)械的主要部件是轉(zhuǎn)子，其結(jié)構(gòu)型式雖然多種多樣，但對(duì)一些簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)機(jī)械來(lái)說(shuō)，為分析和計(jì)算方便，一般都將轉(zhuǎn)子的力學(xué)模型簡(jiǎn)化為一圓盤裝在一無(wú)質(zhì)量的彈性轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸兩端由剛性的軸承及軸承座支承。該模型稱為剛性支承的轉(zhuǎn)子，對(duì)它進(jìn)行分析計(jì)算所得到的概念和結(jié)論用于簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)機(jī)械是適用的。由于做了上述種種簡(jiǎn)化，若把得到的分析結(jié)果用于較為復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)機(jī)械時(shí)不夠精確，但基本上能夠說(shuō)明轉(zhuǎn)子振動(dòng)的基本特性。大多數(shù)情況下，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子軸心線是水平的，轉(zhuǎn)子的兩個(gè)支承點(diǎn)在同一水平線上。設(shè)轉(zhuǎn)子上的圓盤位于轉(zhuǎn)子兩支點(diǎn)的中央，當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，由于圓盤的重量使轉(zhuǎn)子軸彎曲變形產(chǎn)生靜撓度，即靜變形。此時(shí)，由于靜變形

7、較小，對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的影響不顯著，可以忽略不計(jì)，即認(rèn)為圓盤的幾何中心O與軸線AB上O點(diǎn)相重合，如圖1-1所示。轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng)后，由于離心力的作用，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生動(dòng)撓度。此時(shí)，轉(zhuǎn)子有兩種運(yùn)動(dòng)：一種是轉(zhuǎn)子的自身轉(zhuǎn)，即圓盤繞其軸線AOB的轉(zhuǎn)動(dòng)；另一種是弓形轉(zhuǎn)動(dòng)，即彎曲的軸心線AOB與軸承聯(lián)線AOB組成的平面繞AB軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。圖1-1  單圓盤轉(zhuǎn)子         圓盤的質(zhì)量以m表示，它所受的力是轉(zhuǎn)子的彈性力F          

8、60;                  F=-ka                               

9、60;                                （1-1）        式中，k為轉(zhuǎn)子的剛度系數(shù)，a=OO。圓盤的運(yùn)動(dòng)微分方程為       &#

10、160;                                                  &

11、#160;       (1-2)            令                                 &#

12、160;                                          (1-3)        

13、則                                                  (1-4)

14、0;       式中，X、Y為振動(dòng)幅度；x、y為相位。由（1-4）式可知，圓盤或轉(zhuǎn)子的中心O，在互相垂直的兩個(gè)方向作頻率為n 的簡(jiǎn)諧振動(dòng)。在一般情況下，振幅X、Y不相等，O點(diǎn)的軌跡為一橢圓。O的這種運(yùn)動(dòng)是一種“渦動(dòng)”或稱“進(jìn)動(dòng)”。轉(zhuǎn)子的渦動(dòng)方向與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度同向時(shí)，稱為正進(jìn)動(dòng)；與反方向時(shí)，稱為反進(jìn)動(dòng)。二、 臨界轉(zhuǎn)速及其影響因素 隨著機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)速度的逐步提高，在大量生產(chǎn)實(shí)踐中人們覺察到，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到某一數(shù)值后，振動(dòng)就大得使機(jī)組無(wú)法繼續(xù)工作，似乎有一道不可逾越的速度屏障，即所謂臨界轉(zhuǎn)速。    Jeff

15、cott用一個(gè)對(duì)稱的單轉(zhuǎn)子模型在理論上分析了這一現(xiàn)象，證明只要在振幅還未上升到危險(xiǎn)程度時(shí)，迅速提高轉(zhuǎn)速，越過(guò)臨界轉(zhuǎn)速點(diǎn)后，轉(zhuǎn)子振幅會(huì)降下來(lái)。換句話說(shuō)，轉(zhuǎn)子在高速區(qū)存在著一個(gè)穩(wěn)定的、振幅較小的、可以工作的區(qū)域。從此，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的設(shè)計(jì)、運(yùn)行進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)期，效率高、重量輕的高速轉(zhuǎn)子日益普遍。需要說(shuō)明的是，從嚴(yán)格意義上講，臨界轉(zhuǎn)速的值并不等于轉(zhuǎn)子的固有頻率，而且在臨界轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)生的劇烈振動(dòng)與共振是不同的物理現(xiàn)象。1、轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速如果圓盤的質(zhì)心G與轉(zhuǎn)軸中心O不重合，設(shè)e為圓盤的偏心距離，即OGe，如圖1-2所示，當(dāng)圓盤以角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)心G的加速度在坐標(biāo)上的位置為圖1-2  圓盤質(zhì)心位置

16、60;                                             (1-5)    

17、60;    參考式（1-2），則軸心O的運(yùn)動(dòng)微分方程為                            (1-6)        令  則：(1-7)     &

18、#160;  式（1-7）中右邊是不平衡質(zhì)量所產(chǎn)生的激振力。令Z=xiy，則式（1-7）的復(fù)變量形式為：                                         &#

19、160;                    (1-8)        其特解為                      &#

20、160;                                   (1-9)        代入式（1-8)后，可求得振幅    

21、0;                         (1-10)       由于不平衡質(zhì)量造成圓盤或轉(zhuǎn)軸振動(dòng)響應(yīng)的放大因子為              &#

22、160;                                     (1-11)        由式(1-8)和式(1-11)可知，軸心O的響應(yīng)頻

23、率和偏心質(zhì)量產(chǎn)生的激振力頻率相同，而相位也相同（。時(shí)或相差180°（。時(shí)）。這表明，圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圖1-2的O、O和G三點(diǎn)始終在同一直線上。這直線繞過(guò)O點(diǎn)而垂直于OX Y平面的軸以角速度轉(zhuǎn)動(dòng)。O點(diǎn)和G點(diǎn)作同步進(jìn)動(dòng)，兩者的軌跡是半徑不相等的同心圓，這是正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況。如果在某瞬時(shí)，轉(zhuǎn)軸受一橫向沖擊，則圓盤中心O同時(shí)有自然振動(dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)，其合成的運(yùn)動(dòng)是比較復(fù)雜的。O、O和G三點(diǎn)不在同一直線上，而且渦動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)動(dòng)角度不相等。實(shí)際上由于有外阻力作用，渦動(dòng)是衰減的。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，轉(zhuǎn)子將恢復(fù)其正常的同步進(jìn)動(dòng)。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，由式(1-10)可知：(1) n時(shí)，A0，O點(diǎn)和G點(diǎn)在O點(diǎn)的同一側(cè)，如

24、圖1-3（a）所示；(2) n 時(shí)，A0，但Ae ，G在O和O點(diǎn)之間，如圖1-3（c）所示；當(dāng)n 時(shí)，A-e，或OO-OG，圓盤的質(zhì)心G近似地落在固定點(diǎn)O，振動(dòng)很小，轉(zhuǎn)動(dòng)反而比較平穩(wěn)。這種情況稱為“自動(dòng)對(duì)心”。圖1-3  轉(zhuǎn)子質(zhì)心的相位變化旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)的基本特性(2)(3)當(dāng)n時(shí)，A，是共振情況。實(shí)際上由于存在阻尼，振幅A不是無(wú)窮大而是較大的有限值，轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)非常劇烈，以致有可能斷裂。n稱為轉(zhuǎn)軸的“臨界角速度”；與其對(duì)應(yīng)的每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)則稱為“臨界轉(zhuǎn)速”，以nc表示，即        如果機(jī)器的工作轉(zhuǎn)速小于臨界轉(zhuǎn)速，

25、則稱為剛性軸；如果工作轉(zhuǎn)速高于臨界轉(zhuǎn)速，則稱為柔性軸。由上面分析可知，具有柔性軸的旋轉(zhuǎn)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)較為平穩(wěn)。但在啟動(dòng)過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)臨界轉(zhuǎn)速。如果緩慢啟動(dòng)，則經(jīng)過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)發(fā)生劇烈的振動(dòng)。研究不平衡響應(yīng)時(shí)如果考慮外阻尼力的作用（參見圖1-14)，則式(1-6)變?yōu)椋?#160;                            

26、;                      （1-12）        令Z=xiy，則上式的復(fù)變量形式為：                 

27、60;                                              （1-13）   &#

28、160;   其特解為：       由此解得：  （1-14）       式中              若令         則式(1-14)可進(jìn)一步寫作：（1-15）       這時(shí)的放大因子為：&#

29、160;       式(1-15)中振幅A與相位差隨轉(zhuǎn)動(dòng)角速度與固有頻率的比值n 改變的曲線，即幅值頻響應(yīng)曲線和相頻響應(yīng)曲線如圖1-4所示。圖1-4  幅頻響應(yīng)與相頻響應(yīng)曲線         從圖1-4中可以看出，由于外阻尼的存在，轉(zhuǎn)子中心O對(duì)不平衡質(zhì)量的響應(yīng)在n時(shí)不是無(wú)窮大而是有限值，而且不是最大值。最大值發(fā)生在n的時(shí)候。對(duì)于實(shí)際的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，把出現(xiàn)這最大值時(shí)的轉(zhuǎn)速作為臨界轉(zhuǎn)速，在升速或降速過(guò)程中，用測(cè)量響應(yīng)的辦法來(lái)確定轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，所得數(shù)據(jù)

30、在升速時(shí)略大于前面所定義的臨界轉(zhuǎn)速n。，而在降速時(shí)則略小于nc。2.影響臨界轉(zhuǎn)速的因素圖1-5  轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中的陀螺力矩(1) 回轉(zhuǎn)力矩對(duì)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的影響如圖1-5所示，當(dāng)轉(zhuǎn)子上的圓盤不是安裝在兩支承的中點(diǎn)而是偏于一側(cè)時(shí)，轉(zhuǎn)軸變形后，圓盤的軸線與兩支點(diǎn)A和B的連線有夾角。設(shè)圓盤的自轉(zhuǎn)角速度為，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Jp，則圓盤對(duì)質(zhì)心O的動(dòng)量矩為它與軸線AB的夾角也應(yīng)該是，當(dāng)轉(zhuǎn)軸有自然振動(dòng)時(shí)，設(shè)其頻率為n。由于進(jìn)動(dòng)，圓盤的動(dòng)量矩L將不斷改變方向，因此有慣性力矩           

31、0;                                         （1-16）         方向與平面0A

32、B垂直，大小為      （1-17）         因夾角較小，sin，故                    （1-18）這一慣性力矩稱為回轉(zhuǎn)力矩或陀螺力矩，它是圓盤加于轉(zhuǎn)軸的力矩，與成正比，相當(dāng)于彈性力矩。在正進(jìn)動(dòng)（0/2的情況下，它使轉(zhuǎn)軸的變形減小，因而提高了轉(zhuǎn)軸的彈性剛度，即

33、提高了轉(zhuǎn)子的臨界角速度。在反進(jìn)動(dòng)（/2的情況下，它使轉(zhuǎn)軸的變形增大，從而降低了轉(zhuǎn)軸的彈性剛度，即降低了轉(zhuǎn)子的臨界角速度。故陀螺力矩對(duì)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的影響是：正進(jìn)動(dòng)時(shí)，它提高了臨界轉(zhuǎn)速；反進(jìn)動(dòng)時(shí)，它降低了臨界轉(zhuǎn)速。(2) 臂長(zhǎng)附加力矩對(duì)轉(zhuǎn)子剛度的影響對(duì)較長(zhǎng)的柔性轉(zhuǎn)子，不平衡質(zhì)量離心力作用點(diǎn)與轉(zhuǎn)子和軸的連接點(diǎn)可能不重合而有一定臂長(zhǎng)，與較短的轉(zhuǎn)子相比，連接點(diǎn)處由同等離心力所產(chǎn)生的撓度將不一樣，因?yàn)榇藭r(shí)在計(jì)算連接點(diǎn)處的撓度時(shí)，要將力進(jìn)行移位，而添加的等效力矩將改變軸的變形。分析表明，這種影響會(huì)使軸的撓度和轉(zhuǎn)角增大，從而降低軸的臨界轉(zhuǎn)速（對(duì)柔性轉(zhuǎn)子有利）。(3)彈性支承對(duì)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的影響圖1-6

34、0; 彈性支承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)        只有在支承完全不變形的條件下，支點(diǎn)才會(huì)在轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)時(shí)保持不動(dòng)。實(shí)際上，支承不可能是絕對(duì)剛性不變形的，因而考慮支承的彈性變形時(shí)，支承就相當(dāng)于彈簧與彈性轉(zhuǎn)軸相串聯(lián)，如圖1-6所示。支承與彈性轉(zhuǎn)軸串聯(lián)后，其總的彈性剛度要低于轉(zhuǎn)軸本身的彈性剛度。因此，彈性支承可使轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)角速度或臨界轉(zhuǎn)速降低。在實(shí)際工程中表現(xiàn)為，減小支承剛度可以使臨界轉(zhuǎn)速顯著降低。（4）組合轉(zhuǎn)子對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響轉(zhuǎn)子系統(tǒng)經(jīng)常是由多個(gè)轉(zhuǎn)子組合而成的，例如在汽輪發(fā)電機(jī)組中，有高、中、低壓汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子等。每個(gè)

35、轉(zhuǎn)子都有其自身的臨界轉(zhuǎn)速，組合成一個(gè)多跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)后，整個(gè)組合轉(zhuǎn)子系統(tǒng)也有其自身的臨界轉(zhuǎn)速。組合轉(zhuǎn)子與單個(gè)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速間既有區(qū)別又有聯(lián)系，其間存在一定規(guī)律。如果各單個(gè)轉(zhuǎn)子是由不同制造廠生產(chǎn)的，那么當(dāng)制造廠給出各單個(gè)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速后，利用這一規(guī)律，就可以估計(jì)組合后轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的分布情況。此外也可估算出在組合轉(zhuǎn)子的每一階主振型中，哪一個(gè)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特別顯著。圖1-7  組合轉(zhuǎn)子系統(tǒng)        圖1-7（a）為A、B兩個(gè)系統(tǒng)，圖(b)為將其剛性連接。理論推導(dǎo)證明，組合系統(tǒng)中各轉(zhuǎn)子的各階臨界角速度，總是高于原系統(tǒng)相應(yīng)的各

36、階臨界角速度。如圖1-8所示。圖1-8  組合系統(tǒng)的臨界角速度旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)的基本特性(3)三、 轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指轉(zhuǎn)子在受到某種擾動(dòng)后能否隨時(shí)間的推移而恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)的能力，也就是說(shuō)擾動(dòng)響應(yīng)能否隨時(shí)間增加而消失。如果響應(yīng)隨時(shí)間增加而消失，則轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是穩(wěn)定的，若響應(yīng)隨時(shí)間增加不消失，則轉(zhuǎn)子系統(tǒng)就失穩(wěn)了。造成機(jī)組失穩(wěn)的情況很多，如動(dòng)壓軸承失穩(wěn)、密封失穩(wěn)、動(dòng)靜摩擦失穩(wěn)等，而失穩(wěn)又具有突發(fā)性，往往帶來(lái)嚴(yán)重危害。因此，設(shè)備故障診斷人員應(yīng)對(duì)所診斷的機(jī)組的穩(wěn)定性能做到心中有數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)失穩(wěn)癥兆，應(yīng)及時(shí)采取措施防止其發(fā)展。 圖1-9  衰減自由振動(dòng)比較典型

37、的失穩(wěn)是油膜渦動(dòng)。在瓦隙較大的情況下，轉(zhuǎn)子常會(huì)因不平衡等原因而偏離其轉(zhuǎn)動(dòng)中心，致使油膜合力與載荷不能平衡，引起油膜渦動(dòng)。機(jī)組的穩(wěn)定性在很大程度上決定于滑動(dòng)軸承的剛度和阻尼。當(dāng)具有正阻尼時(shí)系統(tǒng)具有抑制作用，渦動(dòng)逐步減弱；反之當(dāng)具有負(fù)阻尼時(shí)，系統(tǒng)本身具有激振作用，油膜渦動(dòng)就會(huì)發(fā)展為油膜振蕩；在系統(tǒng)具有的阻尼為零時(shí)，則處于穩(wěn)定臨界狀態(tài)。在工程實(shí)踐中，常常采用對(duì)數(shù)衰減率來(lái)判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對(duì)數(shù)衰減值是轉(zhuǎn)子做衰減自由振動(dòng)時(shí)，相鄰振幅之比的對(duì)數(shù)值，如圖1-9所示：            

38、     （1-19）        式中，； c為阻尼系數(shù)；m為系統(tǒng)質(zhì)量；d為衰減自由振動(dòng)的頻率。大的系統(tǒng)，對(duì)于激勵(lì)的響應(yīng)會(huì)較快地使之衰減，系統(tǒng)穩(wěn)定，如0，說(shuō)明系統(tǒng)有負(fù)阻尼，系統(tǒng)會(huì)自激。四、多盤轉(zhuǎn)子 圖1-10  多盤轉(zhuǎn)子常見振型         實(shí)際應(yīng)用中，轉(zhuǎn)子上可能裝配有多個(gè)葉輪，這就與前面介紹的單盤轉(zhuǎn)子有所不同，稱為多盤轉(zhuǎn)子。在此僅介紹多盤轉(zhuǎn)子的振型問題。一個(gè)彈性體可以看成是由無(wú)

39、數(shù)多個(gè)質(zhì)點(diǎn)組成的，各質(zhì)點(diǎn)之間采用彈性連接，只要滿足連續(xù)性條件，各質(zhì)點(diǎn)的微小位移都是可能的，因此一個(gè)彈性體有無(wú)限多個(gè)自由度，而每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都有可能產(chǎn)生共振形成共振峰。就轉(zhuǎn)子而言，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的每個(gè)共振峰均伴隨著一個(gè)振動(dòng)模態(tài)形式，稱之為振型。當(dāng)激振頻率與模態(tài)之一吻合時(shí)，結(jié)構(gòu)的振動(dòng)形式會(huì)形成駐波。激振頻率不同駐波形式也不同，如圖1-10所示分別為一階、二階、三階駐波，其中振值為零的部位稱為節(jié)點(diǎn)。了解振型對(duì)設(shè)備故障診斷具有實(shí)際意義：(1)由振型可見，即使所考慮的測(cè)點(diǎn)彼此相距很近，但各點(diǎn)之間所測(cè)得的實(shí)際振動(dòng)可能有很大的差別；(2)軸承部位不一定就是振動(dòng)最大的部位。 因此，在進(jìn)行設(shè)備診斷時(shí)，首先應(yīng)正確選

40、擇好測(cè)點(diǎn)，避免設(shè)置在節(jié)點(diǎn)上；其次，應(yīng)考慮到在測(cè)點(diǎn)測(cè)得的振值不一定就是振動(dòng)最強(qiáng)烈的數(shù)值，在其他部位可能會(huì)有更大的振值。四、 扭轉(zhuǎn)振動(dòng)分析旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)故障時(shí)，一般都是指平行振動(dòng)，即振動(dòng)質(zhì)量?jī)H沿著直線方向往返運(yùn)動(dòng)，包括轉(zhuǎn)軸軸線垂直方向的徑向振動(dòng)和沿軸線方向的軸向振動(dòng)兩種形式。除此之外，有時(shí)還會(huì)遇到繞著軸線進(jìn)行的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。扭振的力學(xué)模型如圖1-11所示。據(jù)此可得到扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程（1-20）圖1-11  多盤轉(zhuǎn)子常見振型 (a)自由振動(dòng)；(b)強(qiáng)迫振動(dòng)        式中，I為質(zhì)量繞旋轉(zhuǎn)軸的慣性矩；為運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)角；c為阻尼常數(shù)；k為轉(zhuǎn)動(dòng)剛