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滑動軸承振動原因、機理全解!

2020-04-14
滑動軸承就是通常說的平面軸承,其形式簡單,接觸面積大,如果潤滑保持良好,抗磨性能會很好,軸承壽命也會很長。滑動軸承的承載能力大,回轉精度高,潤滑膜具有抗沖擊作用,因此在工程上獲得廣泛的應用。本文分享了滑動軸承振動故障的原因,振動機理,振動方法等。
滑動軸承根據承受載荷的方向不同可分為:推力滑動軸承和徑向滑動軸承;根據潤滑油膜形成原理不同分為:動壓滑動軸承和靜壓滑動軸承;根據結構形式不同可分為:整體式滑動軸承和剖分滑動軸承。
1. 滑動軸承故障形成原因
滑動軸承故障形成原因主要有:
軸瓦設計、安裝不當;
超速、超載運行或在潤滑油中含有雜質;
在高溫、高速、高載荷的運行情況下,軸頸與軸瓦材料發生熱膨脹,軸承間隙消失,金屬之間直接接觸;
在交變載荷的作用下,軸承表面產生往復作用的拉應力、壓應力以及剪切應力,從而在軸承表面產生細微裂紋,在不斷的運行狀態下,Z后形成疲勞破壞;
在較大振幅下長期運行造成的脫胎;
聯軸器不對中、運行操作不當等原因造成的次同步不穩定等等。
2. 滑動軸承振動故障類型
滑動軸承振動故障有多種表現形式,其中包括軸瓦配合間隙過大;油膜渦動和油膜振蕩、摩擦;以及常見的軸瓦磨損、燒瓦、疲勞產生的脫胎裂紋等故障。
3. 滑動軸承故障振動機理
引起滑動軸承振動的原因很多,大部分都是由于其它機械問題引起,如轉子不平衡、不對中、剛度問題等。滑動軸承本身引起的振動,主要由配合間隙不當造成的剛度降低,以及設計、安裝不當引起的油膜問題。
油膜渦動
油膜渦動是由徑向滑動軸承油膜力所產生的一種渦動。當轉子軸頸在滑動軸承中穩定運轉時,軸承的油膜力R與載荷W相互平衡,轉子軸心處于某一平衡位置O1。若轉子受到擾動離開平衡位置移動到O2點,變化后的油膜力R′與載荷W的合力F不再為零、共線。
合力F可分解成徑向與切向上的二個分力,徑向分力Fr與軸頸的位移方向相反,力圖把軸頸推回到原平衡位置O1處,是一種彈性恢復力;而切向分力Fu與軸頸位移方向相垂直,它推動軸頸繞平衡位置O1繼續旋繞,即產生渦動,這種渦動就稱為油膜渦動,Fu稱渦動力。
如果軸頸受到的渦動力小于油膜阻尼力,則軸心渦動所形成的軸心軌跡是收斂的,渦動會減小;如果渦動力等于油膜阻尼力,則軸心軌跡不再擴大并成為封閉圖形,渦動是穩定的;如果渦動力超過阻尼力,則軸心軌跡是發散的,渦動是不穩定的。渦動的轉向與轉子旋轉方向相同時,為正進動;反之,為反進動。
理論推算表明,油膜渦動的旋轉頻率Ω等于轉子旋轉頻率ω的一半,即Ω=ω/2,因此油膜渦動理論上又稱為半速渦動。實際中,油膜渦動的振動頻率約為0.42~0.48轉速頻率,即Ω=(0.42~0.48)ω。
油膜振蕩
伴隨著轉子旋轉頻率ω(即轉速n)的不斷上升,油膜渦動的渦動頻率Ω也不斷上升,當轉速n上升到轉子臨界轉速 nk1的二倍附近時,也就是說當油膜渦動的頻率等于轉子軸承系統的固有頻率時,即Ω=ωk1時,轉子軸承系統將發生強烈的共振,這就是所說的油膜振蕩。
油膜振蕩發生后,即使轉速繼續上升,但渦動頻率卻不再按渦動比(Ω/ω)不變的規律上升,仍為ωk1 ,也就是緊緊地咬住轉子的固有頻率—臨界轉速—不再改變。
油膜渦動及油膜振蕩是一種自激振動,也就是說,維持振動的能量是由轉子軸承系統(含潤滑油)在自身旋轉中產生的,它可以不斷地提供極大的能量,而與外界無關。所以,油膜振蕩還具有嚴重性、突發性、有時會發出間斷吼叫聲等特點。
對于大機組使用較多的可傾瓦軸承,理論計算表明,在忽略瓦塊質量和支點摩擦力的情況下,可傾瓦軸承的交叉剛度為零,不可能產生油膜渦動及油膜振蕩。因為其瓦塊可以自由搖擺,油膜力能自動調整到通過軸心,從而與載荷共線,消除了切向油膜分力,從根本上鏟除了渦動的推動力。
但是,由于在實際使用中往往會出現某些與設計條件不符的情況,如支點有摩擦力、軸承緊力不當、潤滑油粘度過大等等,所以可傾瓦軸承也有可能發生油膜振蕩。至于其它類型的軸承,如圓筒瓦、橢圓瓦、多油楔、多油葉等軸承,只要是屬于高速輕載,都有可能發生油膜渦動及油膜振蕩。
(來源:煤化工知庫)
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