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1、油膜振蕩的特征及判別方法油膜振蕩的特征及判別方法山東工程學(xué)院曲慶文馬浩柴山摘要:摘要:油膜振蕩是大型機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)故障較多的原因之一,本文主要對(duì)機(jī)電設(shè)備中出現(xiàn)油膜振蕩的特征及判別方法加以總結(jié)論述,以便盡可能地避免油膜振蕩的產(chǎn)生,提高機(jī)電設(shè)備的利用率和生產(chǎn)效率,減少設(shè)備的維修時(shí)間。關(guān)鍵詞:關(guān)鍵詞:油膜振蕩;設(shè)備故障;故障檢測(cè)1渦動(dòng)渦動(dòng)轉(zhuǎn)軸的渦動(dòng)通常有慣性渦動(dòng)、液力渦動(dòng)和氣隙渦動(dòng)等[1]。對(duì)于軸頸軸承受到動(dòng)載荷時(shí),軸頸會(huì)隨著載荷的變化而移動(dòng)位
2、置。移動(dòng)產(chǎn)生慣性力,此時(shí),慣性力也成為載荷,且為動(dòng)載荷,取決于軸頸本身的移動(dòng)。軸頸軸承在外載荷作用下,軸頸中心相對(duì)于軸承中心偏移一定的位置而運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)施加一擾動(dòng)力,軸頸中心將偏離原平衡位置。若這樣的擾動(dòng)最終能回到原來(lái)的位置或在一個(gè)新的平衡點(diǎn)保持不變,即此軸承是穩(wěn)定的;反之,是不穩(wěn)定的。后者的狀態(tài)為軸頸中心繞著平衡位置運(yùn)動(dòng),稱為“渦動(dòng)”。渦動(dòng)可能持續(xù)下去,也可能很快地導(dǎo)致軸頸和軸承套的接觸,穩(wěn)定性是軸頸軸承的重要性能之一,是由于慣性作用的主
3、要例證。慣性渦動(dòng)是由于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不平衡重量引起的慣性離心力P強(qiáng)迫引起的渦動(dòng)。圖1所示,矢量P與瞬時(shí)軸的動(dòng)態(tài)撓度oH的夾角ψ表示慣性渦動(dòng)的不同位置,夾角ψ隨軸的轉(zhuǎn)速nW變化。對(duì)于小的nW值,ψ接近于零,當(dāng)軸的轉(zhuǎn)速小于臨界轉(zhuǎn)速時(shí),ψ由零增加至90,此時(shí)力P可以分解成作用在撓度方向oH上的力Pr和垂直于OH的力Pt。Pr與軸的彈性變形后生成的彈性力相平衡;而Pt則沒有與之平衡的固定力,于是被迫形成“同步渦動(dòng)”。當(dāng)軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速nk時(shí),渦
4、動(dòng)達(dá)到極值;若轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加,超過(guò)臨界轉(zhuǎn)速nk后,渦動(dòng)減小。此時(shí),Pr與撓度方向相反,產(chǎn)生自動(dòng)對(duì)中現(xiàn)象,這是柔性軸的特征。對(duì)于最簡(jiǎn)單的渦動(dòng)速度分析,設(shè)軸頸中心的渦動(dòng)轉(zhuǎn)速為Ω,潤(rùn)滑劑為常密度,若不考慮壓力梯度的影響,根據(jù)流量平衡條件,由圖3c可得,進(jìn)入控制空間單位軸承寬度的體積流量和離開控制空間的體積流量分別為(RωjeΩ)(ce)2和(RωjeΩ)(ce)2此二者之差應(yīng)該等于軸頸移動(dòng)造成的控制空間的容積增長(zhǎng)率,即2ReΩ,則得圖3軸頸的渦
5、動(dòng)傾向軸頸的渦動(dòng)傾向(1)式中,R為軸承半徑;e為偏心距;c為半徑間隙。從而解得Ω=ωj(2cR)≈ωj2(2)由此,當(dāng)軸頸偏離平衡位置,單從流量來(lái)考慮,渦動(dòng)轉(zhuǎn)速為自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的一半或稍小。偏心率(偏心距與半徑間隙之比)越小,上式越精確。在偏心率大時(shí),壓力梯度的影響越來(lái)越顯著,上式就不能用了。由于偏心率增大有利于軸承的穩(wěn)定性,所以上式在一般計(jì)算中是不能完全反映問(wèn)題的。2油膜振蕩機(jī)理研究的發(fā)展油膜振蕩機(jī)理研究的發(fā)展油膜振蕩是由于滑動(dòng)軸承中的油
6、膜作用而引起的旋轉(zhuǎn)軸的自激振蕩,可產(chǎn)生與轉(zhuǎn)軸達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速時(shí)同等的振幅或更加激烈。油膜振蕩不僅會(huì)導(dǎo)致高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障,有時(shí)也是造成軸承或整臺(tái)機(jī)組破壞的原因。在日本和中國(guó)都有過(guò)由于油膜振蕩而出現(xiàn)機(jī)組破壞的實(shí)例。油膜振蕩從1925年由NewkirkBL和TaylHD首先提出以來(lái)[2],經(jīng)過(guò)了從認(rèn)識(shí)到深化理解的長(zhǎng)期發(fā)展過(guò)程,到目前已經(jīng)基本成熟,能較深刻地揭示油膜振蕩的本質(zhì)。1925年Newkirk和Tayl發(fā)現(xiàn)了由用滑動(dòng)軸承支持的旋轉(zhuǎn)軸,當(dāng)轉(zhuǎn)
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