【摘要】介紹旋轉(zhuǎn)機(jī)械在運(yùn)行過(guò)程中常見(jiàn)的振動(dòng)、并進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。并針對(duì)不同類型振動(dòng)的特點(diǎn)和原因進(jìn)行闡述，并總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)給出不同種類振動(dòng)的處理方法。

【關(guān)鍵詞】旋轉(zhuǎn)機(jī)械；振動(dòng)；動(dòng)力學(xué)

旋轉(zhuǎn)機(jī)械是由多個(gè)轉(zhuǎn)子和軸承組成的一個(gè)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)。轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間通過(guò)聯(lián)軸器聯(lián)接并傳遞扭矩，轉(zhuǎn)子本身由自身軸承體支撐。由于機(jī)組在制造生產(chǎn)以及安裝過(guò)程造成的誤差、機(jī)組軸承體承載后的變形以及機(jī)組底座的沉降、熱膨脹等因素，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備發(fā)生異常的振動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)危害極大。

本文結(jié)合轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)和非線性動(dòng)力學(xué)基本理論，結(jié)合自身專業(yè)，就實(shí)際工作中遇到的一些轉(zhuǎn)子振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單分析、總結(jié)其規(guī)律性，提高以后產(chǎn)品設(shè)計(jì)的安全、穩(wěn)定性。

一、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)及非線性動(dòng)力學(xué)的基本理論

轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)是研究高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子及其相關(guān)部件和結(jié)構(gòu)相關(guān)的動(dòng)力學(xué)特性的學(xué)科[1]。它研究的主要內(nèi)容是為了保證轉(zhuǎn)子在實(shí)際高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)平穩(wěn)、安全地運(yùn)行，非常有必要對(duì)轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行研究和優(yōu)化。

而在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)故障分析當(dāng)中，非線性是較難分析的。因此對(duì)于實(shí)際的非線性系統(tǒng)中的振動(dòng)現(xiàn)象，通常采用線性簡(jiǎn)化處理。上述方法對(duì)某些問(wèn)題是可行的，而對(duì)某些問(wèn)題是無(wú)法用線性理論去解釋的。非線性學(xué)科主要包括耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同論、突變論及餛飩理論[2]。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)力系統(tǒng)中的典型振動(dòng)通常主要由以下幾方面：

1、轉(zhuǎn)子/軸系不隊(duì)中

轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生的平行位移（即平行不對(duì)中）、角度位移（即角度不對(duì)中）或綜合位移（即綜合不對(duì)中）等誤差。上述不對(duì)中的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中將產(chǎn)生一系列有害的動(dòng)態(tài)效應(yīng)，如引起機(jī)組聯(lián)軸器偏轉(zhuǎn)、軸承嚴(yán)重磨損、油膜失穩(wěn)、軸彎曲變形等，從而導(dǎo)致機(jī)器發(fā)生異常振動(dòng)，危害極大。

軸系不對(duì)中會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的平衡位置發(fā)生變化，使軸系的載荷重新分布。負(fù)荷大的軸承油膜呈現(xiàn)非線型，在一定條件下出現(xiàn)高次諧波振動(dòng)；負(fù)荷較輕的軸承易引起油膜渦動(dòng)進(jìn)而導(dǎo)致油膜振蕩；支承負(fù)荷的變化還使軸系的臨界轉(zhuǎn)速和振型發(fā)生改變。因此，在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)要充分考慮旋轉(zhuǎn)機(jī)械不同軸系之間冷-熱態(tài)的位移和角度偏差，提高機(jī)組找正的精度。

2、轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心

轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心就是轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心與型心既不平行又不相交、即轉(zhuǎn)子存在一個(gè)質(zhì)量偏心量的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一圈，不平衡偏心量就會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)激勵(lì)。

在較低的轉(zhuǎn)速下，質(zhì)量偏心量所產(chǎn)生的不平衡力也較小，不會(huì)激發(fā)其劇烈振動(dòng)，轉(zhuǎn)子只是在平衡位置附近做微幅振動(dòng)。而隨著轉(zhuǎn)速的增加，質(zhì)量偏心距增大，導(dǎo)致不平衡力也加大，并出現(xiàn)混沌現(xiàn)象，整個(gè)轉(zhuǎn)子振動(dòng)加劇。當(dāng)轉(zhuǎn)速超越臨界轉(zhuǎn)速后，振動(dòng)有所緩解，系統(tǒng)表現(xiàn)為陣法性混沌。在轉(zhuǎn)子不同的偏心量下，系統(tǒng)響應(yīng)的混沌區(qū)域不一樣，較大的不平衡量會(huì)產(chǎn)生較寬的混沌區(qū)域。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行不平衡響應(yīng)分析，并判斷臨界轉(zhuǎn)速及隔離預(yù)度、振幅等參數(shù)是否合格。生產(chǎn)制造過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按照動(dòng)平衡精度的要求進(jìn)行轉(zhuǎn)子高、低速動(dòng)平衡。

3、機(jī)組松動(dòng)

旋轉(zhuǎn)機(jī)械的松動(dòng)主要是指基礎(chǔ)支座的松動(dòng)。此類故障會(huì)使系統(tǒng)支撐剛度發(fā)生變化，使設(shè)備產(chǎn)生周期性振動(dòng)甚至碰撞。一旦轉(zhuǎn)子的支撐部分產(chǎn)生間隙，支撐特性將是非線性的，轉(zhuǎn)子振動(dòng)特性就會(huì)發(fā)生變化。在某些轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)子的同步響應(yīng)將會(huì)發(fā)生變化，嚴(yán)重的將使整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)失穩(wěn)。

在出現(xiàn)基礎(chǔ)松動(dòng)時(shí)，不穩(wěn)定的非周期信號(hào)占優(yōu)勢(shì)，可能出現(xiàn)有大的沖擊信號(hào)。另外，對(duì)垂直和水平方向的振動(dòng)頻譜分析，可以發(fā)現(xiàn)振動(dòng)具有高度的方向性。通常水平固定的機(jī)器如果基座松動(dòng)，則垂直方向會(huì)出現(xiàn)很大的一倍頻振動(dòng)，一般比水平方向振動(dòng)還大。所以這一點(diǎn)要特別注意和轉(zhuǎn)子不平衡相區(qū)分。

4、油膜振蕩

當(dāng)轉(zhuǎn)子達(dá)到某一轉(zhuǎn)速時(shí)，振動(dòng)會(huì)出現(xiàn)約為轉(zhuǎn)速0.4～0.5倍的頻率成份，稱為半速渦動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速近似2倍的臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，渦動(dòng)頻率和臨界轉(zhuǎn)速重合從而產(chǎn)生共振，使振幅劇烈增大這種現(xiàn)象稱為油膜振蕩[3]。

半速渦動(dòng)和油膜振蕩的發(fā)生，都是由于軸承的工作不穩(wěn)定造成的。而軸承的穩(wěn)定性跟軸承偏心距大小、軸承預(yù)負(fù)荷、瓦弧直徑等參數(shù)有關(guān)；同時(shí)與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、載荷及潤(rùn)滑油粘度有關(guān)。通常采用的措施有增大軸承比壓、適當(dāng)增加軸承間隙、改變潤(rùn)滑油粘度等方法。

二、結(jié)束語(yǔ)

轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的求解可以從兩個(gè)方面進(jìn)行研究：一是定量分析，研究如何去求解方程的精確解和近似解；二是定性分析，研究方程解的存在性、唯一性及周期解的穩(wěn)定性。本文對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的以上幾種故障簡(jiǎn)述，并對(duì)振動(dòng)產(chǎn)生的原因進(jìn)行比較分析，為故障診斷、分析提供了一定的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]虞烈，劉恒.軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2001.

[2]周紀(jì)卿，朱因遠(yuǎn).非線性振動(dòng)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1998.

[3]萬(wàn)召，孟光，荊建平等.燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的油膜渦動(dòng)分析[J].振動(dòng)與沖擊，2011，（3）：38-41.