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轴承知识
滑动轴承振动原因、机理全解!
滑动轴承就是通常说的平面轴承,其形式简单,接触面积大,如果润滑保持良好,抗磨性能会很好,轴承寿命也会很长。滑动轴承的承载能力大,回转精度高,润滑膜具有抗冲击作用,因此在工程上获得广泛的应用。本文分享了滑动轴承振动故障的原因,振动机理,振动方法等。
滑动轴承根据承受载荷的方向不同可分为:推力滑动轴承和径向滑动轴承;根据润滑油膜形成原理不同分为:动压滑动轴承和静压滑动轴承;根据结构形式不同可分为:整体式滑动轴承和剖分滑动轴承。
1. 滑动轴承故障形成原因
滑动轴承故障形成原因主要有:
轴瓦设计、安装不当;
超速、超载运行或在润滑油中含有杂质;
在高温、高速、高载荷的运行情况下,轴颈与轴瓦材料发生热膨胀,轴承间隙消失,金属之间直接接触;
在交变载荷的作用下,轴承表面产生往复作用的拉应力、压应力以及剪切应力,从而在轴承表面产生细微裂纹,在不断的运行状态下,最后形成疲劳破坏;
在较大振幅下长期运行造成的脱胎;
联轴器不对中、运行操作不当等原因造成的次同步不稳定等等。
2. 滑动轴承振动故障类型
滑动轴承振动故障有多种表现形式,其中包括轴瓦配合间隙过大;油膜涡动和油膜振荡、摩擦;以及常见的轴瓦磨损、烧瓦、疲劳产生的脱胎裂纹等故障。
3. 滑动轴承故障振动机理
引起滑动轴承振动的原因很多,大部分都是由于其它机械问题引起,如转子不平衡、不对中、刚度问题等。滑动轴承本身引起的振动,主要由配合间隙不当造成的刚度降低,以及设计、安装不当引起的油膜问题。
油膜涡动
油膜涡动是由径向滑动轴承油膜力所产生的一种涡动。当转子轴颈在滑动轴承中稳定运转时,轴承的油膜力R与载荷W相互平衡,转子轴心处于某一平衡位置O1。若转子受到扰动离开平衡位置移动到O2点,变化后的油膜力R′与载荷W的合力F不再为零、共线。
合力F可分解成径向与切向上的二个分力,径向分力Fr与轴颈的位移方向相反,力图把轴颈推回到原平衡位置O1处,是一种弹性恢复力;而切向分力Fu与轴颈位移方向相垂直,它推动轴颈绕平衡位置O1继续旋绕,即产生涡动,这种涡动就称为油膜涡动,Fu称涡动力。
如果轴颈受到的涡动力小于油膜阻尼力,则轴心涡动所形成的轴心轨迹是收敛的,涡动会减小;如果涡动力等于油膜阻尼力,则轴心轨迹不再扩大并成为封闭图形,涡动是稳定的;如果涡动力超过阻尼力,则轴心轨迹是发散的,涡动是不稳定的。涡动的转向与转子旋转方向相同时,为正进动;反之,为反进动。
理论推算表明,油膜涡动的旋转频率Ω等于转子旋转频率ω的一半,即Ω=ω/2,因此油膜涡动理论上又称为半速涡动。实际中,油膜涡动的振动频率约为0.42~0.48转速频率,即Ω=(0.42~0.48)ω。
油膜振荡
伴随着转子旋转频率ω(即转速n)的不断上升,油膜涡动的涡动频率Ω也不断上升,当转速n上升到转子第一临界转速 nk1的二倍附近时,也就是说当油膜涡动的频率等于转子轴承系统的固有频率时,即Ω=ωk1时,转子轴承系统将发生强烈的共振,这就是所说的油膜振荡。
油膜振荡发生后,即使转速继续上升,但涡动频率却不再按涡动比(Ω/ω)不变的规律上升,仍为ωk1 ,也就是紧紧地咬住转子的固有频率—第一临界转速—不再改变。
油膜涡动及油膜振荡是一种自激振动,也就是说,维持振动的能量是由转子轴承系统(含润滑油)在自身旋转中产生的,它可以不断地提供极大的能量,而与外界无关。所以,油膜振荡还具有严重性、突发性、有时会发出间断吼叫声等特点。
对于大机组使用较多的可倾瓦轴承,理论计算表明,在忽略瓦块质量和支点摩擦力的情况下,可倾瓦轴承的交叉刚度为零,不可能产生油膜涡动及油膜振荡。因为其瓦块可以自由摇摆,油膜力能自动调整到通过轴心,从而与载荷共线,消除了切向油膜分力,从根本上铲除了涡动的推动力。
但是,由于在实际使用中往往会出现某些与设计条件不符的情况,如支点有摩擦力、轴承紧力不当、润滑油粘度过大等等,所以可倾瓦轴承也有可能发生油膜振荡。至于其它类型的轴承,如圆筒瓦、椭圆瓦、多油楔、多油叶等轴承,只要是属于高速轻载,都有可能发生油膜涡动及油膜振荡。
(来源:煤化工知库)
发布时间:2020-10-14


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