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机器振动特征分析滑动轴承故障 [复制链接]

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滑动轴承故障

滑动轴承也称为流体动压轴承。这种轴承有许多种类,它是在旋转的轴颈与静止的轴承孔之间形成油膜进行工作的。

滑动轴承的一个关键项目:稳定性。

偏心距:轴承与轴颈中心线之间的距离。

姿态角:中心连线与施加的负载向量之间的夹角。

转轴相对位置和油膜压力分布,最大压力位于与垂线方向约15度到20度处。

偏心距和姿态角

亚同步振动的产生

当轴承负载减小或转子转速提高时,滑动轴承的姿态角增大,轴承稳定性降低。当轴承不能承受足够的预载使旋转轴处于稳定位置时,任何干扰轴承载荷的外力都可能引起轴承不稳定状态的出现。

在不稳定的运转状态下,由于系统中包含了引起失稳的各种因素,一旦产生失稳,转子就会产生自激振动,即使消除了原始激励源,转子的自激振动现象还会保持下去。这就是亚同步振动(即低于转速的振动)。

通常,只有明显降低转速才能稳定转子,转子才能稳定下来。使它返回到正常转速,在扰动力再次干扰系统之前,系统能保持稳定。

当抑制不稳定的力减小或失去时,振动幅值可能突增。

轴承磨损和间隙故障

间隙过大且磨擦的滑动轴承,可使轴在轴承内的位置发生改变,导致不对中,常产生2X转速频率的振动。有时,间隙过大使轴与轴承相磨擦,或者与密封等其他零部件磨擦。这些扰动力可导致不稳定状态的轴产生自激振动。间隙过大的滑动轴承可能使小的不平衡、不对中或其他相关的力产生类似于机械松动故障的振动频谱。这种情况下,轴承不是故障源,然而,如果轴承间隙达到要求,则振动幅值不会增大。油膜涡动不稳定

油膜涡动是转子中心绕轴承中心转动的亚同步现象,回转频率(即振动频率)约为转子转速的一半,称为半速涡动。

通常,油膜本身以略低于50%轴颈表面速度的平均速度环绕轴颈转动,润滑和冷却轴承。轴浮在油膜之上,略偏离垂直线,略高于轴承给定的稳定姿态角和偏心距处。此抬起量与转子转速、转子重量和油膜压力有关。

如果轴受到诸如突然冲击或外部冲撞等干扰力,可能瞬间增大相对于某平衡位置的偏心。这时,附加的油立即被泵入被轴抽空的空间,导致负载油膜压力的增加,在油膜与轴之间产生附加的力。

油膜实际上推动轴在向前的圆周运动中前进,使转子绕轴承中心以0.40X到0.48X转速回转。如果系统中有足够的阻尼,轴可能返回到正常位置并达到稳定。否则,轴将继续涡动,产生剧烈的振动。

油膜涡动的特征

1.如下若干状态可引起油膜涡动:

动态和予载力轻;

过大的轴承磨损和过大的间隙;

润滑油特性改变(主要是剪切粘度);

油膜压力提高;

不适当的轴承设计;

在轴承载荷或转速变化的影响下,转子偏离初始位置达到不稳定状态后,如果出现以上任何一种情况都可能引起油膜涡动。

2.有时油膜涡动间歇出现,这时滑动轴承可能没有问题,而是有外部振动力传入机器,或者源于机器本身传入轴承的干扰力。这种情况下,这些干扰力的频率恰好等于轴承的油膜涡动频率,并且该扰动力的量也恰好能把轴推入涡动运动状态。这种振动可能是从其他机器通过结构接触,例如管道或者支撑,甚至通过楼板或基础传入。可把这台机器与周围的机器隔离解决。

3.油膜涡动通常发生在40%-48%轴转速频率,很容易识别(纯的油膜涡动出现在43%轴转速,而不稳定可能出现在第一阶临界转速频率)。

4.如图表示轴升速后油膜涡动的发展。

在约转/分时进入油膜涡动,并保持到约转/分。这一点,轴的1X转速进入共振,实际产生足够的克服油膜涡动的力。一旦机器通过共振,在转/分以上再次出现油膜涡动。

起动后油膜涡动(-RPM发生油膜振荡)

5.当振动幅值达到轴承正常间隙的50%时,油膜涡动严重,必须采取解决措施。

6.临时措施包括改变油温(因此改变油的粘度)。有意引入小量不平衡或不对中,以增大负载,加热或冷却支承脚,“临时”偏移对中,刮削轴承两侧或者轴承表面开槽,以破坏润滑油的油楔或改变滑油压力。

7.比较永久的修正步骤包括:

安装具有合适间隙的新轴承壳,

用内部油压工具对轴承加预载,

完全改变轴承的类型,采用没有油膜涡动的滑动轴承。

8.当油膜涡动频率与固有频率接近时,产生油膜振荡。

随着转速的提高,油膜涡动的频率也提高,两者保持一个近乎不变的恒定比例,即约为0.5。

当转子转速约为一阶临界转速的两倍时,转子转速继续提高,涡动频率将保持不变,等于该转子一阶临界转速。这时油膜涡动变为油膜振荡。

此时引起过大的振动,油膜可能不再具有支承能力。振荡转速实际将“锁定”在转子临界转速,这是一种可导致灾难性破坏的不稳定振动。

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