转动设备的半速涡动、油膜振荡基本概念

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半速涡动，即通常所说的油膜涡动。

油膜涡动是由径向滑动轴承油膜力所产生的一种涡动。当转子轴頸在动压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；而切向分力切向分 Fu与轴颈位移方向相垂直，它有推动轴颈推动轴绕平衡位置 O1继续旋绕，即产生涡动的趋势，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等于转子旋转频率 ω 的一半，即＝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频约为0.42~0.48转速频率，即＝（0.42~0.48）ω。

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＝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）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。轴承的油膜可视为弹性体，具有一定的刚度和阻尼。油膜刚度为转子单位位移变化所引起的油膜力的变化，有四个刚度系数   Kxx=Fx/x,  Kyx=Fy/x, Kyy=Fy/y, Kxy=Fx/y；油膜阻尼为转子单位速度变化所引起的油膜力的变化，也有四个阻尼系数  Cxx=Fx/vx, Cyx=Fy/vx, Cyy=Fy/vy, Cxy=Fx/vy。其中，Kyx、Kxy称为交叉刚度，不难看出，交叉刚度是引起油膜涡动交叉刚度是引起油膜涡、乃至油膜振荡的根本原因。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。