油膜轴承的动态特性

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轴颈轴承具有可预测的刚度和阻尼特性，其很大程度上取决于具体的轴承几何尺寸和负荷。这些可以利用轴承分析软件计算，并且对大部分旋转机器的激励响应计算基本内容。

一个轴颈轴承的刚度是由油膜的压缩性决定的，用数学表示，刚度K=ΔF/ΔD。由于围绕轴承的油膜压力的变化，通常在垂直方向和水平方向有不同的轴承刚度。这个油膜刚度的变化是轴心轨迹不圆的主要原因，正如我们通常在透平机轴承上看到的那样；同时，它也导致垂直和水平方向分开的临界转速，水平方向临界转速几何总是低于垂直方向的临界转速。

阻尼是油膜轴承的属性，它控制在共振下的幅值，阻尼C=ΔF/ΔV，这里反作用力与位移成90°。滚动轴承具有很小或几乎没有阻尼，而流体动压轴颈轴承可以具有很高的阻尼，如果设计合理，一些转子轴承系统可以具有被轴承阻尼压制的转子临界转速，按照API标准可以接受在这些临界转速下连续运行。

刚度和阻尼系数按照主方向和交叉耦合方向进行定义，主属性是与力作用相同方向的表现，例如，垂直向施加的力将导致垂直运动，主垂直刚度是力的变化除以垂直位置的变化。交叉耦合属性来自不对称的轴承，一个垂直向施加的力可能导致水平向运动。

如下定义了轴承的动态特性，其数值的确定通过在一个方向施加一个小的位移或速度，然后通过由于位置或速度的变化产生的油膜压力变化计算产生的反作用力的变化：

对短和长普通圆筒轴承，轴承的刚度和阻尼系数可以直接计算。

对某些机器来说，一个重大影响因素是轴承座和支撑的柔性，如果轴承与基础之间是柔性的，轴承内存在的阻尼变得不那么有效。利用下图1所示的等效弹簧模拟，主刚度和阻尼项被增加的底座柔性所减小，如图2所示。在这个例子中，轴承刚度和阻尼项是KB和CB，支撑刚度是KS，考虑支撑柔性之后的等效值分别是KEQ 和CEQ，由于在临界转速的响应被获得的阻尼所限制，具有接近轴承油膜刚度的轴承柔性将对临界转速（减小它）和放大系数（总是高于“刚性”支撑）产生重大影响。

图1 柔性支撑的轴颈轴承等效弹簧模拟

如果KS>>KB，这些等式简化为：

这正是所期望的。相反，如果KS<<KB，那么：

这表明，阻尼受到很大的影响，如图2所示。

图2 支撑柔性对轴承特性的影响

来源：普迪美状态监测微信公众号（ID：bpdm-cm）