油膜轴承的故障机理与诊断.doc

Word格式 完美整理 油膜轴承的故障机理与诊断 ????? 油膜轴承因其承载性能好，工作稳定可靠、工作寿命长等优点，在各种机械、各个行业中都得到了广泛的应用，对油膜轴承故障机理的研究工作也比较广泛和深入。????? ?一、油膜轴承的工作原理??? ? ?油膜轴承按其工作原理可分为静压轴承与动压轴承两类。???? ? 静压轴承是依靠润滑油在转子轴颈周围形成的静压力差与外载荷相平衡的原理进行工作的。不论轴是否旋转，轴颈始终浮在压力油中，工作时可以保证轴颈与轴承之间处于纯液体摩擦状态。因此，这类轴承具有旋转精度高、摩擦阻力小、承载能力强的特点，并且对转速的适应性和抗振性非常好。但是，静压轴承的制造工艺要求较高，还需要一套复杂的供油装置，因此，除了在一些高精度机床上应用外，其他场合使用尚少。???? ? 动压轴承油膜压力是靠轴本身旋转产生的，因此供油系统简单，设计良好的动压轴承具有很长的使用寿命，因此，很多旋转机器（例如膨胀机、压缩机、泵、电动机、发电机等）均广泛采用各类动压轴承。??? ? ?在旋转机械上使用的液体动压轴承有承受径向力的径向轴承和承受轴向力的止推轴承两类，本节主要讨论径向轴承的故障机理与诊断。???? ? 在动压轴承中，轴颈与轴承孔之间有一定的间隙（一般为轴颈直径的千分之几），间隙内充满润滑油。轴颈静止时，沉在轴承的底部，如图1-1 (a )所示。当转轴开始旋转时，轴颈依靠摩擦力的作用，沿轴承内表面往上爬行，达到一定位置后，摩擦力不能支持转子重量就开始打滑，此时为半液体摩擦，如图1-1（b)所示。随着转速的继续升高，轴颈把具有黏性的润滑油带入与轴承之间的楔形间隙（油楔）中，因为楔形间隙是收敛形的，它的入口断面大于出口断面，因此在油楔中会产生一定油压，轴颈被油的压力挤向另外一侧，如图1-1（c）所示。如果带入楔形间隙内的润滑油流量是连续的，这样油液中的油压就会升高，使入口处的平均流速减小，而出口处的平均流速增大。由于油液在楔形间隙内升高的压力就是流体动压力，所以称这种轴承为动压轴承。在间隙内积聚的油层称为油膜，油膜压力可以把转子轴颈抬起，如图1-1（d)所示。当油膜压力与外载荷平衡时，轴颈就在与轴承内表面不发生接触的情况下稳定地运转，此时的轴心位置略有偏移，这就是流体动压轴承的工作原理。 图1-1 动压轴承工作状态 ? ???? 轴颈在轴承内旋转时的油膜压力分布情况如图1-2所示。轴承参数如下： 图1-2 轴承内油膜压力分布 ?? ??? ?—偏位角；??????e—偏心距； ? ?? ? c—平均间隙， φ—相对间隙， ?????? ε—相对偏心率，hmin——最小油膜厚度， ?????? 轴承的承载能力与多种参数有关，对于圆柱轴承可用式（1－1）表示： ?????? ???????????????????????????? (1-1) ?????? 式中P—轴承载荷；Ψp—轴承承载能力系数；μ—润滑油动力黏度系数；l—轴承宽度；???????d—轴颈直径；ω—轴颈旋转角速度。???? ? 当Ψp1时，称为低速重载转子；当Ψp＜1时，称为高速轻载转子。Ψp是偏心率ε和轴承宽径比l／d的函数，偏心率越大或轴承宽径比越大，贝Ψp 也越大，轴承承载能力也大，但偏心率过大时最小油膜厚度过薄，有可能出现轴颈与轴承内表面干摩擦的危险。????? ?二、油膜轴承的不稳定工作机理? ???? 在石油、化工、电力、钢铁和航空工业部门中使用的高性能旋转机械，多数属于高速轻载转子，即Ψp＜1。高速轻载轴承由于设计不良或使用中多种因素的影响，易发生油膜不稳定。转子轴承系统在某种工作状态下，还会发生高速滑动轴承的一种特有故障—油膜涡动和油膜振荡问题，转子轴颈在油膜中的剧烈振动将会直接导致机器零部件的损坏。因此，必须了解产生油膜不稳定工作的原因、故障机理和特征，采取措施防止转子在工作时失稳。????? ?1．轴颈在油膜中的涡动与稳定性???? ? 转子轴颈在轴承中以角速度ω稳定运转时，轴颈上的载荷与油膜力相平衡，即作用在轴颈中心上的力大小相等、方向相反。如图1-3所示，假如轴颈中心在O1位置上，轴颈载荷W和油膜力P大小相等，方向相反，O1点就是轴颈旋转的平衡位置，这个平衡位置由轴颈的偏心率ε和偏位角?来确定的。假如转子受到外界瞬时干扰力的作用，轴颈中心移到O′位置时，如果能够回复到原来的位置，则认为系统是稳定的，否则认为是不稳定的。当轴心移到O′位置时，该处的油膜反力为P′，与W不再衡，两合力为F。把F分解为一个切向分量F2和一个径向分量Fl,力F1与轴径的位移方向相反，试图把轴颈推回到原处，这是一种弹性恢复力；而力F2与轴颈位移方向垂直，它有推动轴颈中心涡动的趋势，故F2称为涡动力。