转子-轴承系统的润滑与碰摩特性分析
转子摩擦故障诊断
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（1）局部碰摩的故障特征 局部碰摩是指转子在进动过程中与静止部件发生问歇性的、局部性的碰 撞摩擦。 反向进动模型：当转子与静子在A点发生旋转摩擦时，转子给静子壁面 一个摩擦力Fa，而静子以反作用力Fa’作用于转子上。如果把力Fa’平移 至转子旋转中心O’,即在O’点上加相等相反的力F’和F,则F’的作用是促使 转子以旋转的相反方向进动(反进动)，而F与Fa’组成了一个力偶，阻止 转子旋转，因而多消耗了转子的驱动功率。
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②转子内部发生的内摩擦故障。内摩擦又可分为两种类型:
一类是转轴材料弹性滞后产生的内摩擦力激发转子涡动; 另一类是轴上配合零件与轴在弯曲时产生的摩擦以及齿式联轴节的齿套与 齿壳之间的轴向滑动摩擦，这种摩擦同样也会激励转子涡动。 内摩擦力对于具有足够大阻尼的转子并不会产生问题，但是对于柔性较好 的高速转子，在某些情况下可能会引起转子的自激振动。
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（2）摩擦接触弧增大时的故障特征 当离心压缩机发生喘振、轴承油膜振荡等大振动时，转子处于完全失稳 状态，转子在轴承、密封等处表面作大面积摩擦，甚至发生整周摩擦， 产生很大的摩擦力。在整周摩擦时。高的摩擦力可使转子由正向涡动变 为反向涡动。 转子发生重摩擦，且摩擦接触弧较大时，在波形图上就会产生单边波峰 “削波”现象，这时将在频谱上出现涡动频率与转速频率的和差频率成 分，即产生 n m 的频率成分(n,m为正整数)。 另外，由于转子振动进入了非线性区，因而在频谱上还会出现幅值升高 了的高次谐波。从实验研究中得到如下几点结论。
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3. 4. 1干靡擦故障的机理和特征
转子与静子之间发生的干摩擦有轻重之分。 轻摩擦，如转子与迷宫密封齿之间的摩擦、轴颈与轴承表面巴氏合金之 间的轻微摩擦属于表面擦伤，由于摩擦力不大，并不影响转子的运动特 性，也不会产生很大的转子振动，机器未停车拆检之前往往没有发现问 题。 重摩擦，是指转子与静止部件之间发生碰撞摩擦，产生较大的摩擦力， 有时甚至发生360的整周接触摩擦，显然这种摩擦就会引起转子很大振 动，并且对机器零部件带来严重损伤。 在摩擦故障的诊断中，局部碰擦和整周接触摩擦的故障特征是不同的， 利用振动信号进行诊断是常用的方法:
气浮轴承支撑下裂纹-碰摩转子系统动力学分析
原 因。其耦合故障的非线性 动力学行 为较单一故障系
统更加复杂 ，许多学者和研究人员在不 同程度上对裂 纹与碰摩故 障作 了研 究 。文献 ［ ３ １— ］讨论 了裂 纹 转子的稳态响应 、稳定性及系统参数对它们 的影 响规 律 。文献 ［ ］研究 了具有非线性 碰摩力局 部碰摩 的 ４
Ａ ｓｒｃ：ｈ ｖｎ ｑ ａｉｎ ｆ ａ ｕｎ ｌ ｅｒ ｇｅａｔ ｏｏ ｙｔｍ ｗｉ ｒｃ ｎ ｕ － ａ ｔ ｅｅｅｔｂｉ ｅ ． ｂｔ ｔＴ ｅｍｏｉｇｅ ｕｔ ｓｏ ｓ ｏ ｒａ ａｉ ｌｓ ｃｒｔｒ ｓｅ ｔ ｃａｋａ ｄｒｂ ｉ ｃ ｒ ｓ ｌ ｈ ｄ ａ ｏ ｇ ｊ ｂ ｎ ｉ ｓ ｈ ｍｐ ｗ ａ ｓ
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轴承故障检测、诊断、分析技巧
为了尽可能长时间地以良好状态维持轴承本来的性能，必须保养、检测、检修、以求防事故于未然，确保运转的可靠性，提高生产性、经济性。
对长期运行中的设备来讲，平时的检测跟踪尤为重要，检测项目包括轴承的旋转音、振动、温度、润滑剂的状态等，根据检测结果，设备维护人员可以准确地判断设备的问题点，提早作出预防和解决方案。
一、异常旋转音分析诊断异常旋转音检测分析是采用听诊法对轴承工作状态进行监测的分析方法，常用工具是木柄长螺钉旋具，也可以使用外径为20mm左右的硬塑料管。
相对而言，使用电子听诊器进行监测，更有利于提高监测的可靠性。
轴承处于正常工作状态时，运转平稳、轻快，无停滞现象，发生的声响和谐而无杂音，可听到均匀而连续的“哗哗”声，或者较低的“轰轰”声。
异常声响所反映的轴承故障如下：1、轴承发出均匀而连续的“咝咝”声，这种声音由滚动体在内外圈中旋转而产生，包含有与转速无关的不规则的金属振动声响。
一般表现为轴承内加脂量不足，应进行补充。
若设备停机时间过长，特别是在冬季的低温情况下，轴承运转中有时会发出“咝咝沙沙”的声音，这与轴承径向间隙变小、润滑脂工作针入度变小有关。
应适当调整轴承间隙，更换针入度大一点的新润滑脂。
2、轴承在连续的“哗哗”声中发出均匀的周期性“嗬罗”声，这种声音是由于滚动体和内外圈滚道出现伤痕、沟槽、锈蚀斑而引起的。
声响的周期与轴承的转速成正比。
应对轴承进行更换。
3、轴承发出不规律、不均匀的“嚓嚓”声，这种声音是由于轴承内落入铁屑、砂粒等杂质而引起的。
声响强度较小，与转数没有联系。
应对轴承进行清洗，重新加脂或换油。
4、轴承发出连续而不规则的“沙沙”声，这种声音一般与轴承的内圈与轴配合过松或者外圈与轴承孔配合过松有关系。
声响强度较大时，应对轴承的配合关系进行检查，发现问题及时修理。
二、振动信号分析诊断轴承振动对轴承的损伤很敏感，例如剥落、压痕、锈蚀、裂纹、磨损等都会在轴承及振动测量中反映出来。
所以，通过采用特殊的轴承振动测量器（频率分析器等）可测量出振动的大小，通过频率分布可推断出异常的具体情况。
含有碰摩故障的多盘双转子系统动态特性(精)
离实际相差较远， 不能考虑系统中的诸多影响因 素． 对于双转子系统来讲， 由于具有两个不同转 速， 因此将会有两个由不平衡引起的激振源， 发生 碰摩时将会导致不同的振动特征． 文献［ ４－ ５ ］ 建 立双转子 － 轴承系统的有限元模型， 求解出其固 有频率和临界速度图． 文献［ ６－ ７ ］ 在扩展的传递 矩阵法程序基础上计算了双转子系统的临界转速 和振型， 并将实验结果和理论结果进行了对比． 对 于双转子系统碰摩问题的研究， 文献较少， 且大多 学者 将 系 统 简 化 为 质 点 系 统 来 进 行 研 究． 文献
２ １ ２ １ ２ ２ ２ １
（ ２ ）
２ ２ ＝ ２ （ ） ／ （ ） ； ， β ξ ω ξ ω ω ω ξ ξ ２ ２－ １ １ ２－ １ １ ２ 为阻尼系 数； ， ω ω １ ２ 为系统前两阶临界转速 ．
１ ２ ㊀碰摩力模型 图 ３为 碰 摩 力 模 型 示 意 图． 图 中 ｏ为 定 子 形心， ｏ 这里假设转静子在接触 １ 为 转 盘 形 心．
（ １ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌｏ ｆＭｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌＥ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ＆ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎＵ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ ，１ １ ０ ８ １ ９ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇＢ ｌ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐＭ ＆ＣＴ ｅ ｃ ｈ ．Ｃ ｏ ． ，Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ １ １ ０ ８ ６ ９ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ．Ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇａ ｕ ｔ ｈ ｏ ｒ ：Ｌ Ｉ Ｃ ｈ ａ ｏ ｆ ｅ ｎ ｇ ，Ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ：ｃ ｈ ｆ ｌ ｉ ＠ｍ ａ ｉ ｌ ． ｎ ｅ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ ）
《不对中和碰摩耦合故障下转子系统动力学分析》范文
《不对中和碰摩耦合故障下转子系统动力学分析》篇一一、引言转子系统是众多机械设备中的核心部分，其稳定性和动力学特性直接关系到设备的运行效率和安全性。
在实际运行中，转子系统常常会遇到不对中（Misalignment）和碰摩（Rubbing and Contact）等故障问题。
这些故障不仅会降低系统的运行效率，还可能引发严重的安全事故。
因此，对不对中和碰摩耦合故障下的转子系统动力学分析显得尤为重要。
本文旨在探讨不对中和碰摩耦合故障对转子系统动力学特性的影响，为实际工程应用提供理论支持。
二、不对中故障下的转子系统动力学分析不对中故障是转子系统中常见的故障之一，主要表现为转子轴线之间的角度偏差或平行度偏差。
这种偏差会导致转子系统产生额外的弯矩和剪切力，从而影响系统的动力学特性。
首先，我们建立不对中故障下转子系统的动力学模型。
通过引入不对中参数，描述了转子系统的运动方程。
然后，利用数值模拟方法，对不同不对中程度下的转子系统进行了动力学分析。
结果表明，随着不对中程度的增加，转子系统的振动幅度和频率都会明显增加，从而降低了系统的稳定性。
三、碰摩故障下的转子系统动力学分析碰摩故障是另一种常见的转子系统故障，主要表现为转子与定子之间的接触或摩擦。
这种接触或摩擦会导致转子系统产生局部高温、磨损甚至损坏。
在碰摩故障下，我们同样建立了转子系统的动力学模型。
通过引入碰摩力，描述了转子系统的运动方程。
通过数值模拟和实验验证，我们发现碰摩故障会导致转子系统的振动模式发生改变，产生高频振动和低频波动。
此外，碰摩还会导致转子系统的能量损失和效率降低。
四、不对中与碰摩耦合故障下的转子系统动力学分析在实际工程中，不对中与碰摩往往同时存在，形成耦合故障。
这种耦合故障对转子系统的动力学特性产生更为复杂的影响。
在不对中与碰摩耦合故障下，我们综合分析了两种故障对转子系统的影响。
通过建立更为复杂的动力学模型，描述了转子系统的运动方程。
结果表明，耦合故障会导致转子系统的振动更加剧烈，出现多种振动模式共存的现象。
水轮发电机组碰摩转子系统模型的周期解及数值分析
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合以上假设条件，定子和转子之间的摩擦力符合库仑摩擦力 0）；X''、X' 分别为对坐标的二阶微分、一阶微分 ；Y''、Y'、
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2023 NO.9（下） 中国新技术新产品
式中 ：cx0、cy0、cz0 以及 cw0 均为常数 ；cxk、cyk、czk 以及
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中国新技术新产品 2023 NO.9（下）
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Kutta 求解法在相同条件下得到的数值解如图 2（a）所示， Runge-Kutta 法相比，HB-AFT 法均能达到基本相同的计
二者的数据高度吻合，说明求解结果具有良好的可信度。 算精度，计算耗时也有明显降低。第三，当轴径间隙为
d xk d yk d zk dwk
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转子系统碰摩故障的理论与实验研究
式 中． 、 分别为碰 摩力 在 、， Ｆ Ｆ ｌ方向 的分 量 ； Ｆ 分 Ｆ 、
０ 前
言
别 为油膜力在 、 方向的分量 。 ｙ
性研摩的 者究均用 ｌｌ — 的问“前学研点利线 １【 ＿ ＋ ｝ 】 理究转混 热题。国 的重是非 论碰目沌 点 内 篓 子 ‘ ．＿ ＿ Ｉ Ｉ
分析结果保持基本一致， 所给出的结论可以作为碰摩转子故障诊断的依据。
关键词 ： 碰摩 ； 非线性 ； 混沌 ； 故障诊断
分类号 ：Ｈ１３ Ｔ １ 文献标识码 ： Ａ 文章 编号 ：０ １５ ８ （０７ Ｏ －０ ７０ １０ ・８ ４ ２ ０ １０３ －３ Ｊ
Ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｄＥ ｐ ｒ ｅ ｔｌ ｅｅｒｈｏ ｕ ａ ｌ ｏ ｏｏ ｙｔｍ ｈ ｏｅ ｃ ｎ ｘ ｅｉ ｎａ Ｒ ｓａｃ ｎＲ ｂ Ｆ ｕｔ ｆ ｔｒ ｓ ｔ ｍ Ｒ Ｓ ｅ
（ 空军雷达学院电子对抗 系， 武汉 ４０ １ ） ３０ ９
摘要 ： 针对发生全周碰摩故 障的转子 一短油膜轴承 系统 ， 从数值 仿 真和实验验证两 个方 面研 究 了碰摩转子 的非线 性特征和故障特征 。在理论 上运用 Ｒ ｎｅＫ ｔ ｕ ｇ． ｕｔ ａ方法对 运动方程 求取数值解 ， 通过周期分 岔图及 轴心轨迹 图研究 其非线性 特征 ； 在实验上通过对转子碰摩模型系统 的实验数据进行频谱分析研 究其故 障特征。数值仿真 和实验 的
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第４ ９卷 第 １ 期
２０ ０ ７年 ２月
汽
轮
机
技 术
Ｖｏ ． ９ Ｎｏ １ １４ ． Ｆ ｂ． ０ ７ ｅ ２０
Ｔ ＵＲＢ Ｎ Ｅ ＨＮＯＬ ＩＥＴ Ｃ ＯＧＹ
转子 系统碰摩故 障 的理论与实验研究
转子系统不对中-碰摩耦合故障的动力学特性
转子系统不对中-碰摩耦合故障的动力学特性刘杨;太兴宇;赵倩;闻邦椿【期刊名称】《东北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(034)004【摘要】针对由于轴承不对中而引起不对中-碰摩耦合故障的转子-轴承系统,建立了双盘不对中-碰摩耦合故障转子系统力学模型和有限元模型.基于非线性有限元方法,使用等效不对中力矩及接触理论研究了不同转速对系统动力学特性的影响.研究结果表明,不对中-碰摩耦合故障常常以碰摩故障特征为主,并且二倍频出现较早及其峰值会急速增大.进一步运用小波基函数对故障信号进行等宽频带的划分,通过对故障转子系统频域响应中二倍频峰值变化趋势的分析研究发现,可将二倍频比例值作为含有不对中故障转子系统故障严重程度的一个判断依据.【总页数】5页(P564-568)【作者】刘杨;太兴宇;赵倩;闻邦椿【作者单位】东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819;东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819;东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819;东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819【正文语种】中文【中图分类】TH11【相关文献】1.滑动轴承-转子系统不平衡-不对中-碰摩耦合故障动力学建模及响应信号分解 [J], 肖汉;周建中;肖剑;夏鑫;张炜博;付文龙2.不平衡-碰摩-不对中故障耦合作用下柔性转子-滚动轴承系统动力学分析与实验[J], 张俊红;马梁;马文朋;何振鹏;张桂昌3.滚动轴承转子系统不对中-碰摩耦合故障非线性动力学分析 [J], 甄满; 孙涛; 田拥胜; 张华良; 谭春青4.转子-滑动轴承系统不对中-碰摩耦合故障分析 [J], 刘杨;李炎臻;石拓;马辉;闻邦椿5.转子-滚动轴承系统不对中-碰摩耦合故障动力学分析 [J], 李兴阳;陈果因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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Ｊｎ ０ １ ｕ ｅ２ １
转 子一 承 系 统 的润 滑 与 碰 摩 特 性 分 析 ＊ 轴
杨 令 康 朱 汉 华 贺立 峰
（ 汉 理 工 大 学 能 源 与 动 力 工 程 学 院 武 汉 武 ４０６ ） ３０ ３
摘 要 ： 同时 考 虑 轴 承 油 膜 力 、 线 性 密 封 力 对 碰 摩 转 子 影 响 的 基 础 上 ， 立 了 多 因 素 耦 合 的 碰 摩 在 非 建
（ 为 右轴 承 的几何 中心 ． ） ３
响着 转子 的动力 学行 为＿ ， 以在研 究 转 子一 承 ６所 ］ 轴
系统 的碰 摩特 性 时 考 虑 系 统 密 封 力 的 作 用 ， 得 显 更 加 重要 ． 助非 线 性 动 力 学 的理 论 和 数 值 分 析 借 的方 法 ， 综合 国 内外转 子 碰摩 的研 究成 果 ， 同时 在 考 虑 轴承 非线 性 油 膜 力 、 摩 力 和 密 封 力 耦 合 作 碰
用 的 基 础 上 ， 立 了 轴 承 一 子 一 封 系 统 的 碰 摩 建 转 密 动力 学模 型 ， 析 系统 的非 线性 动 力学 特性 ． 分
收 稿 日期 ： ０ １ ０ — ７ ２ １－１１
图 １ 转 子 一 承 系 统 碰 摩 动力 学模 型 轴
杨 令 康 （９ １ ： ， 士 ， 要研 究 领 域 为 动 力 学 １ ８ 一）男 硕 主
比较 ｎ ． ］ 罗跃 纲等 构造 了具有 碰 摩 故 障转 子一 承 轴
系统 的动力 学模 型 ， 时 考 虑 转 轴非 线 性 弹性 力 同 和轴 承 油膜力 的共 同作 用 ， 系统 运 行 过 程 进 行 对 数值 仿 真分 析＿ ． ｕＦ 等 研究 了转 子一 承 系统 ２ Ｃｈ ． ］ 轴 发生 转定 子碰 摩 时 的振 动 特 性 ， 示 了系 统 进 入 揭
和 离 开 混 沌 的 路 径 ｌ ． ｈ ｎ Ｘ ａ ｙ ｏ 和 Ｊａ Ｊ ＿ Ｓ ｅ ｉｏ ａ ３ ］ ｉ ｉ —
ｕ ｏ ｇ等 对转 子 弯 曲 和 质 量 不 平 衡 时 的碰 摩 ｈｎ 进行 了研 究． 外 ， 子一 承 系 统 中密 封 力 也 影 另 转 轴
中心 ， ０２为 圆 盘 的几 何 中心 ， 为 圆盘 的质 心 ，
国家 自然 科 学 基 金 项 目资 助 （ 准 号 ： ０ ７ １ Ｚ 批 ５６５６）
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５ ６ ９ ・
武 汉 理 工 大 学 学报 （ 通 科 学 与 工 程 版 ） 交
２１年 ０１
第 ３ ５卷
１ １ 轴 承 油 膜 力 ．
轴 与定 子发生 碰摩 时 ， 不考 虑摩擦 产生 的热效 应．
第 ３ ５卷 第 ３ 期 ２１ ０ １年 ６月
武 汉理 工 大学 学报 （ 通科 学 与工 程 版） 交
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ Ｗ ｕ ａ ｉ ｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｏ ｈ ｎ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ ｏ ｃ ｎ ｌ ｇ （ ｒ ｎ ｐ ｒ ｔ ｎ Ｓ ｉ ｃ 乙 ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｔ ａ ｓ ｏ ｔ ｊ ｃ ｎ ｅ８ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ） ａｏ ｅ ｎ
轴 承油 膜 力 模 型 ． 中 ： ， 为 左 端 滑 动轴 承 其 厂 － 厂 作 用在 轴 颈上 的油 膜 力 ； ， ２为右 端 滑 动 轴 承 ｆ ｆ
作用 在 轴颈 上 的 油膜 力 ． 于船 舶 尾 轴 自身 的 重 由 力 和外 面悬 挂螺 旋 桨 的重 力 作 用 ， 得 右 轴 承 与 使 轴 颈 间的碰 摩现 象 经常 发生 ， 碰 摩 力 Ｐ ， 作 故 Ｐ 用在 右轴 承 处． 用 功 的互 等 定理 ， 密封激 振 力 利 将 Ｆ ， 效作 用在 右 轴承 处． 。 左轴 承 的几何 Ｆ 等 ０ 为
分 岔 、 摩 问 题 一 直 是 国 内 外 学 者 关 注 的 焦 点 问 碰
１ 动 力 学模 型和 运 动微 分 方 程
建 立 如 图 １ 示 的转 子 一 承 系 统 动 力 学 模 所 轴
型 ， 子 两 端 采 用滑 动 轴 承 支 承 ， 轴在 左 、 端 转 转 右 轴 承处 的集 中质量 分 别 为 ｍ 和 。 在 圆盘 处 的 ，
转 子 系 统 动 力 学 模 型 ． 转 子 系统 在 运 行 过 程 中 的非 线 性 碰 摩 行 为 进 行 了数 值 仿 真 ， 现 随 着 转 对 发
子 激励 频 率 的 增 加 ， 统 响 应 呈 现 出 周 期 运 动 和 拟 周 期 运 动 交 替 出现 ， 后 到 达 混 沌 运 动 及 其 演 系 最
等 效集 中质量 为 ， 圆盘 与 轴 承 之 间 为无 质 量 弹 性 轴 连接 ． 端采 用长 轴 承油膜 力 模 型 ， 短采用 短 右 左
题． 如袁 惠群 等 研 究 了 具 有 非 线 性 碰摩 力 的转 子 局部 碰摩 的分岔 与 混 沌 运 动 ， 与实 验 结 果 进 行 并
变 过程 ．
关 键 词 ： 子 系统 ； 摩 ； 线 性 ； 岔 ； 沌 转 碰 非 分 混
中 图 法 分 类 号 ： ２ ０３ ２ ＤＯＩ １ ． ９ ３ ） ｉｓ ． ０ ６２ ２ ． ０ １ ０ ． ３ ： ０ ３ ６ ／， ｓ ｎ １ ０ —８ ３ ２ １ ． ３ ０ ９ ．
大 型旋 转机 械 中转 子与 定子 之 间 的碰摩 是 一 种严 重 的故 障 现象． 船舶 轴 系 的在运 行过 程 中 ， 受 到来 自柴油 机 和船体 外 部 的螺旋 桨 的周 期激 励 作 用， 另外 由于船 舶尾 轴 自身 的重力 作 用 ， 得 尾轴 使 的运行 工况 复 杂 ， 承 与 轴 颈 之 间 的碰 撞 与摩 擦 轴 更是 常见 的现象 ． 于油 膜震 荡 引起 的转 子 失稳 、 对