轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷

轉(zhuǎn)子摩擦故障診斷②轉(zhuǎn)子內(nèi)部發(fā)生的內(nèi)摩擦故障。內(nèi)摩擦又可分為兩種類型:一類是轉(zhuǎn)軸材料彈性滯后產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力激發(fā)轉(zhuǎn)子渦動(dòng);另一類是軸上配合零件與軸在彎曲時(shí)產(chǎn)生的摩擦以及齒式聯(lián)軸節(jié)的齒套與齒殼之間的軸向滑動(dòng)摩擦，這種摩擦同樣也會(huì)激勵(lì)轉(zhuǎn)子渦動(dòng)。內(nèi)摩擦力對(duì)于具有足夠大阻尼的轉(zhuǎn)子并不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題，但是對(duì)于柔性較好的高速轉(zhuǎn)子，在某些情況下可能會(huì)引起轉(zhuǎn)子的自激振動(dòng)。23.4.1干靡擦故障的機(jī)理和特征轉(zhuǎn)子與靜子之間發(fā)生的干摩擦有輕重之分。輕摩擦，如轉(zhuǎn)子與迷宮密封齒之間的摩擦、軸頸與軸承表面巴氏合金之間的輕微摩擦屬于表面擦傷，由于摩擦力不大，并不影響轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)特性，也不會(huì)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)子振動(dòng)，機(jī)器未停車拆檢之前往往沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。重摩擦，是指轉(zhuǎn)子與靜止部件之間發(fā)生碰撞摩擦，產(chǎn)生較大的摩擦力，有時(shí)甚至發(fā)生360的整周接觸摩擦，顯然這種摩擦就會(huì)引起轉(zhuǎn)子很大振動(dòng)，并且對(duì)機(jī)器零部件帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p傷。在摩擦故障的診斷中，局部碰擦和整周接觸摩擦的故障特征是不同的，利用振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行診斷是常用的方法:3（1）局部碰摩的故障特征局部碰摩是指轉(zhuǎn)子在進(jìn)動(dòng)過(guò)程中與靜止部件發(fā)生問(wèn)歇性的、局部性的碰撞摩擦。反向進(jìn)動(dòng)模型：當(dāng)轉(zhuǎn)子與靜子在A點(diǎn)發(fā)生旋轉(zhuǎn)摩擦?xí)r，轉(zhuǎn)子給靜子壁面一個(gè)摩擦力Fa，而靜子以反作用力Fa’作用于轉(zhuǎn)子上。如果把力Fa’平移至轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心O’,即在O’點(diǎn)上加相等相反的力F’和F,則F’的作用是促使轉(zhuǎn)子以旋轉(zhuǎn)的相反方向進(jìn)動(dòng)(反進(jìn)動(dòng))，而F與Fa’組成了一個(gè)力偶，阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，因而多消耗了轉(zhuǎn)子的驅(qū)動(dòng)功率。4事實(shí)上，轉(zhuǎn)子與靜子發(fā)生碰撞摩擦的振動(dòng)特性還要復(fù)雜，已有不少學(xué)者進(jìn)行了研究。從機(jī)理上分析，轉(zhuǎn)子發(fā)生碰摩時(shí)存在如圖所示的幾種力:N—正壓力.此力決定摩擦力的大小;P—反彈力，由于靜子的彈性變形而施加于轉(zhuǎn)子上的反作用力，K—附加彈性力，由于碰摩時(shí)轉(zhuǎn)子剛度變化而作用于轉(zhuǎn)子上的力;F—摩擦力，F(xiàn)=uN,u為摩擦因數(shù)。5如果轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn).僅由渦動(dòng)角速度Ω引起轉(zhuǎn)子與靜子直接接觸的力是不大的。但是當(dāng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生碰摩，作用于轉(zhuǎn)子上的反彈力和摩擦力均很大。碰摩后的瞬間，轉(zhuǎn)子表現(xiàn)為橫向自由振動(dòng)，振動(dòng)頻率為一階或多階轉(zhuǎn)子自振頻率。橫向自由振動(dòng)響應(yīng)與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、強(qiáng)迫進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)疊加在一起，形成一種復(fù)雜的轉(zhuǎn)子振動(dòng)形態(tài)。轉(zhuǎn)子與靜子碰摩時(shí)，大部分情況下轉(zhuǎn)子作前向進(jìn)動(dòng)。反彈力P和切向摩擦力F的大小，主要受轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量的影響。這些力在轉(zhuǎn)子渦動(dòng)周期內(nèi)，按其接觸圓弧大小發(fā)生變化，因而轉(zhuǎn)子振動(dòng)情況也在變化。轉(zhuǎn)子碰摩后發(fā)生轉(zhuǎn)速波動(dòng)，波動(dòng)幅度大小取決于摩擦轉(zhuǎn)矩的大小，碰摩瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩增大，轉(zhuǎn)速瞬間下降，摩擦轉(zhuǎn)矩消失階段，又會(huì)發(fā)生短暫時(shí)間的轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)振動(dòng)轉(zhuǎn)子發(fā)生碰摩時(shí)相當(dāng)于在碰摩點(diǎn)處增加了一個(gè)支承，改變了轉(zhuǎn)子的剛度。轉(zhuǎn)子與靜子不斷發(fā)生局部摩擦，剛度在接觸(剛度變大)與非接觸(剛度變小)兩種情況之間發(fā)生變化，剛度變化的頻率就是轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)頻率，這種周期性變化的剛度使得轉(zhuǎn)子自由振動(dòng)變?yōu)椴环€(wěn)定。6發(fā)生局部碰摩時(shí)，接觸力和轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)之間為非線性關(guān)系，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生次諧波和高次諧波振動(dòng)響應(yīng)。在次諧波響應(yīng)中，對(duì)稱型的非線性振動(dòng)產(chǎn)生奇次諧波響應(yīng)，不對(duì)稱型的非線性振動(dòng)產(chǎn)生偶次諧波響應(yīng)。局部碰摩一般是不對(duì)稱的非線性振動(dòng)，因此多數(shù)情況下是產(chǎn)生轉(zhuǎn)速頻率的1/2次諧波響應(yīng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速高于轉(zhuǎn)子一階自振頻率的二倍時(shí)，就會(huì)激起1/2次諧波共振。但是，轉(zhuǎn)子實(shí)際碰摩情況比較復(fù)雜，既有對(duì)稱型又有不對(duì)稱型的非線性振動(dòng)，因此在轉(zhuǎn)子的振動(dòng)響應(yīng)中，既有轉(zhuǎn)速頻率成分ω和2ω，3ω…..一些高次諧波成分，又有的低次諧波成分ω/i(i=2,3,4,…)。在低次諧波中，重摩擦?xí)r，i=2;輕摩擦?xí)r，隨著轉(zhuǎn)速升高，出現(xiàn)i=2或3，4，5，…各個(gè)低次諧波。某一轉(zhuǎn)速下i值的大小，取決于轉(zhuǎn)速頻率與轉(zhuǎn)子在碰摩狀態(tài)下的一階自振頻率比值，當(dāng)轉(zhuǎn)速頻率為一階自振頻率的i倍時(shí)，就將激起ω/i的次諧波共振。次諧波共振的幅值大小取決于轉(zhuǎn)子的不平衡力、阻尼、外載荷大小、摩擦副的幾何形狀以及材料特性等因素，在阻尼足夠高的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中，也可能完全不出現(xiàn)次諧波振動(dòng)。78圖(a),(b)分別表示輕摩擦轉(zhuǎn)子與重摩擦轉(zhuǎn)子的三坐標(biāo)圖和軸心軌跡。圖(a)為輕摩擦轉(zhuǎn)子，頻譜中除了出現(xiàn)工頻ω和2ω，3ω的高次諧波成分之外，在不同轉(zhuǎn)速下出現(xiàn)ω/2或ω/3，ω/4，ω/5的低次諧波成分。隨著轉(zhuǎn)速的升高，次諧波的階次由高變低，某一轉(zhuǎn)速下出現(xiàn)的次諧波在圖中橫坐標(biāo)上對(duì)應(yīng)的頻率，實(shí)際上就是轉(zhuǎn)子在該狀態(tài)下的一階自振頻率。圖(b)為重摩擦轉(zhuǎn)子，隨著轉(zhuǎn)速升高，頻譜中明顯地顯示出ω/2諧波成分，以及ω/2和ω的高次諧波成分。另外，從軸心軌跡上觀察，所有次諧波成分的軌跡圖都是向左上方傾斜的:對(duì)次諧波進(jìn)行相位分析，垂直和水平方向上的相位差為1809（2）摩擦接觸弧增大時(shí)的故障特征當(dāng)離心壓縮機(jī)發(fā)生喘振、軸承油膜振蕩等大振動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子處于完全失穩(wěn)狀態(tài)，轉(zhuǎn)子在軸承、密封等處表面作大面積摩擦，甚至發(fā)生整周摩擦，產(chǎn)生很大的摩擦力。在整周摩擦?xí)r。高的摩擦力可使轉(zhuǎn)子由正向渦動(dòng)變?yōu)榉聪驕u動(dòng)。轉(zhuǎn)子發(fā)生重摩擦，且摩擦接觸弧較大時(shí)，在波形圖上就會(huì)產(chǎn)生單邊波峰“削波”現(xiàn)象，這時(shí)將在頻譜上出現(xiàn)渦動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)速頻率的和差頻率成分，即產(chǎn)生的頻率成分另外，由于轉(zhuǎn)子振動(dòng)進(jìn)入了非線性區(qū)，因而在頻譜上還會(huì)出現(xiàn)幅值升高了的高次諧波。從實(shí)驗(yàn)研究中得到如下幾點(diǎn)結(jié)論。10①在剛開(kāi)始發(fā)生摩擦接觸情況下.由于轉(zhuǎn)子不平衡，轉(zhuǎn)速頻率成分幅值較高。高次諧波中第二、第三次諧波一般并不太高。第二次諧波幅值必定大于第三次諧波。隨著轉(zhuǎn)子摩擦接觸弧的增加，由于摩擦起到附加支承作用，轉(zhuǎn)速頻率幅值有所下降，第二，第三次諧波幅值由于附加的非線性作用而有明顯增大。②轉(zhuǎn)子在超過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，如果發(fā)生360全摩擦接觸，將會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的摩擦切向力，此力可引起轉(zhuǎn)子的完全失穩(wěn):在轉(zhuǎn)子的振動(dòng)響應(yīng)中將含有幅值很高的次諧波成分，該成分一般為轉(zhuǎn)子發(fā)生摩擦?xí)r的一階自振頻率(注意轉(zhuǎn)子發(fā)生摩擦?xí)r相當(dāng)于增加了一個(gè)支承。使自振頻率升高)。除此之外，還會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)速頻率與振動(dòng)頻率之間的和差頻率成分「例如.重摩擦?xí)r頻譜圖上可出現(xiàn)以半頻0.5ω為主的主頻，還有半頻與工頻組成的和差組合頻率1.5ω、2ω、2.5ω…….等成分]。11③利用雙蹤示波器觀察轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)方向，如果出現(xiàn)由正向進(jìn)動(dòng)變?yōu)榉聪蜻M(jìn)動(dòng)，那就表示轉(zhuǎn)子發(fā)生了全摩擦接觸。④軸心軌跡形狀，較輕的局部碰摩，軸心軌跡出現(xiàn)小圓環(huán)內(nèi)圈。隨著碰摩程度的增加，內(nèi)圈小圓環(huán)數(shù)增多，旦形狀變化不定。軌跡圖上鍵相位的位置不穩(wěn)定，出現(xiàn)快速跳動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)生整周摩擦?xí)r，軸心軌跡形狀像花瓣形，鍵相位信號(hào)數(shù)目不變。在重摩擦轉(zhuǎn)子中，往往出現(xiàn)ω/2的頻率成分，其軸心軌跡形狀為“8”字形。12(3)摩擦產(chǎn)生轉(zhuǎn)子熱彎曲一些大型的撓性轉(zhuǎn)子，發(fā)生摩擦后產(chǎn)生轉(zhuǎn)子熱彎曲變形，變形后將形成新的不平衡。發(fā)生摩擦的轉(zhuǎn)速不同。碰磨點(diǎn)的位置不同.熱彎曲后形成的不平衡情況也是不同的。如在臨界轉(zhuǎn)速以下發(fā)生碰摩。因?yàn)檎駝?dòng)位移方向滯后于原始不平衡力方向的相位角小于90，碰摩點(diǎn)的方位接近原始不平衡方位.熱彎曲后加劇轉(zhuǎn)子的不平衡量，產(chǎn)生更大的碰靡力，由此形成惡性循環(huán)。如果在臨界轉(zhuǎn)速以上發(fā)生碰摩，因?yàn)檎駝?dòng)位移與原始不平衡力之間的相位角大于90，碰摩方位靠近原始不平衡方位的反方向，熱彎曲后可部分抵消轉(zhuǎn)子的不平衡量，可能會(huì)改善轉(zhuǎn)子的振動(dòng)情況，但是實(shí)際熱彎曲情況是要根據(jù)轉(zhuǎn)子的振型和碰摩點(diǎn)的位置而定。大部分撓性轉(zhuǎn)子升速時(shí)，在臨界轉(zhuǎn)速點(diǎn)附近最易發(fā)生碰摩。轉(zhuǎn)子到達(dá)工作轉(zhuǎn)速后可能已脫離了碰摩，但是升速階段碰摩時(shí)所產(chǎn)生的滯后彎曲變形并不會(huì)消失，將在降速過(guò)程中反映出來(lái)。因此一些發(fā)生碰摩的轉(zhuǎn)子，在降速停機(jī)經(jīng)過(guò)臨界轉(zhuǎn)速點(diǎn)時(shí)的振幅要大于升速經(jīng)過(guò)臨界點(diǎn)時(shí)的振幅。如果出現(xiàn)這種情況，需要停機(jī)后對(duì)轉(zhuǎn)子作較長(zhǎng)時(shí)間的盤車，以消除熱彎曲變形。13轉(zhuǎn)子碰摩后的熱彎曲變形將引起轉(zhuǎn)子的振動(dòng)矢量變化。如圖所示，轉(zhuǎn)子原始不平衡引起的振動(dòng)矢量為Ac,摩擦接觸點(diǎn)滯后原始不平衡點(diǎn)，由摩擦熱彎曲變形引起的振動(dòng)矢量為At，其合成矢量Am可作為新的不平衡矢量。隨著摩擦的繼續(xù)，摩擦的滯后角不變，摩擦熱彎曲變形引起的振動(dòng)矢量由At，變?yōu)锳t’，其合成矢量變?yōu)锳m’，這樣反映在轉(zhuǎn)子上的振幅和相位均會(huì)隨時(shí)間變化，振動(dòng)矢量的旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反。143.4.2轉(zhuǎn)子內(nèi)摩擦引起失穩(wěn)的機(jī)理轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用使軸彎曲，彎曲的結(jié)果是軸外側(cè)部分材料纖維受拉伸，內(nèi)側(cè)部分受壓縮。如果軸的轉(zhuǎn)速ω與渦動(dòng)速度Ω相等時(shí)，則拉伸部分材料纖維永遠(yuǎn)為拉伸，壓縮部分永遠(yuǎn)為壓縮;如果，則轉(zhuǎn)軸上各段纖維依次受到交變拉伸和壓縮，如圖a所示。(1)轉(zhuǎn)軸材料彈性滯后引起的不穩(wěn)定振動(dòng)15因?yàn)閷?shí)際材料不具有完全彈性性質(zhì)，材料在卸載時(shí)某一應(yīng)變的彈性力總是小于加載時(shí)同一應(yīng)變下的彈性力，即應(yīng)力、應(yīng)變的加載曲線位于卸載曲線之上，構(gòu)成一條滯遲回線，如圖b所示。因此，材料在加載時(shí)作的功大于卸載時(shí)釋放的功，這部分耗散的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，回線所圍面積即為耗散能。16研究一垂直轉(zhuǎn)軸(這樣可不考慮轉(zhuǎn)子自重影響)，軸中間裝一圓盤，當(dāng)軸撓曲渦動(dòng)時(shí)，質(zhì)心S將圍繞旋轉(zhuǎn)中心O進(jìn)行渦動(dòng)。取軸的一個(gè)截面，軸渦動(dòng)的某瞬間位置如圖（c)所示。17從截面上看，軸如果作順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，渦動(dòng)方向也是順時(shí)針的，在圖示這個(gè)位置上，斷面中性線A-A以上的材料受到拉伸，A-A以下的材料受到壓縮，因此A-A為應(yīng)變中性線。假定軸旋轉(zhuǎn)時(shí)ω>Ω，軸載面上受拉伸點(diǎn)P1(以“+”號(hào)表示拉伸)將逐漸進(jìn)入到壓縮區(qū)，壓縮點(diǎn)P3〔以“-”號(hào)表示壓縮)將逐漸進(jìn)入到拉伸區(qū)，圖中P1->P2->P3是纖維的縮短過(guò)程，P3->P2->P1是纖維的伸長(zhǎng)過(guò)程。根據(jù)材料彈性滯后性質(zhì)，圖(b)的回線下半部表示纖維的縮短過(guò)程，在P1和P2之間經(jīng)過(guò)無(wú)應(yīng)力點(diǎn)Q1(σ=0);回線上半部表示纖維的伸長(zhǎng)過(guò)程，在P3和P4之間經(jīng)過(guò)無(wú)應(yīng)力點(diǎn)Q2，因此Q1Q2為σ=0的應(yīng)力中性線。由此可見(jiàn)，由于材料的彈性滯后，軸截面上的應(yīng)力中性線與應(yīng)變中性線不重合，傾斜一個(gè)角度φ。應(yīng)力中性線的上半側(cè)為拉伸應(yīng)力(以“+”號(hào)表示)，下半側(cè)為壓縮應(yīng)力(以“-”號(hào)表示)，其合力F垂直應(yīng)力中性線，從拉伸側(cè)指向壓縮側(cè)。如把F力分解為與轉(zhuǎn)子位移垂直的分量Fu和位移相反方向的分量Fr，則Fr指向渦動(dòng)中心O，即為彈性恢復(fù)力，而Fu與渦動(dòng)方向一致，它將加劇轉(zhuǎn)子渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)，引起轉(zhuǎn)子失穩(wěn)。18轉(zhuǎn)軸彎曲所形成的渦動(dòng)激振力Fu是由轉(zhuǎn)子本身旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的，使輸人轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的能量增加，這種由運(yùn)動(dòng)本身產(chǎn)生并提供能量的振動(dòng)就是自激振動(dòng)。力Fu是與轉(zhuǎn)子彎曲情況相配合的，轉(zhuǎn)子的彎曲次數(shù)即為Fu出現(xiàn)的次數(shù)，轉(zhuǎn)子按其彈性線彎曲的振動(dòng)頻率即為自振頗率。因此，由材料彈性滯后所引起的振動(dòng)頻率就是軸系的自振頻率，通常為轉(zhuǎn)子的一階自振頻率。從上面分析中看出，只有ω>Ω時(shí)，轉(zhuǎn)子才會(huì)形成自激，因此材料彈性滯后產(chǎn)生的自激振動(dòng)多發(fā)生在撓性轉(zhuǎn)子中。如果ω<Ω則P1->P2->P3是纖維的縮短過(guò)程，P3->P2->P1是纖維的伸長(zhǎng)過(guò)程，與彈性滯遲回線對(duì)應(yīng)，可得到應(yīng)力中性線是在圖—69(C)中的第2、4象限，合力F仍是從拉伸側(cè)指向壓縮側(cè)，則分力與渦動(dòng)方向相反，起到對(duì)渦動(dòng)的阻尼作用。19(2)軸上零件滑動(dòng)摩擦引起的不穩(wěn)定振動(dòng)轉(zhuǎn)子上的葉輪輪轂、軸套、密封襯套、平衡盤等配合件與軸進(jìn)行縮配后，如配合力不足，軸在作弓狀回轉(zhuǎn)期間，由于配合件的剛性大于轉(zhuǎn)軸剛性，配合件與軸之間將發(fā)生滑動(dòng)摩擦，摩擦力是反抗軸的彎曲，如圖（a）所示。圖(b)為軸在配合處的一個(gè)截面，S為質(zhì)量中心，O為渦動(dòng)中心。20轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于軸的彎曲，A1點(diǎn)的纖維伸長(zhǎng)量為最大，A3點(diǎn)的纖維收縮量為最大。當(dāng)ω>Ω時(shí)，A1點(diǎn)的纖維經(jīng)過(guò)A1->A2->A3向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，軸上纖維逐漸收縮，但輪轂等配合件剛性較大，很難收縮，纖維就向輪轂中間滑動(dòng)，在輪轂上產(chǎn)生一個(gè)向內(nèi)收縮的摩擦力(圖中以“-”號(hào)表示)；與此同時(shí)，軸上A3點(diǎn)的纖維經(jīng)過(guò)向外側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，纖維逐漸伸長(zhǎng)，與輪轂相對(duì)滑動(dòng)的結(jié)果是在輪轂上產(chǎn)生一個(gè)向外伸長(zhǎng)的摩擦力(圖中以“+”號(hào)表示)。這樣，輪毅對(duì)軸的摩擦力從“+”指向“-”，抵抗軸的彎曲，合力F作用在轉(zhuǎn)子質(zhì)量中心S上，其方向與渦動(dòng)方間一致，加大轉(zhuǎn)子的渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)，成為一個(gè)引起轉(zhuǎn)子不穩(wěn)定的激振力。經(jīng)試驗(yàn)研究后認(rèn)為，在通常情況下，配合件上的摩擦作用所引起的激振力遠(yuǎn)大于軸材料內(nèi)摩擦作用引起的激振力，因此必須重視這一因素引起的自激振動(dòng)。21(3)齒式聯(lián)軸節(jié)摩擦引起的不穩(wěn)定振動(dòng)采用齒式聯(lián)軸節(jié)的轉(zhuǎn)子，在工作狀態(tài)下存在一定程度的角度不對(duì)中。轉(zhuǎn)子在進(jìn)動(dòng)時(shí)，如ω>Ω，齒殼與齒套之間的相對(duì)滑動(dòng)具有加劇轉(zhuǎn)子渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)的趨向。22如圖(a)所示，聯(lián)軸節(jié)嚙合部分上半側(cè)因兩半聯(lián)軸節(jié)逐漸拉開(kāi)，齒嚙合長(zhǎng)度減少;下半側(cè)因兩半聯(lián)軸節(jié)逐漸靠近，齒嚙合長(zhǎng)度增加，這樣就在齒面上產(chǎn)生摩擦力。如圖(b)所示，齒殼中某一齒沿方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒向齒套內(nèi)滑動(dòng)，齒套對(duì)齒殼產(chǎn)生一個(gè)軸向壓縮的摩擦力〔圖中以“一”號(hào)表示);當(dāng)齒殼點(diǎn)上的齒沿方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒向齒套外滑動(dòng)，齒套對(duì)齒殼的摩擦力是軸向拉伸的(圖中以“+”號(hào)表示)。這樣，在聯(lián)軸節(jié)中心S點(diǎn)上，形成一個(gè)從A1A3線右側(cè)(軸向拉伸)指向左側(cè)(軸向壓縮)的合力F，力F與轉(zhuǎn)子的進(jìn)動(dòng)方向一致，推動(dòng)轉(zhuǎn)子作圓錐形的渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)。這個(gè)渦動(dòng)激振力有時(shí)可能會(huì)引起高速轉(zhuǎn)子的自激振動(dòng)，美國(guó)早期的某些航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子曾經(jīng)發(fā)生過(guò)這種類型的振動(dòng)問(wèn)題。23(4)防止滑動(dòng)摩擦激振的方法縮短配合輪子的輪毅長(zhǎng)度，如圖(a)所示。對(duì)于較長(zhǎng)的葉輪輪毅或配合軸套要作內(nèi)部根切，以減小滑動(dòng)摩擦面，如圖(b)所示。將配合處的軸段加粗，以增加這部分軸的剛性，如圖(c)所示。適當(dāng)加大公盈量，使零件與軸的配合越緊越好。如有可能，把軸套與軸做成一體，這樣既增加軸的剛性，又避免配合面在高轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)生彎曲滑動(dòng)。243.5浮動(dòng)環(huán)密封故障診斷253.5浮動(dòng)環(huán)密封故障診斷高速、高壓的離心式壓縮機(jī)為了防止氣體向外泄漏，很多轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)采用浮動(dòng)環(huán)密封。浮動(dòng)環(huán)密封的特點(diǎn)是：在浮動(dòng)環(huán)和轉(zhuǎn)軸之間注入密封液體密封液的壓力略高于壓縮機(jī)內(nèi)需要防止泄漏氣體的壓力。由于浮動(dòng)環(huán)與轉(zhuǎn)軸之間的間隙很小(一般比滑動(dòng)軸承的間隙還要小)，密封液體在間隙內(nèi)形成很大的流動(dòng)阻力，因而有效地阻止了高壓氣體向外泄漏。浮動(dòng)環(huán)在工作時(shí)只浮不轉(zhuǎn)，浮動(dòng)環(huán)密封的典型結(jié)構(gòu)如圖所示圖浮動(dòng)環(huán)密封結(jié)構(gòu)1—密封殼體；2—防轉(zhuǎn)銷盯；3—浮動(dòng)環(huán)；4—O形圈；5—間隔環(huán)；6—轉(zhuǎn)軸26浮動(dòng)環(huán)上的受力情況如圖所示。作用在浮動(dòng)環(huán)上的力有；浮動(dòng)力F(ε)、端面摩擦力Ff和浮動(dòng)環(huán)的重力G。浮動(dòng)力F(ε)是浮動(dòng)環(huán)上液膜壓力的合力，它是相對(duì)偏心率ε的函數(shù)。浮動(dòng)環(huán)正常工作時(shí)其力的平衡條件為：F(ε)=Ff+G即浮動(dòng)力必須克服環(huán)的端面摩擦力和環(huán)的重力后才能使環(huán)產(chǎn)生浮動(dòng)作用27但是在很多情況下，由于熱膨脹等原因，在浮動(dòng)環(huán)與密封殼體之間產(chǎn)生過(guò)大的端面摩擦力，浮動(dòng)環(huán)不能正常浮動(dòng)，卡死后的浮動(dòng)環(huán)就變成了一個(gè)徑向間隙很小的圓柱軸承，容易發(fā)生油膜不穩(wěn)定形式的軸振動(dòng)。當(dāng)浮動(dòng)環(huán)上的端面摩擦力Ff過(guò)大時(shí)，相應(yīng)的浮動(dòng)力F(ε)也必須隨之增大，但是F(ε)是與浮動(dòng)環(huán)和軸之間的相對(duì)偏心率ε有關(guān)，F(xiàn)(ε)增大時(shí)，ε也增大。浮動(dòng)環(huán)與轉(zhuǎn)軸之間的最小間隙變得更小，如果浮動(dòng)環(huán)一旦卡住不動(dòng)，而軸的振動(dòng)基本上由轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的動(dòng)力特性所控制，因此，失去了浮動(dòng)能力的浮動(dòng)環(huán)很容易發(fā)生浮動(dòng)環(huán)內(nèi)壁與轉(zhuǎn)軸之間的碰撞摩擦，使轉(zhuǎn)子表現(xiàn)出摩擦故障的特征。28另外，從圖上可以看出，浮動(dòng)環(huán)上的浮動(dòng)力F(ε)，可以分解為一個(gè)徑向力Fr,和一個(gè)切向力Ft，切向力Ft是作用在浮動(dòng)環(huán)上的一個(gè)力矩，該力矩欲驅(qū)動(dòng)浮動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)浮動(dòng)環(huán)一旦不能正常浮動(dòng)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)浮動(dòng)環(huán)的摩擦力矩和密封液體動(dòng)壓力產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩聯(lián)合作用，可能會(huì)折斷防轉(zhuǎn)銷釘。防轉(zhuǎn)銷釘一旦被折斷，浮動(dòng)環(huán)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的浮動(dòng)環(huán)并不能產(chǎn)生液體動(dòng)壓力把浮動(dòng)環(huán)浮起，不能形成穩(wěn)定的液膜密封，這不僅會(huì)產(chǎn)生高壓氣體的大量泄漏，而且浮動(dòng)環(huán)隨著軸的旋轉(zhuǎn)，時(shí)而發(fā)生相對(duì)摩擦，引起摩擦振動(dòng)，時(shí)而被轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)，給轉(zhuǎn)子帶來(lái)附加離心力，引起不平衡振動(dòng)。29浮動(dòng)環(huán)密封產(chǎn)生的故障振動(dòng)特征3031轉(zhuǎn)子摩擦軸徑和滑動(dòng)軸承鎢金干摩電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子與定子接觸葉輪與擴(kuò)壓器口接觸汽輪機(jī)動(dòng)葉片與靜葉片接觸嚴(yán)重摩擦輕微摩擦軸與汽封摩擦聯(lián)軸器罩