滑動軸承就是通常說的平面軸承,其形式簡單,接觸面積大,如果潤滑保持良好,抗磨性能會很好,軸承壽命也會很長。滑動軸承的承載能力大,回轉(zhuǎn)精度高,潤滑膜具有抗沖擊作用。因此在工程上獲得廣泛的應(yīng)用。
滑動軸承根據(jù)承受載荷的方向不同可分為:推力滑動軸承和徑向滑動軸承;根據(jù)潤滑油膜形成原理不同分為:動壓滑動軸承和靜壓滑動軸承;根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同可分為:整體式滑動軸承剖分滑動軸承
1. 滑動軸承故障形成原因
滑動軸承故障形成原因主要有軸瓦設(shè)計、安裝不當(dāng);
超速、超載運(yùn)行或在潤滑油中含有雜質(zhì);在高溫、高速、高載荷的運(yùn)行情況下,軸頸與軸瓦材料發(fā)生熱膨脹,軸承間隙消失,金屬之間直接接觸;
在交變載荷的作用下,軸承表面產(chǎn)生往復(fù)作用的拉應(yīng)力、壓應(yīng)力以及剪切應(yīng)力,從而在軸承表面產(chǎn)生細(xì)微裂紋,在不斷的運(yùn)行狀態(tài)下,最后形成疲勞破壞;
在較大振幅下長期運(yùn)行造成的脫胎;聯(lián)軸器不對中、運(yùn)行操作不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻拇瓮讲环(wěn)定等等。
2. 滑動軸承振動故障類型
滑動軸承有多種故障,其中包括軸瓦配合間隙過大,油膜渦動和油膜振蕩、摩擦,以及常見的軸瓦磨損、燒瓦、疲勞產(chǎn)生的脫胎裂紋等故障。
3. 滑動軸承故障振動機(jī)理
引起滑動軸承振動的原因很多,大部分都是由于其它機(jī)械問題引起,如轉(zhuǎn)子不平衡、不對中、剛度問題等,在此不再重復(fù)敘述,滑動軸承本身引起的振動,主要由配合間隙不當(dāng)造成的剛度降低,以及設(shè)計、安裝不當(dāng)引起的油膜問題。
油膜渦動—油膜的楔形按油的平均流速帶動軸繞軸瓦中心運(yùn)動的現(xiàn)象稱為油膜渦動 ,因其平均速度為軸頸圓周速度的一半,故又稱為半速渦動。
如果軸頸受到的渦動力小于油膜阻尼力,則軸心渦動所形成的軸心軌跡是收斂的,渦動會減;如果渦動力等于油膜阻尼力,則軸心軌跡不再擴(kuò)大并成為封閉圖形,渦動是穩(wěn)定的;如果渦動力超過阻尼力,則軸心軌跡是發(fā)散的,渦動是不穩(wěn)定的。
渦動的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同時,為正進(jìn)動;反之,為反進(jìn)動。
理論推算表明,油膜渦動的旋轉(zhuǎn)頻率Ω等于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率ω的一半,即Ω=ω/2,因此油膜渦動理論上又稱為半速渦動。實(shí)際中,油膜渦動的振動頻率約為0.42~0.48轉(zhuǎn)速頻率,即Ω=(0.42~0.48)ω。
油膜振蕩—伴隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率ω(即轉(zhuǎn)速n)的不斷上升,油膜渦動的渦動頻率Ω也不斷上升,當(dāng)轉(zhuǎn)速n上升到轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速 nk1的二倍附近時,也就是說當(dāng)油膜渦動的頻率等于轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的固有頻率時,即Ω=ωk1時,轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)將發(fā)生強(qiáng)烈的共振,這就是所說的油膜振蕩。
油膜振蕩發(fā)生后,即使轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升,但渦動頻率卻不再按渦動比(Ω/ω)不變的規(guī)律上升,仍為ωk1 ,也就是緊緊地咬住轉(zhuǎn)子的固有頻率—第一臨界轉(zhuǎn)速—不再改變。
油膜渦動及油膜振蕩是一種自激振動,也就是說,維持振動的能量是由轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)(含潤滑油)在自身旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的,它可以不斷地提供極大的能量,而與外界無關(guān)。
所以,油膜振蕩還具有嚴(yán)重性、突發(fā)性、有時會發(fā)出間斷吼叫聲等特點(diǎn)。
對于大機(jī)組使用較多的可傾瓦軸承,理論計算表明,在忽略瓦塊質(zhì)量和支點(diǎn)摩擦力的情況下,可傾瓦軸承的交叉剛度為零,不可能產(chǎn)生油膜渦動及油膜振蕩。
因?yàn)槠渫邏K可以自由搖擺,油膜力能自動調(diào)整到通過軸心,從而與載荷共線,消除了切向油膜分力,從根本上鏟除了渦動的推動力。
但是,由于在實(shí)際使用中往往會出現(xiàn)某些與設(shè)計條件不符的情況,如支點(diǎn)有摩擦力、軸承緊力不當(dāng)、潤滑油粘度過大等等,所以可傾瓦軸承也有可能發(fā)生油膜振蕩。
至于其它類型的軸承,如圓筒瓦、橢圓瓦、多油楔、多油葉等軸承,只要是屬于高速輕載,都有可能發(fā)生油膜渦動及油膜振蕩。
4. 滑動軸承振動故障診斷
振動與滑動軸承自身有關(guān)的因素主要時間隙振動、高參數(shù)設(shè)備碰磨引起的熱不平衡和油膜引起的不穩(wěn)定性問題,其它一些振動幾乎都是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的激勵在軸承座上的響應(yīng),可參考平臺內(nèi)其它機(jī)械故障診斷方法。
而關(guān)于脫胎、裂紋以及低參數(shù)普通設(shè)備碰磨等故障,在振動上反應(yīng)并不敏感,而油液分析常能取得較好 的效果。
(1)當(dāng)軸瓦工作不良或有摩擦跡象時,可能在振動上并無明顯反應(yīng),但其軸瓦溫度會有明顯升高,可以觀察就地溫度表、冷卻水溫度及油溫的變化情況,以及觀察潤滑油的色澤變化情況。
(2)當(dāng)振動是由軸承頂間隙裝配過大或松動引起時,垂直方向的振動將明顯增大,與水平振幅之比縮小,接近甚至超過水平振幅。振動一般只在該軸承上表現(xiàn)比較明顯。
(3)如果設(shè)備裝有非接觸式傳感器測量軸振,軸承磨損通常伴隨有直流間隙 壓的顯著增長,指示軸承相對于傳感器位置的磨損程度。
(4)油膜渦動時幅值在轉(zhuǎn)速達(dá)某一數(shù)值時突然增大,改變油溫振動幅值有明顯變化。
(5)油膜振蕩故障只會出現(xiàn)在柔性轉(zhuǎn)子上,其振動頻率接近轉(zhuǎn)速的半頻。輕載軸承在該轉(zhuǎn)速之前,可能會首先出現(xiàn)油膜渦動。重載軸承在升速過程中可能會直接發(fā)生油膜振蕩。
(6)當(dāng)出現(xiàn)油膜渦動或油膜振蕩時,提高潤滑油壓,有時振動會變化比較明顯。
(7)油膜振蕩轉(zhuǎn)速滯后現(xiàn)象。升速過程中,轉(zhuǎn)速大于失穩(wěn)閾值轉(zhuǎn)速后出現(xiàn)油膜振蕩。但是油膜振蕩發(fā)生后,機(jī)組降速到該閾值轉(zhuǎn)速時,振動并不減小。只有當(dāng)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步降低后,振動才會減小。升速、降速過程中油膜振蕩發(fā)生和消失轉(zhuǎn)速之間具有差值,該現(xiàn)象稱為轉(zhuǎn)速滯后現(xiàn)象
(8)振動具有幅值大和突發(fā)性的雙重特性。臨近油膜振蕩時,會出現(xiàn)不穩(wěn)定的低頻振動分量,幅值時隱時現(xiàn)。一旦出現(xiàn)油膜振蕩,振動幅值會在短時間(幾秒鐘)內(nèi)劇增,而且振動幅值遠(yuǎn)大于普通強(qiáng)迫振動。
(9)對軸瓦的微小裂紋及脫胎等缺陷,最有效的方法還是停機(jī)時進(jìn)行的金屬探傷法。
(10)油膜渦動時可能出現(xiàn)雙環(huán)或多環(huán)的軸心軌跡特征,產(chǎn)生次諧波的振動波形都具有蜿蜒的特點(diǎn)。
(11)配合間隙過大時轉(zhuǎn)頻諧波分量豐富且比較顯著,類似于機(jī)械松動的現(xiàn)象。間隙過大的滑動軸承可能使小的不平衡、不對中或其他相關(guān)的力產(chǎn)生多高次諧波的振動頻譜。這種情況下,軸承不是故障源。然而,如果軸承間隙達(dá)到規(guī)定要求,則振動幅值不會增大。
(12)油膜渦動時,譜圖中半頻成份明顯地增加,但是幅值一般小于一倍頻幅值,轉(zhuǎn)速升高后,半頻與倍頻關(guān)系的排序仍保持。
(13)油膜振蕩之前,振動以工頻分量為主。振動突變后,工頻分量幅值會減小,低頻分量幅值大大超過工頻分量,成為主要頻率成分。
(14)發(fā)生油膜振蕩時,振動會突然增大,這是即使繼續(xù)升高轉(zhuǎn)速振幅也不再改變。振動頻率始終等于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)固有頻率,不隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。轉(zhuǎn)子兩端軸承振動相位基本相同。
(來源:控特電機(jī))












