[科普中国]-半速涡动

简介

油润滑滑动轴承工作时，以薄的油膜支承轴颈。在轴瓦表面的油膜速度为零（轴瓦静止），而在轴颈表面的油膜速度与轴颈表面相同（轴颈高速旋转）。因此，不论在圆周上的任何剖面，油膜的平均速度均为轴颈圆周速度的一半。

轴颈高速旋转时，油膜厚度随楔形变化，但油的平均流速却相对不变。由于油的不可压缩性，多出的油将从轴承两端流出，或者油膜的楔形按油的平均流速绕轴瓦中心运动。

油膜的楔形按油的平均流速带动轴绕轴瓦中心运动的现象称为油膜涡动，因其平均速度为轴颈圆周速度的一半，故又称为半速涡动。

主要特点半速涡动的主要特点有:

1、半速涡动出现时其频率分量为转速的一半或略低;

2、半速涡动与转速有直接关系，转子转速到达失稳转速后，振幅会突然增加;但当转速下降时，振幅不会立即下降，而是继续下降到某一数值时，振幅会突然降低而消失;

3、半速涡动的出现与润滑油温有明显关系。

处理方法一般所采取的处理方法有:

1、降低转子的扰动力;

2、增加轴承的载荷;

3、对于圆筒瓦的结构容易造成失稳，可以减少轴瓦顶隙，扩大侧隙，使圆筒瓦向稳定性较好的椭圆瓦方向靠;

4、增加轴承的比压;

5、降低润滑油的粘度(一般通过增加油温)等。1

相关研究在转子一液体动压轴承系统中，油膜涡动和油膜振荡为与流体有关的转子不稳定性现象，通称为油膜失稳。长期以来，学者们一直努力寻求油膜涡动和油膜振荡现象的产生机理。在旋转机械的现场测试和模型实验中油膜涡动和油膜振荡被工程师和研究者加以报道，概括出了这两种转子自激振动现象的基本特征。

陈策等在求解雷诺方程的基础上，得到有限长径向轴承的油膜压力分布的表达式。根据这个表达式，通过一个算例证明了半速涡动的存在性，给出了半速涡动出现的时刻，随着涡动速度变化导致的动态油膜压力分布变化的三个典型阶段的特征。积分油膜压力分布得到油膜力解析表达式。建立轴承流固祸合的平衡方程，使用这个方程定性解析了半速涡动的机理，给出了油膜半速涡动转速的区间性质。这一结论与科尔(Cole)和休斯(Huges)的实验结论定性一致。最后通过一个试验定性解释了油膜涡动和油膜振荡的机理，以及油膜振荡的滞后现象。

主要结论如下：

（1）针对轴承流固藕合作用产生轴颈涡动现象的机理研究，进一步探讨了油膜涡动及半速涡动的行为特征。结合动态油膜压力分布规律分析，给出了油膜涡动速变化对油膜压力分布影响的3个典型区域，并且在这三个区域里完成了收敛油楔的正压与发散油楔的负压之间压力波形的转变。尤其是在失稳过渡区，存在一个正压周期向负压周期波形过渡的压力分布规律，同时内涵一个油膜2倍周期压力分布的过渡波形，并且过渡区的压力分布规律非对称于一半角速度的涡动转速曲线。

（2）轴颈涡动频率由承载衰减区至承载失稳区的变化，实质上是液固藕合运动的结果导致动态油膜力大小及作用方向的改变，并以半速涡动转速为过渡点。同时也给出了半速涡动大于一半角速度的计算结果。

（3）根据滑动轴承动态油膜力的解析表达式，分析了油膜力涡动与载荷的非线性特征，论证了油膜半速涡状态油膜力主要呈现的振动特性。并且轴颈正向涡动效果始终是削弱轴颈旋转效应对油膜力作用的影响，反向涡动的效果则相反。

（4）根据动态油膜承载能力与载荷的平衡原理以及非线性祸合振动频率的分析方程，结合典型油膜振荡现象的实例，分析了油膜涡动与转子临界固有频率相互作用藕合性质，合理解释油膜振荡现象及轴承流固祸合作用的非线性动力学行为，进一步揭示了轴承油膜涡动、振荡及失稳现象产生的机理。2