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旋轉(zhuǎn)機(jī)械發(fā)生振動故障以同頻振動居多，這種振動約占旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動故障的75%以上，還可能是對中不良、支承問題、軸瓦間隙或偏位、電磁力問題、空氣動力學(xué)問題等引起的，往往是諸多因素綜合作用的結(jié)果。即使是轉(zhuǎn)子不平衡也可能是由于轉(zhuǎn)子暫時熱彎曲造成的。此類故障往往無明顯與轉(zhuǎn)子不平衡相區(qū)別的特征，可以從同頻振動激振力的來源以及其特點方面來探討同頻振動的機(jī)理和識別方法。

 

第一類同頻振動原因 轉(zhuǎn)子自身引起的徑向旋轉(zhuǎn)矢量激振力

（1）轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心。轉(zhuǎn)子質(zhì)量中心與回轉(zhuǎn)中心實際上不重合時，由于離心力引起動不平衡，在整個速度范圍內(nèi)總是有每轉(zhuǎn)一次的明顯響應(yīng)。在轉(zhuǎn)子彎曲臨界轉(zhuǎn)速下響應(yīng)強(qiáng)烈，尤其在較高的臨界轉(zhuǎn)速時，這一響應(yīng)不但取決于不平衡（即質(zhì)量偏心）的大小，還取決于不平衡的位置。  

（2）永久性軸彎曲。制造質(zhì)量問題，存放不當(dāng)或轉(zhuǎn)子熱穩(wěn)定性不佳、熱態(tài)停車不盤車等原因，均可使轉(zhuǎn)子徑向跳動量超差嚴(yán)重，轉(zhuǎn)子軸發(fā)生永久性彎曲。  

（3）暫時性軸彎曲。軸的彎曲有可能不是永久性的，如汽輪機(jī)暖機(jī)不足，可能由于熱變形不均勻使轉(zhuǎn)子暫時彎曲。

軸彎曲也產(chǎn)生與質(zhì)量偏心類似的旋轉(zhuǎn)矢量激振力，同時在軸向可能發(fā)生與轉(zhuǎn)速頻率相同的振動。當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸彎曲時，軸的振幅將在某個速度下有可能減少，這是因為彎曲所產(chǎn)生的力和機(jī)械不平衡產(chǎn)生的力之間的相互作用有所抵消。如果彎曲的作用小于不平衡，幅值的減小將發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以下；如果彎曲的作用大于不平衡，幅值的減小將發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以上。

在上述兩種場合中，轉(zhuǎn)子發(fā)生弓形回轉(zhuǎn)時，軸內(nèi)部不產(chǎn)生交變力，但轉(zhuǎn)子離心慣性力卻對軸承產(chǎn)生一個交變力，并導(dǎo)致支承系統(tǒng)發(fā)生強(qiáng)迫振動。

（4）軸裂紋引起的變化的旋轉(zhuǎn)激振力。 轉(zhuǎn)軸的橫向裂紋最基本的特征是可形成軸彎曲，且在轉(zhuǎn)速和負(fù)荷變化時，彎曲形狀也會發(fā)生變化。

不對稱橫向裂紋引起軸彎曲，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)矢量激振力，由于裂紋產(chǎn)生的軸彎曲的形狀可能隨轉(zhuǎn)速、負(fù)荷甚至?xí)r間變化，因此產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)矢量激振力也發(fā)生不規(guī)則變化，表現(xiàn)為振動幅值及相位的不規(guī)則變化。測試振動矢量圖時，可以發(fā)現(xiàn)矢量在慢慢發(fā)生滾動（即相位、幅值均變化）。此外，在操作速度下，有時也產(chǎn)生兩倍頻振動。

 

第二類同頻振動原因 轉(zhuǎn)子軸系引起的激振力

（5）聯(lián)軸節(jié)引起的軸系質(zhì)量偏心。 主機(jī)與驅(qū)動機(jī)轉(zhuǎn)子用聯(lián)軸節(jié)相連接，形成多支承的轉(zhuǎn)子軸系，在下列情況下可能會產(chǎn)生軸系不平衡：

1）轉(zhuǎn)子在動平衡時沒裝聯(lián)軸節(jié)，在機(jī)器組裝時才安裝聯(lián)軸節(jié)，可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡；

2）聯(lián)軸節(jié)本身動不平衡；

3）聯(lián)軸節(jié)安裝不良造成偏心；

4）聯(lián)軸節(jié)為對稱結(jié)構(gòu)時（如具有尺寸相同的雙鍵槽），安裝反向；

5）齒形聯(lián)軸節(jié)由于磨損，間隙變大，引起對中偏差；

6）多個轉(zhuǎn)子連成的轉(zhuǎn)子軸系，由于不考慮各轉(zhuǎn)子殘余不平衡之間的相對相位關(guān)系，可能引起軸系不平衡。

（6）轉(zhuǎn)子中心線角不對中引起的軸向交變激振力。 轉(zhuǎn)子軸心線在熱態(tài)運行時往往存在一定的對中偏差，一般總是程度不同地含有中心不對中和角不對中。當(dāng)不對中偏差較大時，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中往往會產(chǎn)生軸向激振力，引起與轉(zhuǎn)速頻率一致的軸向振動。

（7）剛性聯(lián)軸節(jié)誤差引起的作用于支承的旋轉(zhuǎn)周期力。 剛性聯(lián)軸節(jié)的端面和軸心線偏差可能激發(fā)起與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率相同的振動。如果聯(lián)軸節(jié)端面不與軸線垂直，就存在端面偏差，將聯(lián)軸節(jié)對中很好的兩軸強(qiáng)制聯(lián)起來就會造成軸的撓曲。

聯(lián)軸節(jié)軸心線偏差是指軸中心與聯(lián)軸節(jié)中心的相互錯位，當(dāng)兩軸剛性相連時也會迫使軸彎曲變形。

這類有缺陷的聯(lián)軸節(jié)與轉(zhuǎn)子相連就會產(chǎn)生強(qiáng)迫力，軸是帶著“跳動”而旋轉(zhuǎn)的，由于靜力變形的旋轉(zhuǎn)就產(chǎn)生了作用于支承的旋轉(zhuǎn)周期力，激發(fā)起同頻

（8）彈性聯(lián)軸節(jié)偏差引起的旋轉(zhuǎn)矢量激振力。 帶彈性塊的嵌式聯(lián)軸節(jié)，由于凸形塊分度不均，制造偏差過大，加上橡膠或聚氨酯彈性塊太軟，可能造成聯(lián)軸節(jié)某點剛性接觸，從而使其在周圍方向受力不均，最終使聯(lián)軸節(jié)不僅傳遞扭矩，而且產(chǎn)生一個由受力不均形成的作用于軸中心線上的旋轉(zhuǎn)矢量力。這個力的方向垂直于周圍受力大和受力小處的連線，其指向與受力大處方向一致，這種場合產(chǎn)生的同頻振動隨負(fù)荷增大而明顯增大。

 

第三類同頻振動原因“軸承偏心或軸承損傷

軸承引起的旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動相當(dāng)復(fù)雜，可以產(chǎn)生各種頻率為主導(dǎo)的振動，也應(yīng)歸結(jié)為同頻振動的原因之一。

（9）徑向軸承偏心。 轉(zhuǎn)子軸系各轉(zhuǎn)子在熱態(tài)運轉(zhuǎn)時，理想狀態(tài)回轉(zhuǎn)中心應(yīng)在一條軸線上，如果各軸承不同心即軸承中心線與回轉(zhuǎn)中心線不一致，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)不正常。軸承偏心嚴(yán)重時，會產(chǎn)生交變支承力，或者迫使轉(zhuǎn)子弓形回轉(zhuǎn)，激發(fā)同頻振動。

（10）軸承損傷。 軸承損傷的場合有時會產(chǎn)生不穩(wěn)定的同頻振動，這也是由于轉(zhuǎn)子支承特征發(fā)生變化而引起的。

 

第四類同頻振動原因 轉(zhuǎn)子與定子或傳動件相互作用引起的激振力

（11）靜氣隙偏心引起的不均勻電磁力。電動機(jī)和發(fā)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間是有磁力作用的，它可以分解為法向與切向分力，切向力引起旋轉(zhuǎn)力矩。在轉(zhuǎn)子正好與殼體同心的場合，法向力是完全平衡的，否則將要產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子發(fā)生橫向振動的同頻激振力。

磁拉力即磁極和轉(zhuǎn)子之間的吸引力（在定磁場中）與空氣間隙大小成反比。氣隙偏心可以引起不平衡磁拉力。

靜氣隙偏心的特征是最小氣隙處相對于定子是固定不變的。產(chǎn)生靜氣隙偏心的原因可能是定子內(nèi)孔橢圓，或是由于制造裝配等原因形成轉(zhuǎn)子和定子的相對位置偏差而形成不同心。在氣隙最小處由于磁拉力的不平衡，可以使轉(zhuǎn)子撓曲，從而增加氣隙偏心總量。

對轉(zhuǎn)子上某一點來講，轉(zhuǎn)動一周，受力大小發(fā)生周期變化，在間隙最小處引力最大，間隙最大處受力最小，且頻率變化與轉(zhuǎn)速相一致。這樣轉(zhuǎn)子所受的激振力將會產(chǎn)生同頻振動。這種振動的相位在變化，無法用動平衡法消除。

(12) 動氣隙偏心引起的不均勻電磁力。 對定子來講，動氣隙偏心總是在周期變化的。這種偏心可能是由于轉(zhuǎn)子彎曲、安裝不當(dāng)、在臨界轉(zhuǎn)速時機(jī)械共振或軸承磨損引起的。在這種場合中，轉(zhuǎn)子對軸回轉(zhuǎn)中心線是偏心的，由于磁拉力會出現(xiàn)一個周期激振力。這是一個旋轉(zhuǎn)矢量激振力，它始終指向間隙最小的方向，。在同步電動機(jī)中，與轉(zhuǎn)子不平衡量一樣會產(chǎn)生同頻振動。

動氣隙偏心引起的振動一般相位穩(wěn)定，有可能采用動平衡方法消除某一特定負(fù)荷時的同頻振動。即設(shè)法在這一負(fù)荷下，使配加的校正重量在旋轉(zhuǎn)時恰好等于和定子的偏心得以補(bǔ)償。但在負(fù)荷發(fā)生變化時，又可能產(chǎn)生新的激振力，使振動增大。

凡由于不均勻電磁力引發(fā)的振動，無論是在靜氣隙偏心或動氣隙偏心的場合，當(dāng)電源切斷時，電磁引起的激振力隨即消失，轉(zhuǎn)子振幅或相位也發(fā)生明顯變化。這在工程上常常是區(qū)別電磁還是機(jī)械原因引起振動故障的行之有效的方法。

（13）軸磁化引起的激振力。 實踐中曾發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)軸磁化時會發(fā)生同頻振動故障。顯然，在軸磁化的場合會加大由于上述靜、動氣隙不均勻產(chǎn)生的圓周交變或旋轉(zhuǎn)矢量激振力。一般由此產(chǎn)生的振動故障難以用動平衡方法消除。

（14）皮帶偏拉力引起的激振力。 激振力的產(chǎn)生是由于皮帶偏心造成的皮帶松緊每轉(zhuǎn)一次的周期變化。因此皮帶輪受與旋轉(zhuǎn)頻率相同的周期變化力的作用，即產(chǎn)生同頻振動的激振力。偏心拉力引起的激振力與質(zhì)量偏心在轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)矢量激振力不同，皮帶拉力產(chǎn)生的合力總是在皮帶拉力的方向，即沿兩軸心連線方向上，從而偏心拉力所產(chǎn)生的最大振動發(fā)生在皮帶拉力方向。如果皮帶拉力在45°角方向上，在測量時可能在水平、垂直兩方向同時產(chǎn)生最大位移（振動幅值），因此可用測量水平、垂直兩方向相位差的方法將皮帶偏拉力引起的振動與不平衡引起的振動相區(qū)別。質(zhì)量不平衡引起的振動在水平和垂直方向同時測量，其相位差大約為90°而皮帶偏拉力產(chǎn)生的振動在水平、垂直方向測得的相位可能近似相等。

偏心是轉(zhuǎn)子動不平衡的源，在許多場合可用動平衡技術(shù)消除由不平衡產(chǎn)生的振動；在上述場合，偏心也可能產(chǎn)生皮帶偏拉力引起的激振響應(yīng)力，此力無法用平衡方法消除。

（15）齒輪偏心作用產(chǎn)生的激振力。偏心齒輪嚙合也會產(chǎn)生類似的同頻振動，其最大振幅產(chǎn)生在通過兩齒輪中心線的方向上。

齒輪偏心作用產(chǎn)生的激振力不能用動平衡方法消除。如果采用配加重量法平衡，有時會發(fā)生一個方向振動減弱，而另一個方向振動增強(qiáng)。

 

第五類同頻振動原因 流體動力激振力

（16）軸流葉輪偏心旋轉(zhuǎn)引起的自激力。（垂直于動撓度方向的同向激振力）在汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)或軸流式壓縮機(jī)中，氣體在葉輪周圍是軸向流動的，轉(zhuǎn)子由于彎曲或動撓度而偏離缸體幾何中心，則使得流體加于葉輪的圓周力的總和除了力偶以外，還產(chǎn)生一個垂直于動撓度方向的作用力。對于蒸汽透平機(jī)，由于偏心引起的間隙的再分配，在間隙減少的地方，圓周力增大；而反方向處間隙增大，則圓周力減小。這樣不僅產(chǎn)生一個力偶矩驅(qū)動輪子轉(zhuǎn)動，還產(chǎn)生一個垂直于動撓度方向的激振力。

（17）傾斜隔板引起的轉(zhuǎn)子激振力。 被裝成傾斜某一角度的導(dǎo)流隔板，會在間隔最小處施加給葉片較大的力，而在間隔最大處施加給葉片較小的力，這使得轉(zhuǎn)子葉片承受隨旋轉(zhuǎn)頻率變化的激振力，導(dǎo)致同頻振動。

總之，偏心的風(fēng)機(jī)、泵、透平機(jī)等轉(zhuǎn)子也能引起與不平衡相似的同頻振動，一般場合隨負(fù)荷增大而增大，因此發(fā)現(xiàn)振動隨負(fù)荷變化時應(yīng)檢查轉(zhuǎn)子是否偏心。

 

第六類同頻振動原因 轉(zhuǎn)子一定于干摩擦引起的振動

（18）轉(zhuǎn)子一定于干摩擦引起的反向周期激振力。 轉(zhuǎn)子與定子局部摩擦?xí)a(chǎn)生精確的二分之一分頻諧振，發(fā)生全摩擦?xí)r會引起同頻反向渦動，這樣就形成了同步反進(jìn)動回轉(zhuǎn)振動。此激振力的特點是每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生一次反向激振力，其頻率與轉(zhuǎn)速一致。

這種激振力往往是不穩(wěn)定的，表現(xiàn)為振動的不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)子運動軌跡為發(fā)散狀態(tài)（不規(guī)則近似圓形的軌跡逐步變大）。在這種摩擦場合，振動會越來越劇烈，以致?lián)p壞機(jī)器。

 

第七類同頻振動原因 臨界轉(zhuǎn)速問題

（19）轉(zhuǎn)子和軸承系統(tǒng)臨界。 機(jī)器在接近轉(zhuǎn)子—軸承系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速時，運行會產(chǎn)生較大的同頻振動，這主要是動力學(xué)設(shè)計上的問題。一般應(yīng)對轉(zhuǎn)子做全速動平衡，并設(shè)法增大軸承阻尼，如降低潤滑油溫以提高油膜黏度、減小軸承間隙，或改變軸承支座的剛度等均可能減少轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)引起的振動，使機(jī)器在允許振動幅值下工作。

（20）聯(lián)軸器臨界。 齒形聯(lián)軸器的懸臂套筒也能發(fā)生臨界問題，通常發(fā)生在套筒較長的場合。設(shè)計時應(yīng)盡量減小套筒長度，做得盡可能輕些、剛度大些，并注意聯(lián)軸器及套筒的自身動平衡問題。

（21）懸臂臨界問題。 懸臂使轉(zhuǎn)子撓度線的節(jié)點朝軸承方向移動，并使軸承失去阻尼，此時臨界轉(zhuǎn)速無法精確確定，以致難以通過臨界。應(yīng)盡量縮短懸臂并盡可能將結(jié)構(gòu)件設(shè)計得輕些（如采用鐵、鋁合金等）。

 

第八類同頻振動原因 機(jī)殼基礎(chǔ)扭曲

無論是機(jī)殼或基礎(chǔ)的扭曲，最終均導(dǎo)致轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)中心與軸承和定子部件幾何中心的變化，產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)頻率一致的周期交變支承力，導(dǎo)致同頻振動。

（22）機(jī)殼變形。 由于過大管道力、熱沖擊、不正確結(jié)構(gòu)設(shè)計、材質(zhì)選用不當(dāng)、焊接不好或機(jī)殼時效處理不好，工作時應(yīng)力釋放等原因造成的機(jī)殼變形，引起轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)中心與軸承和定子部件幾何中心的變化，均可以導(dǎo)致同頻振動。

（23）暫時機(jī)殼變形。 由于機(jī)殼熱膨脹不均勻或受阻礙等原因引起的，如汽輪機(jī)暖機(jī)不充分造成的機(jī)殼不均勻變形，經(jīng)一段時間充分暖機(jī)后可以消除。

（24）基礎(chǔ)變形。 基礎(chǔ)變形是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、混凝土變形不一致和基礎(chǔ)沉降不均勻等造成的。大型機(jī)組一般應(yīng)安裝在同一鋼制公共底座上。

 

第九類同頻振動原因 共振

（25）結(jié)構(gòu)共振。 由于設(shè)計問題、安裝不當(dāng)或基礎(chǔ)、底座、管支座支承松動、不牢固等均可能引起殼體共振、支座共振、管道共振和基礎(chǔ)共振。多數(shù)情況會產(chǎn)生同頻振動，其激振力大都是轉(zhuǎn)子不平衡力，由于共振使振動加劇。

 

第十類同頻振動原因 外界影響

（26）鄰近振源的影響。 外傳入同頻或相近頻率振動也會引起共振或拍振。兩臺鄰近的機(jī)器，一臺機(jī)器的振動可通過基礎(chǔ)、底座傳到另一臺機(jī)器上，相當(dāng)于一臺機(jī)器振動造成支承運動引起另一臺機(jī)器的強(qiáng)迫振動。顯然二者頻率相同，則可能發(fā)生共振；二者頻率非常相近，可能發(fā)生拍振。后者做頻譜分析時，一般同頻振動仍占主導(dǎo)，但其幅值有波動。