油（气）膜振荡

(一)油膜振荡现象

滑动轴承工作时，轴颈支承在油膜上高速旋转，在一定条件下，油膜反过来激励轴颈，使轴颈产生强烈振动，这种现象即为油膜振荡。

下面观察一个转子柔性大、载荷较轻的轴承，当转子转速从零逐渐增加时，轴颈中心的运动情况。

如图4-63所示， A点对应的转速称为失稳转速(取决于转子和支持轴承的工作条件);A点至A2点间，轴颈中心发生频率等于当时转速一半的小振动，称为半速涡动;A2点以后，轴颈中心发生频率等于转子第一临界转速的大振动，称为油膜振荡。当油膜振荡发生后，在较大的转速范围内，涡动频率将保持等于第一临界转速，振幅也始终保持在共振状态下的大振幅，这种现象称为油膜振荡的惯性效应，因此，油膜振荡不能用提高转速的方法来消除。

(二)产生油膜振荡的原因(了解)

由轴承的工作原理可知，在一定载荷和转速下，轴颈中心处于某一偏心位置O'而达到平衡状态，如图4-64所示。此时油膜对轴颈的作用力pg与轴颈上的载荷p大小相等、方向相反且作用于同一直线上，它们的合力为零。如果轴颈受到一个干扰，中心从O'移到O"，油楔随之发生改变，产生的油膜作用力的大小和方向也将发生变化，pg变为pg'。pg'与p不平衡，它们的合力不再为零，而是力F。

F可分解为沿油膜变形方向的弹性恢复力Fr和垂直于油膜变形方向的切向分力Ft。弹性恢复力推动轴颈返回平衡点O';而切向分力将推动轴颈绕O'点转动，引起轴颈中心在轴承内涡动，称为失稳分力。此时，轴颈不仅围绕其中心高速旋转，而且轴颈中心还围绕平衡点0'涡动。若失稳分力小于轴承阻尼力，则涡动是收敛的，轴颈中心受到扰动而偏移后将自动回到平衡位置，此时轴承的工作是稳定的。若失稳分力大于阻尼力，则涡动是发散的，轴颈中心的轨迹为螺线扩散形，属于不稳定工作状态。若失稳分力等于阻尼力，轴颈则产生小振幅涡动，轴颈中心的轨迹为一椭圆形封闭曲线。理论和实践证明，此时涡动频率接近当时转速的一半，称为半速涡动。如果涡动的角速度与转子的第一临界转速合拍，则涡动被共振放大，轴颈发生强烈振动，即产生了油膜振荡。

(三)油膜振荡的防止和消除

危害:发生油膜振荡时轴颈振幅很大，会引起轴承油膜破裂、轴颈与轴瓦碰撞甚至损坏。另外，因其振动频率刚好等于转子的第一临界转速，成为转子的共振激发力，使转子发生共振，可能导致转轴损坏。半速涡动时振幅不大，虽然不会破坏油膜，但长期工作，会引起零件的松动和疲劳损坏。因此半速涡动和油膜振荡都应设法消除。

由前面的分析可知，只有当转速高于失稳转速及转子第一临界转速的两倍时，才有可能发生油膜振荡。因此防止和消除油膜振荡的基本方法是提高转子的第一临界转速和失稳转速。

刚性转子和第一临界转速高于额定转速一半的挠性转子，在其工作转速范围内，只可能发生半速涡动而不会发生油膜振荡。但对于大功率机组，转子第一临界转速较低，可能低于额定转速的一半，此时只能从提高失稳转速人手，将失稳转速提高到额定转速之上，即可避免发生油膜振荡。

提高转子的失稳转速也就是提高轴颈工作的稳定性。由油膜振荡产生原因分析可知，轴颈在轴承中运行不稳定的根本原因是轴颈受到扰动后产生了失稳分力。扰动越大，轴颈偏离其平衡位置的距离越大，失稳分力也越大，越容易引起涡动，进而导致油膜振荡。在同一扰动强度下，轴颈稳定运行时的偏心距越大，其相对偏移就越小，失稳分力也越小，越不容易产生半速涡动和油膜振荡。也就是说，轴颈在轴瓦中平衡位置的偏心距越大，转子工作越稳定，失稳转速也就越高。而偏心距的大小总是在相对的观点上才有意义，因此上述结论是对轴颈在轴瓦中的相对偏心率而言的。相对偏心率即轴颈与轴瓦的绝对偏心距00'与它们的半径差R-r的比值，以K表示。即

K越大，失稳转速越高，越不容易产生半速涡动和油膜振荡，通常认为K大于0.8时，轴颈在任何情况下都不会发生油膜振荡。反之，K越小，转轴工作越不稳定，越容易产生半速涡动和油膜振荡。

因此，降低轴心位置以增大轴颈相对偏心率，可以防止和消除油膜振荡。主要措施如下:

1. 增加轴承比压

轴承载荷与轴瓦垂直投影面积(轴承长度×直径)之比称为比压。比压越大，轴颈越不容易浮起，相对偏心率越大，轴承稳定性越好。

增大比压的常用方法有:缩短轴瓦长度，以减小轴瓦的投影面积及增加轴瓦端的泄油量;调整轴瓦中心，以增加负荷过小轴承的载荷。

2. 降低润滑油黏度

润滑油黏度越大，轴颈旋转时带人油楔油量就越多，油膜越厚，轴颈在轴瓦中浮得越高，相对偏心率越小，轴颈就越容易失去稳定而产生油膜振荡。因此降低润滑油黏度有利于轴承的稳定工作。其方法是提高油温或更换黏度较小的润滑油。

3. 调整轴承间隙

一般认为，减小圆筒形或椭圆形轴承轴瓦顶部间隙，可以产生或加大向下的油膜作用力，使轴颈的位置降低，增大了相对偏心率，使轴颈在轴承中的稳定性提高。同时加大轴瓦两侧间隙(相当于增大椭圆度，即增大了相对偏心率)效果更为显著。

此外，要防止油膜振荡，设计制造上应尽量提高转子的第一临界转速，选择稳定性好的轴承结构型式与参数。还应尽量做好转子的动、静平衡，减小其不平衡质量，以降低转子在第一临界转速下的共振放大能力，减小油膜振荡时的振幅。