什么是转子轴承系统？集成动力学 • 便携式平衡机、振动分析仪"Balanset"，用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡。 什么是转子轴承系统？集成动力学 • 便携式平衡机、振动分析仪"Balanset"，用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡。

什么是转子轴承系统？集成动力学

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了解转子轴承系统

定义：什么是转子轴承系统？

A 转子轴承系统 是由旋转体组成的完整集成机械组件。 动盘 该系统由轴（及其附件）、限制其运动并承受载荷的支撑轴承以及将轴承连接到地面的固定支撑结构（轴承座、底座、框架和基础）组成。该系统作为一个整体进行分析。 转子动力学 因为每个组件的动态行为都会影响其他所有组件。.

正确的转子动力学分析并非孤立地分析转子，而是将转子-轴承系统视为一个耦合的机械系统，其中转子特性（质量、刚度、阻尼）、轴承特性（刚度、阻尼、间隙）和支撑结构特性（柔性、阻尼）相互作用，共同决定系统性能。 临界速度, 振动 响应速度和稳定性。.

转子轴承系统的组成部分

1. 转子组件

旋转部件包括：

  • 轴： 提供刚度的主要旋转元件
  • 碟片和轮子： 叶轮、涡轮叶轮、联轴器、滑轮等都会增加质量和惯性。
  • 分布式质量： 鼓式转子或轴的质量本身
  • 联轴器： 将转子连接到驱动或被驱动设备

转子特性：

  • 沿轴线的质量分布
  • 轴的弯曲刚度（直径、长度、材料的函数）
  • 极惯性矩和径惯性矩（影响陀螺效应）
  • 内部阻尼（通常很小）

2. 轴承

支撑转子并允许其旋转的接口元件：

轴承类型

  • 滚动轴承： 滚珠轴承、滚子轴承
  • 流体动压轴承： 滑动轴承、倾斜瓦轴承、推力轴承
  • 磁力轴承： 主动电磁悬浮

轴承特性

  • 刚性： 抗载荷挠度（牛顿/米或磅力/英寸）
  • 减震： 轴承中的能量耗散（N·s/m）
  • 大量的： 移动轴承部件（通常很小）
  • 清关： 径向和轴向间隙会影响刚度和非线性
  • 速度依赖性： 流体动压轴承的特性随速度的变化而发生显著变化

3. 支持结构

固定基础构件：

  • 轴承座： 轴承周围的直接结构
  • 基座： 垂直支撑提升轴承
  • 底板/框架： 连接基座的水平结构
  • 基础： 将荷载传递到地面的混凝土或钢结构
  • 隔离元件： 如果使用隔振装置，则使用弹簧、垫片或支架。

支持结构的作用：

  • 附加刚度（可能与转子刚度相当或更小）
  • 通过材料特性和连接处实现阻尼
  • 影响整个系统固有频率的质量

为什么系统级分析至关重要

耦合行为

每个组成部分都会影响其他部分：

  • 转子偏转 对轴承产生作用力
  • 轴承挠度 改变转子支撑条件
  • 支持结构灵活性 允许轴承运动，从而影响轴承的表观刚度
  • 地基振动 通过轴承将动力反馈回转子。

系统固有频率

固有频率是整个系统的属性，而不是单个部件的属性：

  • 软轴承+硬转子=更低的临界转速
  • 刚性轴承+柔性转子=更高的临界转速
  • 即使采用刚性轴承，柔性基础也能降低临界速度。
  • 系统固有频率 ≠ 转子固有频率

分析方法

简化模型

初步分析：

  • 简支梁： 转子视为具有刚性支撑的梁（忽略轴承和基础的柔性）
  • 杰夫科特转子： 集中质量位于带弹簧支撑的柔性轴上（包括轴承刚度）
  • 传递矩阵法： 多盘转子的经典方法

高级模型

为了对实际机械进行准确分析：

  • 有限元分析（FEA）： 转子详细模型，包含用于轴承的弹簧元件。
  • 轴承型号： 非线性轴承刚度和阻尼与速度、负载、温度的关系
  • 基础灵活性： 支撑结构的有限元分析或模态模型
  • 耦合分析： 包含所有交互效果的完整系统

关键系统参数

刚度贡献

系统总刚度是级联组合：

  • 1/千全部的 = 1/k动盘 +1/千轴承 +1/千基础
  • 最软的元素主导了整体刚度
  • 常见情况：基础柔性导致系统刚度低于转子刚度。

阻尼贡献

  • 轴承阻尼： 通常主要来源（尤其是流体动压轴承）
  • 基础阻尼： 支撑结构和材料阻尼
  • 转子内部阻尼： 通常很小，通常被忽视。
  • 总阻尼： 并联阻尼元件之和

实际意义

机械设计

  • 转子设计不能与轴承和基础隔离。
  • 轴承选择会影响可达到的临界转速
  • 基础刚度必须足以支撑转子。
  • 系统优化需要同时考虑所有要素

为了平衡

  • 影响系数 代表完整的系统响应
  • 实地平衡 自动考虑已安装系统的特性
  • 在不同轴承/支架上进行的动平衡可能无法完美地转移到安装状态下
  • 系统变化（轴承磨损、地基沉降）会改变平衡响应

故障排除

  • 振动问题可能源于转子、轴承或基础。
  • 诊断问题时必须考虑整个系统。
  • 一个组成部分的变化会影响整体行为
  • 例如：地基劣化会降低临界速度

常见系统配置

简单的轴承间配置

  • 转子由两端的两个轴承支撑
  • 最常见的工业配置
  • 最简单的分析系统
  • 标准 双平面平衡 方法

悬臂式转子结构

  • 转子延伸 超出轴承支撑
  • 力臂承受的轴承载荷更高
  • 对失衡更敏感
  • 常见于风扇、水泵和某些电机中

多轴承系统

  • 三个或更多轴承支撑单个转子
  • 更复杂的负荷分布
  • 轴承之间的对准至关重要
  • 常见于大型涡轮机、发电机、造纸机辊筒中

耦合多旋翼系统

  • 通过联轴器连接的多个转子（电机-水泵机组、汽轮发电机组）
  • 每个转子都有自己的轴承，但系统之间存在动态耦合。
  • 最复杂的分析配置
  • 错位 耦合作用产生相互作用力

将旋转机械视为一个整体的转子-轴承系统，而非孤立的部件，是有效设计、分析和故障排除的基础。系统层面的视角可以解释许多振动现象，并指导采取正确的纠正措施，从而实现可靠、高效的运行。.

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