理解自激振动

1.定义：什么是自激振动？

自激振动 （也称为自激振动或不稳定振动）是一种极其危险的振动类型，系统的运动会诱发力，而这些力又会维持或放大系统的运动。这会形成一个反馈回路，导致振动幅度不断增大，有时甚至达到灾难性的程度，而外部强迫频率却没有任何相应的增加。

这与受迫振动有着根本的不同，比如 不平衡 或 错位，其中振动是对特定周期性输入（强迫频率）的直接响应。在自激系统中，振动会产生自身的驱动力。

2. 反馈循环机制

自激振动的机理可概括如下：

1. 系统（例如轴承中的转子）正在运动。
2. 微小的随机扰动会引起轻微的位移或速度变化。
3. 运动的这种变化会改变作用在系统上的力（例如，轴承中的流体压力或工具的切削力）。
4. 至关重要的是，这种改变的力会以向系统*增加能量*的方式起作用，从而将组件进一步推向其原本的方向。
5. 这种增强的运动会产生更大的力，从而增加更多的能量，等等。

该反馈回路导致振动不断增大，直到受到系统中非线性的限制（如遇到硬停止）或导致故障。

3. 自激振动的常见例子

机械诊断中的几种著名现象是自激振动的经典例子：

• 油膜涡动和油膜鞭状物: 这是旋转机械中最常见的例子。在油膜轴颈轴承中，旋转的轴会形成一个油楔。扰动会导致油楔本身开始围绕轴承旋转（涡动）。该涡动楔产生的压力会推动轴，从而为涡动增加更多能量。由此产生的振动并非以运行速度产生，而是以次同步频率（通常为 0.42-0.48 倍）产生。 运行速度).
• 加工中的颤动： 在金属切削（车削或铣削）过程中，当切削刀具开始振动时，就会产生颤动。这种振动会导致切屑厚度发生变化。切屑厚度的变化又会导致切削力波动，而这种波动力会将能量反馈到刀具振动中，从而加剧剧烈的颤动。
• 气动颤振： 飞机机翼的振动，机翼的弯曲和扭转运动会改变其气动外形。这种外形变化会改变气压，从而增加机翼运动的能量，如果不加以控制，会导致灾难性的故障。
• 转子摩擦： 转子与静止部件接触的情况。摩擦产生的热量会使转子发热，导致其弯曲。弯曲会增大摩擦力，进而增加发热和弯曲，形成反馈回路，最终导致卡死。

4. 主要特征和诊断

自激振动通常具有以下明显特征： FFT 频谱:

• 非同步频率： 振动通常不是运行速度的整数倍或谐波。它通常发生在 次同步 频率。
• 不稳定性： 振幅可能非常不稳定，并且会随着操作条件（速度、温度、负载）的微小变化而迅速增长。
• 突然发病： 直到机器超过某个速度或负载阈值时，振动可能根本不会出现，此时振动可能会突然出现并且幅度很大。

诊断自激振动涉及识别这些特征性的非同步峰值并了解可能导致特定机器不稳定的物理机制。

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