油膜振荡详解：从形成到失稳

• 滑动轴承

滑动轴承，在滑动摩擦下工作的轴承。
主要由轴承座、轴瓦和润滑系统三部分组成。

• 轴承座：用于支撑和固定整体结构；
• 轴瓦（轴衬）：直接与轴颈接触的关键部件，通常由减摩材料制成，用于减少摩擦和磨损；
• 润滑系统：通过油槽、油孔等结构输送润滑油或润滑脂，在轴与轴瓦间形成润滑膜，起到散热、防锈和进一步降低摩擦的作用。

 

• 油膜的形成

当转子开始转动时，轴颈与轴瓦之间会出现直接摩擦。
随着轴颈的转动，润滑油由于粘性而附着在轴的表面上，被带入轴颈与轴瓦之间的油楔中。
随着转速的升高，被带入的油量增多，由于楔形间隙中油流的出口面积不断减小，油压不断升高。当这个压力增大到足以平衡转子对轴瓦的全部作用力时，轴颈被油膜托起，悬浮在油膜上转动，从而避免了金属直接摩撩，建立了液体摩擦。

 

• 油膜失稳的机理

 

• 油膜轴承的半速涡动

 

• 半速涡动的运动形态

 
公转（涡动）速度为ω自转速度Ω的一半

• 油膜振荡的发生

 
突发性：达到阈速Ωt时突然发生，且Ωt＞2ωn（ωn为系统固有频率）。
破坏性：振幅一般很大。
频率锁定：涡动频率锁住在临界频率ωc，为低频正向进动，轴纤维受交变应力①。
惯性：振荡消失滞后于发生，具有惯性。

• 油膜涡动与油膜振荡的波形与轴心轨迹

 

• 涡动频率约为转子转速的一半，随转速变化
• 涡动方向为正向进动，轴心轨迹出现双内环
• 涡动的幅度并不大

 

• 到达阈速时突然发生，幅度一般很大
• 涡动频率锁定在转子的固有频率，不再随转速变化
• 涡动方向为正向进动，轴心轨迹为多重椭圆
• 一旦发生不易消失，有惯性效应
• 滑动轴承相关定制实验台

 
①：

• 核心含义：轴的局部材料

在材料力学中，常常将一根连续的轴或梁，假想为由无数根平行于轴线的细长“纤维”组成。这些“纤维”共同承担外力，并经历拉伸或压缩。

• 在油膜振荡中的具体情景

在油膜振荡发生时，转子（轴）的运动形态是 “涡动”或 “正向进动”：

• 自转：轴绕自身轴线旋转（这是正常工作状态）。
• 公转（涡动）：轴的几何中心（轴心）围绕轴承中心做圆周或椭圆形轨迹运动（这是故障状态）。

由于这种复合运动，轴上的某一点（比如一个特定角度位置的材料），会随着轴的涡动，周期性地交替经历拉伸和压缩。这个交替变化的内力，就是“交变应力”。