自激振動的案例
淺析干摩擦引起的自激振動
什么是自激振動？ 我們身邊會遇到這樣的振動嗎？其實，生活中就有很多聲音都是自激振動產生的。
活中有許多因干摩擦產生的聲音，如弦樂器奏出的悅耳琴聲，不加潤滑的物體相互摩擦發出的嘎吱噪聲（粉筆與黑板等），其發聲原理均為自激振動。
自激振動與周期激勵的受迫振動相比，二者均為穩定的周期振動。自激振動也是靠外界能量的驅動形成，不同的是該驅動能量恒定不變，外力本身不直接給系統提供周期性變化的能量，系統振動能量的周期性變化是靠系統固有的自動調節機制，把非振蕩性能量轉換為交變激振力的。
自激振動是在單方向外力作用下產生的振動，它從振動中不斷吸取能量，補償阻尼的消耗以維持系統作穩定的等幅振動，由振動本身產生的阻尼力非但不阻止振動，反而進一步加劇該振動，因此自激振動又稱為負阻尼振動。油膜振蕩、卡門渦街都屬于自激振動。
干摩擦引起的自激振動可用下列物理模型來分析：
傳送帶以恒定速度v0前進，與另一端固定的彈簧k 相連的物體m 受傳送帶靜摩擦力的帶動向前移動；與此同時，彈簧被拉伸以更大的力向后拉物體。當彈簧拉力超過最大靜摩擦力時，物體突然向后滑動。于是彈簧縮短，向后拉力減小，直到傳送帶又能將它帶動向前為止。如此周而復始，形成振蕩。在該振蕩過程中彈簧是逐漸伸張，突然松弛的，屬于張弛型振動。
干摩擦引起的自激振動的頻率由彈簧和質量塊決定，與摩擦系數、滑動速度無關，但滑動摩擦系數越大，振動形態越接近簡諧波，這也是弦樂器能發出優美樂聲的物理原因。
來源：觀為監測MHCC設備健康診斷中心公眾號（ID：MHCC-Guanwei）
展開 油膜失穩故障的三維譜圖
油膜失穩故障的三維譜圖
油膜失穩故障的三維譜圖
一階臨界轉速約為4500r/min,除了油膜振蕩外,還發生了碰摩故障,由于轉速超過一階臨界轉速,故障特征以低頻為主,所以低頻成分以油膜振蕩成分和碰摩引起的低頻為主,此時主要發生是軸承碰膜故障,屬于自激振動的范疇.當把潤滑減小,稍微調整試驗條件,油膜振蕩不在發生,此試驗不具有重復性.
以下是摘錄的書中原話:
大機組自激振動時有發生,如軸瓦油膜振蕩, 密封流體激振,氣流激振,摩擦渦動, 轉子配合松動,或轉子材料彈性滯后自激等.據國內外文獻報導,這些自激振動有如下特點:
1 隨機性. 因能引發自激的激勵(大于阻尼力的失穩力)一般都是耦然因素引起的,沒有一定規律可循.
2 振動系統非線性特征較強,即系統存在非線型阻尼元件(如油膜的粘溫特性,材料內摩擦).非線性剛度元件(柔性轉子,結構松動等)才足以引發自激振動,使振動系統所具有的非周期能量轉為系統振動能量.
3 自激振動與轉速不成比例,一般低于轉子的工作頻率,與轉子第一臨界轉速相符合.只是需要注意,由于系統的非線性,系統的固有頻率會有一些變化.
4 轉軸存在異頻渦動
5 振動波形在暫態階段有較大的隨即振動成分,而在穩態時波形是規則的周期振動,這是由于振值過大非線性所致,與一般強迫振動近似的正弦波有區別.
摘自 大型回轉機械診斷現場實用技術
[ 本帖最后由 malong 于 2006-8-4 14:24 編輯 ]
圖片附件: [三維譜振圖] Image00013.jpg (2006-8-4 14:18, 90.11 K)
圖片附件: [軸心軌跡圖] Image00011.JPG (2006-8-4 14:18, 79.68 K)
展開 非線性轉子的低頻振動失穩機理分析
非線性轉子的低頻振動失穩機理分析
X
陳予恕 丁 千 孟 泉
(天津大學 天津 300072)
摘 要
包括兩部分內容: 1) 材料內阻作用下轉子自激振動的局部分岔分析; 2) 考慮湍流
因素的滑動軸承油膜力作用下轉子軸承系統油膜失穩機理的全面分析。結果表明, 非
線性轉子的自激振動表現出復雜的動力學現象, 這些低頻振動現象的揭示, 為工程上
轉子故障的識別和預防提供了理論依據。
關鍵詞: 非線性轉子; 低頻自激振動; 材料內阻尼; 油膜力; 分岔
非線性轉子的低頻振動失穩機理分析.pdf
展開 初識轉子動力學！
研究范圍包括振動、動態響應、穩定性、動平衡、軸承特性、密封特性、強度、疲勞、可靠性、狀態監測、故障診斷和控制等方面，尤其是研究接近或超過臨界轉速運轉狀態下轉子的各種動力學問題。
DyRoBeS軟件中某渦輪增壓器模型
首先看一下轉子動力學分析的一些基本概念。
1. 振動形式，按轉子-軸承系統的輸入，即振動原因可分為：
強迫振動
系統受外界持續激擾作用下所產生的振動，比如轉子不平衡產生的周期性的激振力下的轉子振動。
特點：振動的頻率與激振頻率相關，一般由不平衡量引起的振動為1X振動，即振動頻率與轉速頻率一致。
DyRoBeS軟件中某轉子強迫振動計算結果
自激振動
由系統自身的交叉耦合剛度引起的振動形式，當有一個初始振動，不需要外界向振動系統輸送能量，振動即能保持下去。這種振動與外界激勵無關，完全是自己激勵自己，故稱為自激振動。比如軸瓦自激振動（半速渦動，油膜振蕩），大容量汽輪機高壓轉子上的間隙自激振動。
特點：振動的頻率與轉速無關，而與其自然頻率相關。
DyRoBeS軟件中某轉子自激振動計算結果
2. 按轉子—軸承系統的動力學參數的特性可分為：
線性轉子動力學分析
通過線性化處理系統，包括軸承的剛度與阻尼等，分析系統的穩態響應，能用常系數線性微分方程描述的振動。
非線性轉子動力學分析
系數的阻尼力或彈性恢復力具有非線性性質，只能用非線性微分方程來描述。比如，所有的軸承作用力均為非線性力，嚴格來講，與滑動軸承油膜力相關的轉子動力學問題均為非線性轉子動力學；還有裂紋轉子的動力學分析等也屬于非線性領域。
3. 按振動位移的特征可分為：
橫向振動
轉子只作垂直軸線方向的振動。
扭轉振動
轉子繞其縱軸產生扭轉變形的振動。
縱向振動
轉子只作沿軸線方向的振動。
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非線性振動了解下 附非線性振動劉延柱清晰版下載
所謂自激振動，就是振動系統能從單向激勵中自行有控地吸收能量，將單向運動能量轉化成周期性振蕩的能量。這種轉化不是線性系統所能完成的，所以自激振動是非線性振動。例如，樹梢在狂風中的呼嘯，琴弦上奏出的音樂，自來水管突如其來的喘振等，都是自激振動的實例。
2. 外在的非線性影響
一種情況是非線性阻尼的影響。例如，當振子在介質中的振速過大時，受到的阻力將是速度的非線性函數，即fr = -k1v - k2v 2 - k3v 3 - ···；另一種情況是策動力為位移或速度的非線性函數，即F = F (x, x 2, x 3 , ··· , v, v 2, v 3, ···)。
只要存在以上所說的一種非線性因素，系統的振動就是非線性的。因此，非線性振動是一種統稱，針對具體不同的非線性因素，系統的振動形式是完全不同的。此外，線性振動與非線性振動的最大區別在于：線性振動滿足疊加原理，而非線性振動不滿足疊加原理。
非線性振動研究的方法及意義
如閱讀材料“時空對稱性和守恒定律”所述，非線性微分方程是個性極強的數學方程，有解析解的極少。因此，對非線性振動研究的方法基本上是近似簡化、圖解及計算機處理。
當微分方程中非線性項與線性項相比很小時，可采用近似簡化的方法求解。盡管所得解不甚精確，但已能反映非線性振動的主要特征。
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研究范圍包括振動、動態響應、穩定性、動平衡、軸承特性、密封特性、強度、疲勞、可靠性、狀態監測、故障診斷和控制等方面，尤其是研究接近或超過臨界轉速運轉狀態下轉子的各種動力學問題。
DyRoBeS軟件中某渦輪增壓器模型
首先看一下轉子動力學分析的一些基本概念。
1. 振動形式，按轉子-軸承系統的輸入，即振動原因可分為：
強迫振動
系統受外界持續激擾作用下所產生的振動，比如轉子不平衡產生的周期性的激振力下的轉子振動。
特點：振動的頻率與激振頻率相關，一般由不平衡量引起的振動為1X振動，即振動頻率與轉速頻率一致。
DyRoBeS軟件中某轉子強迫振動計算結果
自激振動
由系統自身的交叉耦合剛度引起的振動形式，當有一個初始振動，不需要外界向振動系統輸送能量，振動即能保持下去。這種振動與外界激勵無關，完全是自己激勵自己，故稱為自激振動。比如軸瓦自激振動（半速渦動，油膜振蕩），大容量汽輪機高壓轉子上的間隙自激振動。
特點：振動的頻率與轉速無關，而與其自然頻率相關。
DyRoBeS軟件中某轉子自激振動計算結果
2. 按轉子—軸承系統的動力學參數的特性可分為：
線性轉子動力學分析
通過線性化處理系統，包括軸承的剛度與阻尼等，分析系統的穩態響應，能用常系數線性微分方程描述的振動。
非線性轉子動力學分析
系數的阻尼力或彈性恢復力具有非線性性質，只能用非線性微分方程來描述。比如，所有的軸承作用力均為非線性力，嚴格來講，與滑動軸承油膜力相關的轉子動力學問題均為非線性轉子動力學；還有裂紋轉子的動力學分析等也屬于非線性領域。
3. 按振動位移的特征可分為：
橫向振動
轉子只作垂直軸線方向的振動。
扭轉振動
轉子繞其縱軸產生扭轉變形的振動。
縱向振動
轉子只作沿軸線方向的振動。
從哪方面入手學習轉子動力學？
展開 【機械】| 機械振動的分類及工程中的振動問題
自激振動
振動控制
自激振動中有機床切削過程的自振、低速運動部件的爬行、滑動軸承油膜振蕩、傳動帶的橫向振動、液壓隨振系統的自振。這些對各類機械及生產過程都是一種危害，應加以控制。
振動利用
蒸汽機、液壓氣動碎石機均為自激振動運用實例。
3.不平衡慣性力
振動控制
旋轉機械和往復機械產生振動的原因，都是由于不平衡慣性力所引起的。為減小機械振動。
振動利用
慣性振動機械就是依靠偏心質量回轉時所產生的離心力為振源。
4.振動的傳遞
振動控制
為減小外部振動對機械設備的影響或機械設備的振動對周圍環境的影響，可配置各類減震器進行隔振、減振和消振。
振動利用
彈性連桿式激振器就是將曲柄連桿形成的往復運動，通過連桿彈簧傳遞給振動體。
5. 非線性振動
振動控制
在減振器設計中設計的摩擦阻尼器粘彈性阻尼器均為非線性阻尼器。自激振動系統和沖擊振動系統也都是非線性振動系統。實際上客觀存在的振動系統都是非線性振動問題，只是某些系統的非線性較弱，作為線性問題處理罷了。
振動利用
振動利用類問題都是利用振動系統的非線性特性工作的，例如振動傳輸類振動機。
6. 沖擊振動
振動控制
當機械設備和基礎受到沖擊作用時，常常需要校核系統對沖擊的相應，必要時采取隔振措施。
振動利用
沖擊類振動機實際上可以轉化為非線性振動問題加以處理。
7. 隨機振動(振動利用)
隨機振動的隔振和減振與確定性振動的隔離和消振有兩點重要區別：一是隨機振動的隔振和減振只能用數理統計的方法；二是對寬帶隨機振動的隔離措施已經失效，只能采取阻尼減振。
8.
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研究范圍包括振動、動態響應、穩定性、動平衡、軸承特性、密封特性、強度、疲勞、可靠性、狀態監測、故障診斷和控制等方面，尤其是研究接近或超過臨界轉速運轉狀態下轉子的各種動力學問題。
DyRoBeS軟件中某渦輪增壓器模型
首先看一下轉子動力學分析的一些基本概念。
1. 振動形式，按轉子-軸承系統的輸入，即振動原因可分為：
強迫振動
系統受外界持續激擾作用下所產生的振動，比如轉子不平衡產生的周期性的激振力下的轉子振動。
特點：振動的頻率與激振頻率相關，一般由不平衡量引起的振動為1X振動，即振動頻率與轉速頻率一致。
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自激振動
由系統自身的交叉耦合剛度引起的振動形式，當有一個初始振動，不需要外界向振動系統輸送能量，振動即能保持下去。這種振動與外界激勵無關，完全是自己激勵自己，故稱為自激振動。比如軸瓦自激振動（半速渦動，油膜振蕩），大容量汽輪機高壓轉子上的間隙自激振動。
特點：振動的頻率與轉速無關，而與其自然頻率相關。
DyRoBeS軟件中某轉子自激振動計算結果
2. 按轉子—軸承系統的動力學參數的特性可分為：
線性轉子動力學分析
通過線性化處理系統，包括軸承的剛度與阻尼等，分析系統的穩態響應，能用常系數線性微分方程描述的振動。
非線性轉子動力學分析
系數的阻尼力或彈性恢復力具有非線性性質，只能用非線性微分方程來描述。比如，所有的軸承作用力均為非線性力，嚴格來講，與滑動軸承油膜力相關的轉子動力學問題均為非線性轉子動力學；還有裂紋轉子的動力學分析等也屬于非線性領域。
3. 按振動位移的特征可分為：
橫向振動
轉子只作垂直軸線方向的振動。
展開 非線性振動特征
前者對應于（u，v）相平面上的不穩定奇點，即對應于系統不穩定的平衡狀態；后者對應于（u，v）相平面上穩定的極限環，即對應于系統穩定的自激振動。
關于振動分類以及基于workbench模態分析的案例教程
關于自然振動，即處于靜止或平衡（平動和轉動）狀態的結構受到初位移或初速度擾動后，產生的不受任何外部因素干擾的擾動；區別與此，受迫振動就是結構持續在的作用下的振動；另外當存在 可將非振動相關能量轉換為振動能量的機制時，會產生自激振動，舉個例子微風中樹葉的搖擺就屬于自激振動，即作為能量源的風被轉化為樹葉的扭轉振動和橫向振動。
模態分析即用來分析結構自然振動下的固有頻率與陣型。
源文件及結果.rar
ANSYS模態分析教程及實例講解.ppt
展開 『轉貼』遲滯型材料組尼轉軸的分岔
做好動平衡及提高外阻尼水平是避免這種
大幅值自激振動的有效措施。
關鍵詞:轉軸;遲滯型材料阻尼;Hopf分岔;自激振動
共振、渦振、顫振、抖振、喘振、馳振、渦街都是什么意思？
橋梁渦振是一種兼有自激振動和強迫振動特性的有限振幅振動，它在一個相當大的風速范圍內，可保持渦激頻率不變，產生一種“鎖定”(lock-on) 現象。
橋梁渦激共振的有限振幅計算是一個十分重要但又異常困難的問題，目前國內外還沒有形成一套比較完整的橋梁渦振分析理論。
實用上，采用一種半理論半實驗的方法，以近似地估算渦激共振的振幅。
渦振的英語是vortex-induced oscillation。
03 顫振
顫振指的是在氣動力的作用下，由于結構本身具有彈性和慣性，流動與結構互相耦合作用而發生的一種自激振動現象。
抖振通常指的是由于流動本身存在分離、激波附面層干擾等非定常特性，導致加載在彈性結構上的氣動力呈現周期性而造成的結構強迫響應。也就是說在傳統定義下，經典顫振是一種自激振動。
除此之外，還有大攻角下的失速顫振現象，有的學者認為這類存在強分離條件的結構振動是顫振與抖振共存的。
展開 渦激振動來源與趣談
在講渦激振動前，先談談渦激振動的來源：通常振動按照不同響應形式可以劃分為：抖振，渦激振動和自激振動。其中，自激振動又可以分為馳振和顫振。渦激振動的“典故”有這么一說：
有一天，詩仙李白心情很郁悶，拿著刀到河邊去砍水，砍完后還是不爽，便把刀往河里一插，開始思考人生。可是，他發現水流在刀的阻擋下，流速并沒有放緩，反而增加湍急了；于是詩仙寫下了：《宣州謝脁樓餞別校書叔云》
棄我去者，昨日之日不可留；
亂我心者，今日之日多煩憂。
長風萬里送秋雁，對此可以酣高樓。
蓬萊文章建安骨，中間小謝又清發。
俱懷逸興壯思飛，欲上青天覽明月。
抽刀斷水水更流，舉杯消愁愁更愁。
人生在世不稱意，明朝散發弄扁舟。
這是一個鈍體繞流問題。在邊緣處（刀刃），水拐了個大彎往前流，由于受到壓縮速度變快（流量相等，截面積變小，速度變快）與之前的流場形成剪切層；剪切層不穩定，尤其在慣性力遠大于粘性力/表面張力/地心引力,剪切層破壞，形成更加湍急的漩渦。如果流速夠快，或者李大俠能夠卸劍劃水，或許可以看到卡門渦街。當漩渦脫離固體是，由于漩渦是非對稱的，所以會受到側向力，而這個側向力與漩渦頻率有關；即當固體頻率和漩渦頻率接近時，發生共振。由此，固體在漩渦作用下產生的振動叫渦激振動。
海洋石油隔水管，其圓柱狀的彈性管體，使漩渦非對稱的脫落形成側向力，側向力作用于彈性管體，使其發生變形，這個變形又反過來影響漩渦的周期性發放，最終使管體發生共振；歷史上有塔科馬海峽吊橋，便是因為渦激振動產生了共振而倒塌。
《老子》寫道，水善利萬物而不爭。渦激振動有利用的地方嗎？其實魚在水中游動，產生繞流，同時會產生相應的頻率；顯然，金魚和鯊魚不在一個量級，海洋中不同魚種互不串臺。海豹的胡須就是一個探測器，對食物魚類特別敏感。
展開 『分享』汽封間隙激振對轉子作用的動力學分析
摘要：基于氣動彈性力學理論，建立了模擬轉子汽封間隙流激振的動力學模型，分析了汽封轉
子系統的動力學行為．該模型用總階數為八階的兩組流固耦合的動力學方程描述，一組是2個分別
為沿 和y方向的轉子結構強迫振動方程；另一組是利用Rayleigh方程描述的2個流體動力系數
自激系統的強迫振動方程，給出了部分數值算例，并對結果進行了討論．
關鍵詞：轉子動力學；汽封激振； 自激振動
汽封間隙激振對轉子作用的動力學分析.pdf
車床為何會產生振動？介紹幾種消除措施！
車削加工中常見的故障之一就是振動。當車床產生振動時，工藝系統的正常切削過程受到干擾和破壞，不僅嚴重惡化加工表面質量，而且還會縮短機及刀具使用壽命。因此我們有必要采取一些措施來減小或者消除機床產生振動。
一、低頻振動的主要特征
消除機床回轉組件和傳動系統的振動后，車削振動的主要類型是不隨車削速度而改變的自激振動。今天我們主要介紹一下在加工過程中由于工件系統變形及刀架系統變形而產生的低頻振動的產生原因及其消除措施。
低頻振動的主要特征是：①振動頻率低(50～300Hz)，振動時發出的噪音低沉；②在工件切削表面留下的痕跡深而寬；③振動比較劇烈，常常使機床部件(如尾座、刀架等)松動并使硬質合金刀片碎裂。
二、低頻振動的產生原因
車削中的低頻振動時，通常工件系統和刀架系統都在振動(但絕大部分情況下工件系統的振動較大，起著主導地位)，它們時而相離，時而趨近，產生大小相等方向相反的作用力和反作用力。在振動過程中，當工件與刀具作相離運動時，切削力F相離與工件位移方向相同，所做之功為正值，如圖1(a)所示。當工件趨近刀具時，切削力F趨近所做之功為負值，如圖1(b)所示。
車削過程中：①切屑與刀具前刀面的摩擦力、②刀具在切入和退出工件時所遇到的金屬硬化程度不同、③振動過程中刀具實際幾何角度周期性改變、④振動時，刀具對工件相對運動軌跡是橢圓，因而引起切削截面周期性變化、⑤工件在前一轉時振動所留下的痕跡，引起了切削截面周期性變化。這5種情況都可引起切削力周期性的變化，并使F相離>F趨近。這樣，在每一振動周期中，切削力對工件(或刀具)所做之正功總是大于它對工件(或刀具)所做之負功，從而使工件(或刀具)獲得了能量補充產生自激振動。
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