Page 325 - 《振动工程学报》2026年第5期

第 5 期 伍奕桦，等：多孔质可倾瓦气体轴承-转子系统的动力学特性试验研究 1529

改变轴承整体的刚度、阻尼分布情况。 示。随着轴承供气压力的增大，次同步振动出现的
20 最大振幅方向 20 转速升高，次同步振动消失的转速下降，这表明增大
垂直方向 / μm −10 0 垂直方向 / μm −10 0 轴承供气压力能够缩小次同步振动出现的范围，提
10
10
高转子系统的稳定性。

−20
−20 −10 0 10 20 −20 −20 −10 0 10 20 3.2 转子系统不平衡量对动力学特性的影响
水平方向 / μm 水平方向 / μm
在转子系统的加工、制造和装配过程中会产生
(a) P s /P a =4.0 (b) P s /P a =4.25 误差，所以转子系统的残余不平衡量是不可避免的。
20
垂直方向 / μm −10 0 不平衡量对轴承-转子系统的动力学特性具有十分
10
重要的影响。在本文试验中，质量块使用的是
12×M3
−20
−20 −10 0 10 20 的螺钉，经称重后安装在配重盘的螺纹孔中。
转子系统在不同不平衡量条件下，竖直方向上
水平方向 / μm
(c) P s /P a =4.5 同步振动幅值随转速的变化情况如图 16 所示。当

图 13 不同供气压力下 1×10 r/min 转速时的轴心轨迹 安装的质量块分别为 55、85 和 120 mg 时，峰值分别
4
4
Fig. 13 Rotor orbit at 1×10 r/min under different gas supply 为 7.3、5.6 和 4.0 μm。当转子转速远高于临界转速
pressures 时，同步振动的幅值会随着不平衡质量的增大而减

小，其幅值分别稳定在约 2.9、2.2和 1.6 μm。
轴承供气压力的变化会引起轴承-转子系统动力

学特性的变化，从而改变系统的次同步响应。在不 8
平衡质量
同供气压力条件下，竖直方向和水平方向上的次同 7.3 μm 55 mg
6 85 mg
步振动幅值随转速变化的情况分别如图 14 和 15 所 5.6 μm 120 mg
18 P s /P a =4 P s /P a =4.25 P s /P a =4.5 振幅 / μm 4
不平衡质量增大 4.0 μm
16
14 2
12 2.2 μm 2.9 μm
振幅 / μm 10 8 12600~23200 r/min 0 0 1×10 4 2×10 4 1.6 μm 3×10 4 4×10 4

6
12600~24000 r/min
−1
转速 / (r·min )
4 11400~25200 r/min
2 图 16 不同不平衡质量下竖直方向同步振动幅值随转速的
0 变化曲线
1×10 4 2×10 4 3×10 4
−1
转速 / (r·min ) Fig. 16 Variation curves of vertical synchronous vibration

amplitude with rotational speed under different
图 14 不同供气压力下竖直方向次同步振动幅值随转速的
变化曲线 unbalanced masses
Fig. 14 Variation curves of vertical sub-synchronous vibration 经分析发现，配重盘上安装的质量块质量改变
amplitude with rotational speed under different gas
时，同步振动峰值所对应的转速没有变化，但同步振
supply pressures
动幅值随添加质量块质量的增大而降低，这说明添
18 P s /P a =4 P s /P a =4.25 P s /P a =4.5

16 加的不平衡量抵消了系统中原本残余的不平衡量。
14 当转速远高于临界转速时，振动幅值的大小由转子
12 系统不平衡量的大小所决定，与转子的转速无关，满
振幅 / μm 10 8 12600~23200 r/min 足如下关系：

4 6 12600~24000 r/min A m = m u r u （1）
11400~25200 r/min
m r
2 式中，A m 为高速区同步振动幅值（m）；m u 为不平衡
0
1×10 4 2×10 4 3×10 4 质量（kg）；r u 为不平衡质量偏心距（m）；m r 为转子总
转速 / (r·min )
−1
质量（kg）。

图 15 不同供气压力下水平方向次同步振动幅值随转速的
在不同不平衡量条件下，转子系统竖直方向上
变化曲线
次同步振动幅值随转速变化的情况如图 17 所示。
Fig. 15 Variation curves of horizontal sub-synchronous
随着安装质量块质量的增大，次同步振动出现转速
vibration amplitude with rotational speed under
4
different gas supply pressures 分 别为 1.32×10 和 4 1.74×10 r/min， 消 失 转 速 分 别 为