旋转机械的核心组件是转子—轴系系统，因此它的大部分故障都与转子和轴有关。从目前已经了解的故障种类大概有二三十种，本书重点介绍几种旋转机械典型故障。
1.转子不平衡
转子不平衡是由于转子组件的质量中心（质心）与系统几何中心线不重合导致的故障，即质心不在旋转轴上，如图2-2所示。
图2-2 转子不平衡故障
转子不平衡会导致转子在旋转时所产生的离心力一直作用在转子上，转子每旋转一周离心力的方向就会产生一次振动响应。因此，转子不平衡振动的频率等于转子的转速频率，也称为基频或者工频（工作频率），本书中用f0表示，该频率是不平衡故障的特征频率。转子不平衡故障的振动运动的特征如表2-2所示。
表2-2 转子不平衡故障振动特征
2.转子不对中
旋转机械通常是由多个转子组成的多转子系统，转子间依靠轴系传递能量，相邻两转子的轴心线由于制造、安装等原因与轴承中心线之间产生了倾斜或偏移，导致了转子不对中故障。不对中是旋转机械常见的故障之一。不对中分为轴承不对中和轴系不对中，轴承不对中是指轴颈在轴承中偏斜。轴系不对中是指各转子不处于同一直线上。如图2-3所示，轴系不对中又分为平行不对中、角度不对中和综合不对中，当轴线平行位移时是平行不对中；当轴线交叉成一定的角度时是角度不对中；当轴线产生位移同时又有交叉时属于综合不对中。
图2-3 轴系不对中故障
相邻转子通过联轴器相互连接，连接处形成了拉压状态。当转子每旋转180°时，这种拉压状态就会改变一次，这样旋转360°时，拉压状态就会变更两次，在径向方向会产生两倍频率振动。转子不对中故障振动特征如表2-3所示。
表2-3 转子不对中故障振动特征
3.转轴裂纹故障
旋转机械工作时转速较高并且负载较大。因此在长时间运行后，转轴上容易出现横向疲劳裂纹，严重时会出现断轴严重事故。裂纹分为闭裂纹、开裂纹和开闭裂纹。闭裂纹是指转轴在压应力下旋转所产生的裂纹；开裂纹是指转轴在拉应力下旋转所产生的裂纹；开闭裂纹是指应力由于自身重量或者负载而产生。转轴裂纹故障产生的机理十分复杂，目前还没有公认的数学模型。
故障振动具有非线性特性，在裂纹初期，2倍、3倍基频等高倍频分量的幅度值会增加，随着裂纹逐渐扩展它的深度也会增大，1倍、2倍基频处的振幅也随之迅速增加。一般来说，裂纹故障振动频率主要以2倍频为主。转子不对中也是以2倍频为主，它们的区别是不对中故障的振动相对裂纹故障来说比较稳定。转轴裂纹故障频谱对比图如图2-4所示。转轴裂纹故障振动特征如表2-4所示。
图2-4 转轴裂纹故障频谱对比图
表2-4 转轴裂纹故障振动特征
4.动静摩擦(www.xing528.com)
为了提高旋转机械的效率往往会减小转子和静止部件之间的间隙，这样可以减小气体泄漏。但是减小间隙不仅会引起流体动力激振还会使转子和静止部件的摩擦概率大大增加。一般情况下，动静摩擦发生时会产生很大的振动。
动静摩擦分为径向摩擦和轴向摩擦。径向摩擦是指轴颈或转子外缘与静止部件接触所造成的摩擦。轴向摩擦是指转子在轴向与静止部件接触所造成的摩擦。当发生轴向摩擦时，转子的振动特征参数并没有十分明显的改变，几乎与正常工作时没有差别。但是轴向摩擦具有阻尼特性，它会使系统阻尼大幅增加。同时摩擦损耗能量引起局部发热引起振动矢量的变化。摩擦发生时转子的轴心轨迹与转轴旋转的方向是完全相反的。动静摩擦纹故障振动特征如表2-5所示。
表2-5 动静摩擦纹故障振动特征
5.滑动轴承的油膜涡动和油膜振荡
滑动轴承因为具有工作平稳、抗冲击能力高、可靠性高、高速工作时没有噪声、工作寿命长等优点常被大型旋转机械所采用。1925年B.L.Newkirk与H.D.Taylor发现了在滑动轴承中由于油膜力学特性所产生的自激振动现象。自激振动会引起油膜涡动和油膜振荡故障。轴在轴颈处作偏心旋转时会出现油楔，油楔进口断面大于出口断面，这就会出现多余的润滑油推动轴颈向前运动，轴心会产生涡动。涡动时转轴不仅有自转还会围绕轴心公转，这种现象称为涡动。油膜的涡动速度（以角频率为标准）理论值是轴转速（以角频率为标准）一半，这时涡动速度称为半速涡动。轴颈半速涡动图如图2-5所示。下面分析半速涡动运动：
图2-5 轴颈半速涡动图
流经轴颈润滑油的流量公式为：
式中 r——轴颈半径
dQ——轴承两端的泄油量；
ω——转轴自转角速度；
Ω——转轴公转角速度，即涡动速度；
l——轴承宽度；
C——轴承间隙；
e——偏心。
解上式可得
油膜涡动（半速涡动）出现后会持续一段时间，涡动信号频率会有所提高，同时涡动信号幅度也会增加。当转速达到临界转速的2倍时，涡动频率和一阶频率自振相等产生共振。这时振动剧烈程度达到最大，振幅陡增，1/2倍频处的振幅会接近或者超过基频振幅。如果继续提高转子的转速涡动频率不会改变，一直等于临界转速频率，这种现象被称为油膜振荡。油膜涡动和油膜振荡都是转子的一种失稳形式。转子失稳故障振动特征如表2-6所示。
表2-6 转子失稳故障振动特征
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