摩擦力和碰撞的关系很大。它产生在相接触的零件的每一个有相对运动的地方。其大小主要取决于零件间的正压力、材料、零件表面性质以及它们相对速度的方向。摩擦力会改变转子的转动和进动,其作用的结果先使转速下降,随后当摩擦力矩去掉时便产生瞬时扭转振动。摩擦力使转子运动的动能一部分转变为热能,一部分消耗在接触表面磨削上,所以能量损耗,这就发生了由一间隙改变而引起的摩擦条件的变化。局部发热可能导致轴变形或者密封件损坏。摩擦还会产生噪音—具有丰富频谱的声波。
1. 系统刚度变化
旋转机械的刚度决定机器的自然频率(共振频率)。这个刚度是由轴(包括转动部件)的刚度、支座的刚度、轴承及密封的刚度决定的,当转轴偶然和一静止的障碍物接触时,这种新的边界条件改变了它的刚度。如果转子发生接触则在每一旋转周期的一部分时间内(局部摩擦),或者在保持整周接触时(整周摩擦)连续地影响轴的刚度。在局部摩擦的情况下,转子的刚度在*低值(与障碍物不接触)和*值(与障碍物接触)之间变化。刚度变化的频率与进动的频率相同。这就可能发生存在于有周期性变化系数的系统中的自由振动的不稳定性。
转子与静止部件的局部摩擦或者是在尺寸差或润滑不良的轴承中的摩擦经常引起稳定的次谐振(分数谐波共振),其频率正好是转速的一半。然而随着转速的升高,次谐波振动的范围是变化的。当转子的旋转速度高于一阶自然频率的三倍时,稳态次谐振的范围为1/3(“轻”摩擦)或1/2(“重”摩擦)。如果转速过转子*阶自然频率的i倍时,那么转子的响应将由同步分量(1X)和一个次同步分量组成,其*低频率随着摩擦力的增加分别等于(1/i)ω、(1/i-1)ω、…(1/3)ω、(1/2)ω。次谐波的范围决定于不平衡、阻尼、外载荷、几何形状、材料性质等因素。当阻尼很大时,次谐波可能根本不发生。
VALENIAN试验台通过摩擦螺钉来实现局部摩擦,用来验证由局部摩擦产生的转子稳态响应机理、观察分数谐波共振现象。随着调节摩擦螺钉改变摩擦大小,在示波器上可观察到不同的轴心轨迹图形。图5表示了轻摩擦和重摩擦时的轴心轨迹。亮点表示的键相点变化一般与轴的转向相同。