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旋轉(zhuǎn)機械的振動一般分為：徑向振動（也叫橫向振動），軸向振動，扭轉(zhuǎn)振動。徑向振動及軸向振動，均可采用電渦流位移傳感器進行監(jiān)測；而扭轉(zhuǎn)振動則不然。由于扭轉(zhuǎn)振動比徑向及軸向振動更加難以測量，因此經(jīng)常會忽略扭轉(zhuǎn)振動。實際上，扭轉(zhuǎn)振動可能相當(dāng)劇烈，并且能夠產(chǎn)生可導(dǎo)致疲勞失效的破壞性循環(huán)應(yīng)力。

扭轉(zhuǎn)振動常見的危害有：損壞傳動齒輪、聯(lián)軸器，引起扭轉(zhuǎn)-軸向耦合振動，引起軸系裂紋和斷裂等。

一、什么是扭轉(zhuǎn)振動

• 通用定義：扭轉(zhuǎn)振動，是轉(zhuǎn)子圍繞其旋轉(zhuǎn)軸發(fā)生靜態(tài)和動態(tài)扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動。

• 汽輪機行業(yè)的定義：當(dāng)汽輪機-發(fā)電機組軸系傳遞轉(zhuǎn)矩時，在其各個斷面上因所受轉(zhuǎn)矩的不同而產(chǎn)生不同的角位移。當(dāng)轉(zhuǎn)矩受到瞬時干擾而突然卸載或加載時，軸系按固有扭振頻率產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)振動。

• 船舶行業(yè)的定義：船舶推進系統(tǒng)軸系在柴油機、螺旋槳等周期性的激振力矩作用下所產(chǎn)生的周向交變運動及相應(yīng)變形，這種振動稱為扭轉(zhuǎn)振動。

扭轉(zhuǎn)變形以角（單位為°）的形式測量，這類似于以橫向變形來測量位移。扭轉(zhuǎn)振動的分析還需要角速度和角加速度。扭轉(zhuǎn)振動的振幅通常以deg pp為單位進行測量，角速度以deg/s pk為單位，角加速度以deg/s² pk為單位。在方程中使用時，通常會將這些值轉(zhuǎn)換為弧度，因此需注意所用單位。

表1 徑向振動與扭轉(zhuǎn)振動的參數(shù)比較

• 轉(zhuǎn)矩：力與力臂的乘積，單位為N·m；

• 轉(zhuǎn)動慣量：質(zhì)量與半徑平方的乘積，單位為kg·m²；

• 扭轉(zhuǎn)剛度：每單位角位移的轉(zhuǎn)矩，單位為N·m/deg；扭轉(zhuǎn)剛度由轉(zhuǎn)子對所施加轉(zhuǎn)矩的角度偏轉(zhuǎn)響應(yīng)加以定義。

• 扭轉(zhuǎn)阻尼：每單位速度的力，單位為N·m·s/deg；扭轉(zhuǎn)阻尼主要來源是材料的內(nèi)摩擦阻尼，會產(chǎn)生與軸的扭轉(zhuǎn)角速度成比例的轉(zhuǎn)矩（材料的應(yīng)變率）。對于大多數(shù)機器，我們假設(shè)扭轉(zhuǎn)阻尼很小。

有時，會在機械中安裝特殊的扭振阻尼器，這些阻尼器可以采取流體阻尼器或包含橡膠塊的特殊聯(lián)軸器的形式。橡膠材料能夠吸收一部分能量，從而增加系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)阻尼。橡膠塊類似于軟性的扭轉(zhuǎn)彈簧，能夠減少系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)剛度。時間長了以后，彈性體會變質(zhì)和硬化，從而喪失吸收能量的能力。

對于空心軸，軸段截面極慣性矩

當(dāng)軸為實心時，d=0。其中扭轉(zhuǎn)剛度KT 的表達式為：

可以看出，軸越長，扭轉(zhuǎn)剛度就越低；軸越細(xì)，扭轉(zhuǎn)剛度就越低；材料的剪切模量越小，扭轉(zhuǎn)剛度就越低。

給我們的啟示：為了提高軸的扭轉(zhuǎn)剛度，在允許的情況下，盡可能讓軸短一點，粗一點，用剪切模量更大的材料。

由于大多數(shù)轉(zhuǎn)子在整個長度上直徑并不均勻，因此典型轉(zhuǎn)子的扭轉(zhuǎn)剛度將隨軸向位置而變化。整個軸的剛度相當(dāng)于多個連續(xù)短軸的分段之和，每個分段都有自身的扭轉(zhuǎn)剛度，這些分段的行為類似于連續(xù)的彈簧，因此總扭轉(zhuǎn)剛度將小于最弱分段的剛度。（這跟電阻的并聯(lián)一個意思，并聯(lián)電路的總電阻將比電路中最小的電阻阻值還要低）

扭轉(zhuǎn)剛度KT 的倒數(shù)稱為柔度。

軸輸出的功率等于軸的轉(zhuǎn)矩（單位為N·m）與角速度（單位為rad/s）的乘積。

大多數(shù)旋轉(zhuǎn)機械的扭轉(zhuǎn)角（扭轉(zhuǎn)或卷曲）相當(dāng)小，大型蒸汽渦輪發(fā)電機組從機器的一端到另一端可能只有1°~2°的扭轉(zhuǎn)角。