旋轉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測；而扭轉振動則不然。由于扭轉振動比徑向及軸向振動更加難以測量，因此經常會忽略扭轉振動。實際上，扭轉振動可能相當劇烈，并且能夠產生可導致疲勞失效的破壞性循環應力。

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

一、什么是扭轉振動

• 通用定義：扭轉振動，是轉子圍繞其旋轉軸發生靜態和動態扭轉產生的振動。

• 汽輪機行業的定義：當汽輪機-發電機組軸系傳遞轉矩時，在其各個斷面上因所受轉矩的不同而產生不同的角位移。當轉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生的扭轉振動。

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

扭轉變形以角（單位為°）的形式測量，這類似于以橫向變形來測量位移。扭轉振動的分析還需要角速度和角加速度。扭轉振動的振幅通常以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，通常會將這些值轉換為弧度，因此需注意所用單位。

表1 徑向振動與扭轉振動的參數比較

• 轉矩：力與力臂的乘積，單位為N·m；

• 轉動慣量：質量與半徑平方的乘積，單位為kg·m²；

• 扭轉剛度：每單位角位移的轉矩，單位為N·m/deg；扭轉剛度由轉子對所施加轉矩的角度偏轉響應加以定義。

• 扭轉阻尼：每單位速度的力，單位為N·m·s/deg；扭轉阻尼主要來源是材料的內摩擦阻尼，會產生與軸的扭轉角速度成比例的轉矩（材料的應變率）。對于大多數機器，我們假設扭轉阻尼很小。

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軸器的形式。橡膠材料能夠吸收一部分能量，從而增加系統的扭轉阻尼。橡膠塊類似于軟性的扭轉彈簧，能夠減少系統的扭轉剛度。時間長了以后，彈性體會變質和硬化，從而喪失吸收能量的能力。

對于空心軸，軸段截面極慣性矩

當軸為實心時，d=0。其中扭轉剛度KT 的表達式為：

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

給我們的啟示：為了提高軸的扭轉剛度，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。

由于大多數轉子在整個長度上直徑并不均勻，因此典型轉子的扭轉剛度將隨軸向位置而變化。整個軸的剛度相當于多個連續短軸的分段之和，每個分段都有自身的扭轉剛度，這些分段的行為類似于連續的彈簧，因此總扭轉剛度將小于最弱分段的剛度。（這跟電阻的并聯一個意思，并聯電路的總電阻將比電路中最小的電阻阻值還要低）

扭轉剛度KT 的倒數稱為柔度。

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

大多數旋轉機械的扭轉角（扭轉或卷曲）相當小，大型蒸汽渦輪發電機組從機器的一端到另一端可能只有1°~2°的扭轉角。