转子动力学研究的回顾与展望
高速永磁同步电机电磁分析与转子动力学研究
高速永磁同步电机电磁分析与转子动力学研究1. 本文概述本文旨在深入研究高速永磁同步电机（PMSM）的电磁分析与转子动力学特性。
随着现代工业技术的发展，高速永磁同步电机以其高效率、高功率密度和良好的调速性能，在航空航天、机床工具、新能源发电等领域得到了广泛应用。
对高速永磁同步电机进行深入的电磁分析和转子动力学研究，对于优化电机设计、提高电机性能、拓宽应用领域具有重要意义。
本文将首先介绍高速永磁同步电机的基本结构和工作原理，为后续分析提供理论基础。
随后，文章将重点围绕电磁分析展开，包括电机绕组设计、磁路分析、电磁场计算等方面，以揭示电机内部电磁过程的本质规律。
在此基础上，本文将进一步探讨高速永磁同步电机的转子动力学特性，包括转子动力学模型建立、模态分析、振动噪声控制等内容，以揭示电机在高速运行过程中的动态响应和稳定性问题。
本文将对高速永磁同步电机的电磁分析与转子动力学研究进行总结，归纳出电机设计优化的关键因素，为未来的电机研发和应用提供有益的参考。
通过本文的研究，期望能为高速永磁同步电机的技术进步和产业发展做出一定的贡献。
2. 高速永磁同步电机的基本理论高速永磁同步电机（HighSpeed Permanent Magnet Synchronous Machine, HSPMSM）是一种广泛应用于航空航天、高速列车、风力发电等领域的电机。
其基本工作原理基于电磁感应定律和洛伦兹力定律。
在电机中，通过在转子上安装永磁体和在定子上布置三相绕组，当三相交流电通过绕组时，产生旋转磁场。
这个旋转磁场与永磁体的磁场相互作用，产生转矩，驱动转子旋转。
电磁场的分析是理解HSPMSM运行特性的关键。
主要分析内容包括磁场的分布、磁通量的路径以及电磁力的大小和方向。
这些分析通常基于麦克斯韦方程组，通过有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）等数值方法进行。
通过电磁场分析，可以准确预测电机的电磁性能，如转矩、反电动势和效率。
转子动力学研究进展
转子动力学研究进展韩清凯;马辉【摘要】本文简要回顾了转子动力学的发展历程,指出了转子动力学的研究对象,如以汽轮发电机、燃气轮机、离心/轴流压缩机和航空发动机等大型装备为代表的复杂转子系统;主要研究内容涉及转子系统动力学建模、临界转速和振动响应计算、柔性转子动平衡技术、支承转子的各类轴承动力学特性、转子系统动力稳定性、转子系统非线性动力学、转子系统振动故障及其诊断技术、转子系统振动控制和多场耦合激励下转子系统振动,如机电耦合振动等.未来的研究主要聚焦在转静子系统耦合振动,基于大数据的转子系统智能诊断和考虑新材料、新结构的转子系统振动控制技术等方面.【期刊名称】《动力学与控制学报》【年(卷),期】2018(016)006【总页数】2页(P481-482)【关键词】旋转机械;转子动力学;稳定性;振动控制;智能诊断【作者】韩清凯;马辉【作者单位】大连理工大学机械工程学院,大连 116024;东北大学机械工程与自动化学院,沈阳 110819【正文语种】中文引言转子动力学是研究旋转机械转子及其部件和结构动力学特性的学科.转子动力学起源于十九世纪六十年代,目前已经成为机械动力学的重要分支.当代转子动力学的研究对象主要是以汽轮发电机组、燃气轮机、离心/轴流压缩机和航空发动机等重大装备为代表的复杂转子系统.转子系统的运动以涡动运动为典型形式.通常情况下,转子系统的振动问题一般比较突出,并且也十分复杂,不仅有转轴的弯曲振动和扭转振动,还包括叶轮的振动、叶轮上叶片的振动、机匣和基础振动,以及流体介质或轴承油膜等因素引起的涡动失稳等．目前转子动力学与振动研究主要涉及：1)转子系统动力学建模；2)临界转速和振动响应计算；3)柔性转子动平衡技术；4)支承转子的各类轴承动力学特性；5)转子系统动力稳定性；6)转子系统非线性动力学；7)转子系统振动故障及其诊断技术；8)转子系统振动控制；9)多场耦合激励下转子系统振动,如机电耦联振动等.1 转子动力学的发展历程转子动力学的研究已有百年历史．关于转子振动分析的最早记录是1869年英国物理学家Rankine发表的题为“论旋转轴的离心力”的论文,该论文得出了转子只能在一阶临界转速以下稳定运转的错误结论．Foppl(1895年)和Jeffcott(1919年)指出了转子在超临界运转时会产生自动定心现象,因而转子可以稳定工作．随着转子超临界运转,Newkirk发现了油膜轴承导致自激振动失稳现象,从而确定了油膜轴承稳定性在转子动力学分析中的重要地位．在油膜轴承稳定性的研究方面,Newkirk、Lund、Child和Muszynska等做出了突出贡献.在国内转子动力学研究领域.众多学者和工程技术人员开展了大量的研究工作,包括复杂转子系统动力学建模、转子系统非线性理论与失稳分析、转子系统碰摩等多种故障以及耦合故障的机理研究、转子系统振动故障诊断技术、轴承或齿轮系统动力学与振动故障诊断、转子系统动力学设计技术、以及转子系统振动控制理论与技术等,经过多年的辛勤努力,取得了大量的高水平成果.这些研究成果不仅极大地提升了我国在转子动力学领域的国际学术地位,而且对推动我国诸多工程领域的产品与技术的发展,发挥了至关重要的作用.2 转子动力学未来发展当前转子动力学的研究进入了新阶段.一方面,针对具有复杂结构的转子系统,特别是转子系统与静子系统刚度接近、存在振动耦合的情况,转子和静子结构连接面多且形式复杂,考虑服役退化,以及整机动力学的研究,振动响应的高精度预估研究等,得到了人们的高度重视.另一方面,面向转子系统振动与故障机理与诊断研究,强调了大数据与智能预测方法研究,揭示故障表征的新模式,促进故障机理研究,开展基于大数据的转子系统智能诊断,也已成为目前研究的热点问题之一.转子系统振动控制技术也拓展应用到采用新材料、新结构和提高预测控制能力等方面,提高转子系统振动控制能力及其可靠性和准确度.目前转子动力学在以下六个方面,已经取得了一些代表性成果：1)大型复杂转子系统的力学建模和分析手段,主要涉及连接件建模、大型复杂柔性转子系统、柔性转子系统-柔性基础系统、非同步旋转机械、特殊转子系统.2)考虑非线性的大型转子系统降维理论,主要涉及高维非线性动力学系统的降维方法和提高现有非线性动力学理论能够求解的维数.3)失稳机理分析和非线性分析,主要涉及油膜力、密封力、叶尖气隙力(Alford力)、转轴的刚度不对称、转轴材料的粘弹性和转轴的结构阻尼、转子和静子在间隙内的相互碰摩引起干摩擦力、充液转子等诱发的失稳和非线性振动.4)基于大数据的转子-轴承系统智能故障诊断,主要涉及浅层稀疏网络特征提取方法,建立具有深层结构的深度学习网络,研究旋转机械装备健康状态的多标记体系,全面高效地描述大数据下旋转机械系统的故障信息,形成融合多物理信息源的深度学习模型.5)转子-轴承系统的非线性动力学设计,主要涉及多目标优化设计,不但要设计合理的稳定裕度,还要设计失稳转速使其对参数变化最不敏感,使稳定裕度对一定范围内的制造工艺偏差及运行条件变化最不敏感.6)转子-轴承系统的振动控制,如采用弹性支承加挤压油膜阻尼器的低刚度、高阻尼特性的“滚动轴承与减振元件一体化”结构.3 专刊内容本专刊所收录的论文来自于2018年5月在苏州召开的第13届全国转子动力学会议.它包括复杂转子-支承系统动力学特性与振动响应分析、齿轮转子系统和考虑螺栓连接结合面的转子系统动力学特性研究、滚动轴承动力学特性研究、以及转子系统动力学吸振器减振研究等.期望专刊的出版能对我国转子系统动力学与振动的研究以及相关学科的发展起到积极的促进作用.。
转子动力学课程总结报告
转子动力学课程总结报告转子动力学课程总结报告随着机械工程行业的不断发展，转子动力学成为了一个热门的研究领域，目的是研究非刚性转子的振动特性、失效机制和控制方法等。
在本次转子动力学课程中，我学习了许多关于转子动力学的知识和理论，本报告将结合我的学习经历，对该课程进行总结。
一、课程背景转子动力学课程是一个涉及到机械工程领域中难度比较高的课程，主要是研究非刚性转子的动力学特性，如振动、稳定性等。
该课程的学习对于理论建设和实际应用有着很大的指导意义，对于掌握机械工程领域的相关知识也有很大的帮助。
二、课程内容该课程的主要内容包括非刚性转子的振动、稳定性、失效和控制方法等。
在课程中，我学习了非刚性转子的运动方程、振动特性、稳定性分析、失效机制和控制方法等方面的内容，从而对转子动力学领域有了更深入的认识。
三、课程收获通过学习该课程，我收获了很多，其中包括：1.理论知识：我掌握了非刚性转子的运动方程、振动特性、稳定性分析、失效机制和控制方法等方面的知识，对转子动力学领域有了更深入的认识。
2.实践经验：通过课程中的实验项目，我了解了实际运用于转子动力学的软件以及实验过程中的注意事项和解决问题的能力。
3.领域拓展：通过课程的学习，我认识到非刚性转子的研究领域还有很多需要发展的空间，我积极探索、学习、并将来为该领域做出自己的贡献。
四、课程反思该课程的难度较大，需要我花费较多的精力和时间去理解和掌握。
在学习过程中，我发现自己的数学功底有些薄弱，对一些复杂的计算公式不太熟悉，所以要花费更多的时间去学习、理解和掌握相关内容。
除此之外，该课程的实验项目相对较少，我希望在以后的学习过程中有更多的实验和实践内容，以加深自己的理论和实践能力。
五、课程展望在未来的学习中，我将进一步深入研究转子动力学这个领域，不仅仅是求取数学理论解，更重要的是将理论知识与实际应用相结合，创新并发展非刚性转子的振动控制方法，为机械设计行业做出贡献。
六、结论通过学习转子动力学课程，我掌握了非刚性转子运动方程、振动特性、稳定性分析、失效机制和控制方法等知识，对转子动力学领域有了更深入的认识。
转子动力学研究的回顾与展望
转子动力学研究的回顾与展望一、本文概述转子动力学，作为机械工程和航空航天工程领域的一个重要分支，主要研究旋转机械系统中转子的运动特性和稳定性问题。
随着科技的不断进步和工业的快速发展，转子动力学的研究不仅在理论层面取得了显著的突破，更在实际应用中发挥了不可替代的作用。
本文旨在全面回顾转子动力学的发展历程，总结其研究现状，并在此基础上展望未来的研究方向和潜在的应用前景。
文章将首先回顾转子动力学的起源和发展历程，介绍其从早期的线性理论到现代的非线性、多体动力学理论的演变过程。
接着，本文将综述转子动力学的主要研究内容和方法，包括转子系统的建模、稳定性分析、振动控制等方面，并重点分析当前研究的热点和难点。
在此基础上，文章将展望转子动力学未来的发展趋势，探讨新的理论方法和技术手段在转子动力学研究中的应用前景，以期为相关领域的研究人员和工程师提供有益的参考和启示。
二、转子动力学研究的回顾转子动力学，作为机械工程和航空航天领域的重要分支，其研究历史可追溯至19世纪末期。
自那时起，科学家们就开始了对旋转机械中转子行为特性的探索，以优化其性能并减少故障。
在20世纪早期，转子动力学主要关注转子的平衡问题，即如何通过设计和加工消除不平衡引起的振动。
随着工业技术的进步，转子的尺寸和速度不断增加，其动力学行为变得更为复杂。
因此，研究者开始关注转子的临界转速、稳定性以及振动控制等问题。
到了20世纪中后期，随着计算机技术的飞速发展，转子动力学的研究方法发生了革命性的变化。
数值分析、有限元法等计算方法的引入，使得研究者能够更准确地模拟和分析转子的动态行为。
同时，实验技术的进步也为转子动力学研究提供了更多手段。
进入21世纪，转子动力学的研究领域进一步拓宽。
除了传统的旋转机械外，还涉及到了风力发电机、燃气轮机、航空发动机等新型旋转机械。
随着对非线性动力学、混沌理论等的研究深入，转子动力学的理论体系也在不断完善和丰富。
回顾转子动力学的发展历程，我们可以看到其从简单的平衡问题发展到复杂的动力学行为分析，从单一的实验手段发展到多元化的研究方法。
燃机电厂燃气轮机转子动力学特性研究与实践
燃机电厂燃气轮机转子动力学特性研究与实践燃机电厂燃气轮机转子动力学特性研究与实践燃机电厂作为一种常见的能源生产方式，燃气轮机作为其核心部件之一，具有重要的作用。
研究和实践燃气轮机的转子动力学特性，对于提高其性能和稳定性至关重要。
本文将探讨燃机电厂燃气轮机转子动力学特性的研究与实践。
一、燃机电厂燃气轮机转子动力学特性概述燃机电厂燃气轮机转子动力学特性指的是研究转子在运转过程中所受到的力学影响、振动与稳定性等方面的特性。
转子的动力学特性对燃气轮机的性能和可靠性有着直接的影响，因此深入研究和实践转子动力学特性是非常必要的。
二、转子动力学特性研究方法为了研究燃气轮机转子的动力学特性，研究人员通常采用数学模型和实验方法相结合的研究方法。
数学模型可以通过建立转子振动方程来描述转子在运转过程中的动力学特性。
实验方法可以通过搭建试验台架，对转子进行实验性的振动测试。
这两种方法相互补充，可以为燃气轮机转子的动力学特性提供全面的理论和实验依据。
三、转子动力学特性研究的重点1. 转子振动特性研究：转子在运转过程中，由于受到各种力的作用，会发生振动。
研究转子的振动特性，如自由振动频率、振型等，可以为燃气轮机的设计和优化提供参考。
2. 转子失稳特性研究：燃气轮机转子在高速运转时可能会出现失稳现象，如不稳定振动和自激振动等。
研究转子的失稳特性，可以帮助燃气轮机制造商和运营商及时发现潜在问题，以保障设备的安全运行。
3. 转子受力分析：转子在工作过程中受到各种力的作用，如离心力、惯性力和压力等。
研究转子受力分析，可以确定在不同工况下的转子受力情况，为燃气轮机的结构设计和运行参数提供依据。
四、转子动力学特性的实践应用研究和实践燃气轮机转子的动力学特性具有重要的实际应用价值。
通过深入分析和研究转子的动力学特性，可以为燃气轮机的设计、制造和运行提供指导和支持。
1. 燃气轮机的设计与优化：通过研究转子的动力学特性，可以为燃气轮机的设计和优化提供依据。
磁力轴承支承的转子动态特性研究
磁力轴承支承的转子动态特性研究一、本文概述随着科技的进步和工业的快速发展，对于高速、高精度旋转机械的需求日益增加。
磁力轴承作为一种新型的无接触轴承，因其无需润滑油、低磨损、无污染等特性，被广泛应用于各种高速旋转机械中。
本文旨在深入研究磁力轴承支承的转子动态特性，以期为提高旋转机械的性能和稳定性提供理论支持和实践指导。
本文将首先介绍磁力轴承的基本原理和分类，分析其在高速旋转机械中的应用优势。
随后，将详细阐述磁力轴承支承的转子动力学模型，包括转子的运动方程、稳定性条件等。
在此基础上，通过理论分析和数值计算，研究磁力轴承支承的转子在各种工况下的动态特性，如临界转速、振动模态、稳定性等。
还将探讨磁力轴承设计参数对转子动态特性的影响，为磁力轴承的优化设计提供理论依据。
本文将结合实验数据和仿真结果，对磁力轴承支承的转子动态特性进行验证和分析。
通过对比不同磁力轴承支承的转子动态特性，评估磁力轴承的性能和适用范围，为磁力轴承在高速旋转机械中的推广应用提供有力支持。
二、磁力轴承基本原理与结构磁力轴承，又称为磁悬浮轴承，是一种利用磁力实现无接触支承和稳定旋转的轴承技术。
其基本原理基于电磁感应和洛伦兹力，通过精确控制电磁场产生的力，实现转子的悬浮和稳定旋转。
磁力轴承主要由控制系统、电磁铁和位移传感器等部分组成。
磁力轴承的结构设计通常包括径向轴承和轴向轴承。
径向轴承负责支撑转子的径向运动，防止其与定子接触产生摩擦。
而轴向轴承则负责控制转子的轴向位置，确保其沿预定轨迹旋转。
电磁铁是磁力轴承的核心部件，通常由多个电磁线圈组成，这些线圈在控制系统的指挥下产生所需的电磁场。
位移传感器则负责实时监测转子的位置变化，为控制系统提供反馈信号，以实现对电磁场的精确控制。
磁力轴承的最大特点在于其无接触、无磨损的运行方式。
由于转子和定子之间不存在机械接触，因此可以大大降低摩擦和磨损，提高系统的可靠性和耐久性。
磁力轴承还具有高刚度、高阻尼和良好的动态特性，使得其在高速、高精度和高可靠性领域具有广泛的应用前景。
高维复杂转子系统非线性动力学的若干现代问题研究
高维复杂转子系统非线性动力学的若干现代问题研究一、本文概述随着科技的不断进步和工业的快速发展，高维复杂转子系统在航空航天、能源动力、交通运输等领域的应用越来越广泛。
然而，这类系统通常具有高度的非线性特性和复杂的动力学行为，这使得其设计、优化和控制面临巨大的挑战。
因此，深入研究高维复杂转子系统的非线性动力学问题，对于提升相关领域的技术水平和推动工业发展具有重要意义。
本文旨在探讨高维复杂转子系统非线性动力学的若干现代问题，通过理论分析和数值模拟相结合的方法，揭示这类系统的动力学特性和演化规律。
文章首先介绍了高维复杂转子系统的基本结构和动力学模型，然后重点分析了非线性因素对该系统稳定性、振动特性和能量传递等方面的影响。
在此基础上，文章进一步探讨了现代控制理论、智能算法和数据分析方法在高维复杂转子系统非线性动力学研究中的应用，为相关领域的理论研究和工程实践提供了新的思路和方法。
本文的研究不仅有助于加深对高维复杂转子系统非线性动力学的理解，也为相关领域的技术创新和工程应用提供了理论支持和指导。
未来，随着研究的深入和技术的进步，相信高维复杂转子系统的非线性动力学问题将得到更加全面和深入的探讨，为工业发展和科技进步做出更大的贡献。
二、高维复杂转子系统的数学建模在探讨高维复杂转子系统的非线性动力学问题时，数学建模是至关重要的一环。
高维复杂转子系统通常涉及多个相互作用的动态组件，包括轴承、叶片、轮盘等，这些组件在高速旋转时会产生各种复杂的动力学行为。
因此，建立准确的数学模型对于理解这些系统的运行机制和性能优化具有重要意义。
数学建模的首要步骤是确定系统的运动方程。
这通常涉及对系统各组件的力学分析，包括惯性力、弹性力、阻尼力等。
对于高维复杂转子系统，这些力可能会随着转速、温度、负载等参数的变化而变化，因此运动方程往往是高度非线性的。
除了运动方程，还需要考虑系统的约束条件，如轴承的支撑约束、叶片的振动约束等。
这些约束条件会对系统的动力学行为产生重要影响，因此在建模过程中必须予以充分考虑。
转子动力学发展史
转子动力学发展史哈尔滨工程大学关雨一、前言旋转机械在现代工业中的使用日益增多，同时伴随着高速化和大型化。
这些我们在大型的工业汽轮机组，离心泵以及大型汽轮发电机组中都可以看到。
在这些高速机器中，转子系统的振动和稳定性具有重要的意义，它是保证机器可靠性和寿命的关键因素。
转子动力学是研究旋转机器转子系统振动和动力稳定性的理论，工程设计计算以及减振，隔振，振动控制的科学，其发展迄今已逾百年。
据统计，在1974年以前，公约公开发表过1200篇研究论文，而从1974年到现在，证方面的论文已经超过次数。
转子动力学研究的飞速发展，正因其所遇到的问题多、复杂、重要，如：非线性振动和随机振动等。
国内外由于旋转机械发生的事故不胜枚举，如1972年日本海南电站一台60万汽轮机组由于轴系强烈振动而全毁，碎片击穿厂房并引起大火。
转子动力学的研究者最早是1919年的Jeffcott, 他研究了两端支承在刚性轴承上的柔性轴，轴无质量，轴对称的而且在轴上只有一个集中质量的最简单的转子系统的振动情况。
转子动力学设计的面比较广，问题也比较多，现在只从某几个主要方面来评述。
二、临界转速问题所谓临界转速是指对应于转子系统各阶固有频率的转速。
若其工作转速和临界转速相等则产生共振。
２-1.计算分析方法：在上世纪50年代以前研究者都假定支承是绝对刚性的，而且往往只是求一阶临界转速较为适宜，诸如Rayleigh法，Ritz法和Stodala法。
1945年Prohl以及先后由Myklesfad, Holzer 等人提出的初参数法用来计算多支撑转轴系统的临界转速得到了发展。
他们能够考虑支承弹性、滑动轴承油膜弹性、陀螺效应等因素，并计算高阶的临界转速。
1957年以后E.C.Koling; T.G.Guenther等人在Prohl法的基础上排成举证形势更白玉在计算机上处理，形成了传递矩阵法。
1954年以后，W.g Duncan R.E.D.Bishop 等人先后提出影响系数及机械阻抗和导纳的概念，这些概念在电网路分析及音响学分析已使用多年，现在被应用拿过来解决机械振动问题。
国外转子动力学研究综述
3 转子平衡技术 平衡是转子的实际运 行 中 必 须 经 过 的 环 节。
Kang［41］使用有限元分析，模拟了传感器和飞行条件 下的弹性转子轴承系统的平衡，并通过转子系统的 实验进行 了 验 证。 Zhou［42］ 认 为 使 用 的 电 磁 法 平 衡 后转子系统会在加速时存在不平衡，因此提出了一 种主动平衡法来抵消这种不平衡，并建立了相关试 验平台进 行 验 证。 Shin［43］ 利 用 了 主 动 平 衡 系 统 传 递函数的正实性，提出了一种自适应多平面转子主 动平衡方法。Kim［44］提出了一种电磁式的主动平衡 设备，采用影响系数法研究了其主动平衡方法并进 行了验证。Luo［45］提出了一种检测质量不平衡和冲 击不平衡的方法，可通过迭代算法从同步振动测量 数据获取系统参数参数，并用实验室转子试验台和 发动机 测 试 进 行 了 验 证。 Andres［46］ 提 出 了 采 用 双 盘柔性转子的不平衡响应估计转子轴承系统参数的 方法，该方法仅需要两个已知分布和质量不平衡转 子的测试数据（ 振幅和相位测量的独立测试） 。综 上所述，国外近年来对转子的平衡提出了很多新方 法，并对传统方法的弊端进行了改进。
转子动力学研究的回顾与展望
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转子动力学原理
转子动力学的基本原理主要包括转子的运动规律、力矩的形成及其作用以及振 动理论等。转子的运动规律描述了转子在旋转过程中的角速度、角位移等参数 的变化特征；力矩的形成主要涉及到电磁场、流体动力场等因素的作用；振动 理论则涉及到转子系统的稳定性、振动模态等内容。
转子动力学在工程中的应用
3、冶金领域：在冶金领域，转子动力学可用于连铸机、轧机等设备的动态特 性分析。通过优化转子结构设计，降低设备振动和噪声，提高生产效率和产品 质量。
4、石油领域：在石油领域，转子动力学可用于钻井设备、采油机等旋转机械 的设计和优化。例如，通过对采油机转子系统的动态特性分析，优化采油机的 效率和稳定性，提高石油开采效率。
3、控制策略与优化：当前控制策略主要集中在稳态特性优化上，对于动态特 性的优化和控制研究相对较少。如何实现旋转机械系统动态性能的提升和控制 仍需进一步探讨。
4、实验与仿真：实验与仿真研究是转子动力学研究的重要手段。然而，当前 实验条件和仿真软件还存在一定的局限性，导致实验结果和仿真分析可能存在 偏差，影响研究的准确性。
3、实验与仿真：随着实验技术和仿真软件的发展，将进一步提高实验和仿真 的准确性和效率。未来，可以通过开展更多实验和仿真研究，深入了解旋转机 械系统的动态特性，优化其设计和运行。
4、故障诊断与预防：随着传感器技术和数据挖掘技术的发展，将为转子动力 学的故障诊断和预防提供更多的手段。例如，利用智能传感器和大数据分析技 术，可以及早发现故障迹象，提前采取预防措施，降低设备故障率，提高生产 效率。
转子动力学研究的现状和存在的 问题
当前，转子动力学的研究已经取得了显著的成果。然而，在实际应用中仍存在 以下问题：
1、复杂系统建模：对于复杂旋转机械系统，建立精确的数学模型仍是一个挑 战。由于系统中存在非线性、不确定性和多尺度效应等因素，导致模型失真和 预测精度下降。
转子动力学发展史
转子动力学发展史作者，杨建学号：200907110简介：回顾了转子动力学的发展历史,总结了在旋转机械转子系统的动力学分析与计算方法;转子系统的不平衡强迫响应与平衡技术;并对现代工程师在转子动力学的发展方向提出了建议和意见。
关键词：转子，动力学，旋转轴，计算机模拟内容：转子动力学有着非凡的历史，主要是由于理论和实践之间的相互作用。
的确，人们可以说，，其做法更比其理论推动转子动力学的发展。
首先，一种方法的起源是一个具有挑战性的任务。
读者将拥有自己的对历史文献的事后实际诠释权利。
在一些情况下，我已经完全遵循内维尔Rieger.1的解释。
朗肯到克尔.W J于1869.2提出一个旋转轴的初步分析，他选择了一个不幸的模型，并预计超过一定的旋转速度，在左右将产生轴弯曲，在这弯曲部分将形成旋涡。
他定义为“旋转速度”轴。
事实上，它可以证明，超过这个速度旋转无限制。
今天朗肯的模型增加径向变形，这个速度将被称为发散失稳速度。
1895年，斯坦利邓克利出版了一本有滑轮的轴载，他的研究的论文中第一句话写道：“众所周知，每一个轴，当在一个特定的速度转弯或者驱动，除非偏转量是有限的，平衡必须被打破，才能在更高的速度再运行真正的轴。
这种特殊的速度或'临界速度就是发散失稳速度。
临界转速依赖于其尺寸轴的支撑和弹性模量、大小、重量、位置。
据我所知，这是第一次使用这个词“临界速度”。
令人遗憾的是那些邓克利视为众所周知的东西，实际上却鲜为人知。
例如，1895年由德国土木工程师Foppl八月份发表表明，一个备用转子模型展出了上述朗肯的婆娑的稳定的解决方案，我们不能责怪他们太多，因为Foppl出版了他在明镜的一个期刊，可能是没有很好地认识当代转子的分析。
更要告诉大家的一个明显的对于实际工作的工程师,如《瑞典卡尔·德·拉法尔,他在1889年跑单级汽轮机在超临界速度。
我们可以推测，工程师在日光之下劳碌一天后的一种混淆的概念——就是Dunkerley 旋转速度与软的临界速度。
转子动力学问题的计算方法研究
转子动力学问题的计算方法研究随着机械制造技术的不断发展和进步，机械设备的运行质量也变得越来越高。
而作为机械设备的重要组成部分，转子动力学问题一直备受人们的关注。
因此，针对转子动力学问题的计算方法研究显得尤为重要。
一、转子动力学问题的定义及研究意义转子动力学问题是指在高速旋转机械中，由于各种错误设计、制造质量问题、工作负荷等原因所产生的运动不稳定问题。
当转子在高速运转时，出现了由于惯性力、离心力与刚度作用而产生的扰动，导致转子振动、噪声增大、疲劳寿命下降、严重者会形成裂纹和磨损，从而引起质量事故。
因此，转子动力学问题研究对于提高机械设备的可靠性、延长使用寿命具有重要意义。
二、转子动力学问题的计算方法研究现状在过去的几十年里，转子动力学问题的研究取得了很大的进展，不少学者针对此类问题提出了不同的研究方法。
1. 理论计算法通过对转子的运动学、动力学进行建模，并假设初始状态的成形，以刚体力学及振动力学原理为基础，利用微分方程、矩阵方程等数学方法求解转子的振动响应，确定转子的固有频率和振型等动态特性参数。
该方法在理论计算方面有很大的突破，但其耗费计算时间、计算规模较大，准确性需要进一步探讨。
2. 数值计算法通过对转子的动力学本质进行数值模拟，解决由于不同环境产生的振动和局部流体衰减的问题。
其中包括有限元方法、边界元法、有限差分法、有限体积法、模态超元法等，通常步骤包括对出现的问题进行分析建模、进行数值计算并筛查结果、最终落实所得结果。
此方法在节省计算时间方面优势明显，但要想获取高精度的计算结果，需要付出更多的计算复杂度。
3. 实验法通过实验获得转子系统的实际运行状态、振动特性和振动模式等数据，并由此分析其振动原因及解决方案。
从而通过实验验证的方式获取转子动力学问题的解。
该方法可以解决转子问题的实际运行情况，但是测试成本显著上升。
三、转子动力学问题的计算方法研究展望虽然现有的计算方法可以解决转子动力学问题，但还有待进一步提高其计算效率和计算精度，同时也需要提高其计算规模能力。
柔性转子动平衡及转子动力特性的研究
01 摘要
03 文献综述
目录
02 引言 04 研究方法
目录
05 实验结果与分析
07 参考内容
06 结论与展望
摘要
摘要
本次演示主要探讨了柔性转子的动平衡和转子动力特性的研究。柔性转子是 一种具有复杂动态特性的旋转机械部件，其不平衡和振动问题会影响整个系统的 性能和稳定性。通过深入了解柔性转子的动力特性，可以有效地提高旋转机械系 统的效率和稳定性。本次演示首先介绍了柔性转子的概念和定义，并阐述了研究 柔性转子动平衡及动力特性的意义。
结论与展望
结论与展望
本次演示通过实验研究的方法，对柔性转子的动平衡和动力特性进行了深入 探讨。通过实验，我们准确地测量和识别了柔性转子不平衡量的位置和大小，并 采用有效的动平衡技术对其进行了平衡校正。此外，我们还发现柔性转子的振动 特性受到多种因素的影响，并对其变化规律进行了深入研究。然而，仍存在一些 不足之处，如对于柔性转子动力特性的研究还不够深入，对于动平衡技术还需要 进一步探索等。
4、结论与建议
（1）研究更高效的测试仪器和方法：针对现有测试仪器和方法可能存在的不 足之处，研究更为高效的测试方法和仪器，以提高测试的准确性和效率。例如， 可以探索使用更先进的传感器技术和数据采集技术，以便更精确地获取转子的运 行状态数据。
4、结论与建议
（2）优化自动平衡算法：尽管现有的自动平衡算法已经取得了一定的成果， 但仍有许多可以改进的地方。未来可以研究更为高效的机器学习算法和其他人工 智能技术，以提高自动平衡的准确性和响应速度。
结论与展望
4、开展更加系统和全面的实验研究，以进一步深入了解柔性转子的动平衡和 动力特性。
参考内容
转子动力特性及动平衡研究综述
转子动力特性及动平衡研究综述
转子动力特性及动平衡研究综述
对转子动力特性及动平衡研究进行了综述.主要内容包括:转子动力特性研究,转子产生不平衡的原因及不平衡所引起的振动特点,柔性转子的平衡条件、平衡特点、评价标准、平衡目的和要求,柔性转子高速动平衡的一般方法,转子新型动平衡方法,转子自动平衡技术.
作者：邓旺群唐广高德平DENG Wang-qun TANG Guang GAO De-ping 作者单位：邓旺群,DENG Wang-qun(长沙航空职业技术学院,湖南长沙,410124;中国航空动力机械研究所,湖南株洲,412002) 唐广,TANG Guang(中国航空动力机械研究所,湖南株洲,412002) 高德平,GAO De-ping(南京航空航天大学能源与动力学院,江苏南京,210016)
刊名：燃气涡轮试验与研究英文刊名：GAS TURBINE EXPERIMENT AND RESEARCH 年，卷(期)：2008 21(2) 分类号：V231.96 关键词：转子动力特性动平衡高速动平衡新型动平衡方法自动平衡技术。
转子动力学研究的回顾与展望
转子动力学研究的回顾与展望孟 光(上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室 上海,200030)摘 要 回顾了转子动力学的发展历史,总结了在旋转机械转子系统的动力学分析与计算方法;转子系统的不平衡强迫响应与平衡技术;支承转子的轴承动力学特性;转子系统的稳定性分析;转子系统的状态监测和故障诊断;转子系统的非线性振动、分叉与混沌和转子系统振动与稳定性的主动控制技术等方面的研究成果,建议了新的交叉学科研究方向,讨论了我国转子动力学研究的现状和存在的问题,展望了我国转子动力学的发展前景。
关键词:转子动力学;旋转机械;回顾与展望中图分类号:O32;T H113引 言旋转机械被广泛地应用于包括燃气轮机,航空发动机,工业压缩机及各种电动机等机械装置中。
在电力、航空、机械、化工、纺织等国民经济领域中起着非常重要的作用,而对其动力学特性的研究也形成了一门专门的学科——转子动力学。
转子动力学在国内外都是一门非常活跃的学科,每年都有大量的文章发表。
转子动力学是研究所有与旋转机械转子及其部件和结构有关的动力学特性,包括动态响应、振动、强度、疲劳、稳定性、可靠性、状态监测、故障诊断和控制的学科。
这门学科研究的主要范围包括:转子系统的动力学建模与分析计算方法;转子系统的临界转速、振型与不平衡响应;支承转子的各类轴承的动力学特性;转子系统的稳定性分析;转子平衡技术;转子系统的故障机理、动态特性、监测方法和诊断技术;密封动力学;转子系统的非线性振动、分叉与混沌;转子系统的电磁激励与机电耦联振动;转子系统动态响应测试与分析技术;转子系统振动与稳定性控制技术;转子系统的线性与非线性设计技术与方法。
转子动力学研究的目的和任务是为旋转机械转子的优化设计、提高效率、保证安全、减少故障和延长寿命提供理论和技术上的支持与保障。
1 国内外研究进展、现状和发展趋势转子动力学是一门既有理论深度,又有很强的实践性的应用基础学科,它的形成与发展伴随着大工业的发展和科技进步,已走过了一个多世纪的路程。
我国转子发动机的发展与展望
第17卷 第5期 ・78・1997年10月动 力 工 程POW ER EN G I N EER I N G V o l .17N o.5 O ct .1997 19970620收到来稿我国转子发动机的发展与展望梁健光 杨道荫(中国动力工程学会转子发动机专业委员会)摘 要 回顾了30多年来中国转子发动机的发展历程,特别是改革开放以来转子发动机技术取得的突破性进展,重点阐述了开发多种燃料转子发动机的战略意义,展望了今后的发展趋势。
主题词:内燃机 转子发动机 技术发展0 前言 三角转子发动机(简称转子发动机)是20世纪50年代出现的一种以三角转子的旋转运动代替活塞往复运动的新型内燃机。
它与往复式发动机相比,省去了结构松散的曲柄连杆机构和配气机构,不产生往复惯性力,结构非常紧凑,零件总数和运动件数分别减少30%和60%,具有体积小、重量轻、高速性能好、运转平稳、噪音小、维修简便和易于系列化等优点。
转子发动机从1957年问世以来,在短短40年的发展历史中,不仅能够生存下来,而且得以较快的发展,不断采用高新技术,性能日臻完善,从而成为内燃机家族中重要的一员。
目前,世界上已有7k W ～2000k W 燃用汽油和能燃用柴油、航空燃料、天然气等多种燃料的转子发动机,应用于军用和民用的各个领域。
引人注目的是美国从60年代至今,一直瞄准军事用途,成功地开发了层状进气式多种燃料转子发动机系列(以燃用柴油和航空燃料为主),并于1991年正式装备北大西洋公约组织的两栖主战车,现已拥有4个系列的多种规格产品,作为配套动力应用于海、陆、空的各种军事装备。
这对于实现军事装备动力小型化、轻量化、提高部队野战机动灵活性,有着重要的战略意义。
开发以军用为主军民结合的多种燃料转子发动机,已成为当今值得重视的发展趋势。
1 我国转子发动机发展历程的回顾 我国从事转子发动机研制30余年,所走过的道路是曲折而又艰辛的,经历了一个由分散到集中,由简单的产品开发到成套基础技术攻关,由科学研究到产品商品化的发展过程。
非线性转子动力学研究综述_黄文虎
非线性转子动力学研究综述X 黄文虎 武新华 焦映厚 夏松波 陈照波(哈尔滨工业大学航天工程与力学系 哈尔滨,150001)摘要 综述了国内外非线性转子动力学的研究现状,讨论了非线性转子动力学研究中的7个主要问题,并引述了大量相应的国内外文献,包括:非线性转子动力学研究的一般方法;求解非线性转子动力学问题的数值积分方法;大型转子-轴承系统高维非线性动力学问题的降维求解;基于微分流形的动力系统理论方法;转子非线性动力学行为的机理研究和实验研究;高速转子-轴承系统的非线性动力学设计,最后讨论了非线性转子动力学研究中存在的问题及展望。
关键词:非线性动力学;分岔;混沌;稳定性中图分类号:O 322;T H 133引 言由于旋转机械系统中各种异常振动的存在,常常引发灾难性的事故。
过去研究转子-轴承-基础系统大多采用基于线性转子动力学理论。
例如传统转子动力学对转子-轴承系统稳定性问题的研究,一般采用8个线性化的刚度与阻尼特性系数的油膜力模型。
对于大型旋转机械中存在的油膜力、密封力、不均匀蒸汽间隙力等严重的非线性激励源,由于数学模型不够完善,以致系统中存在的许多由非线性因素引起的多种复杂动力学行为尚没有彻底搞清,不能满足现代工程设计的需要,迫切需要建立转子-轴承系统的非线性动力学理论,揭示系统存在的各种非线性动力学行为,提出转子-轴承系统的非线性动力学设计方法,研究旋转机械中存在的各种实际问题,这对提高旋转机械运行的稳定性、安全性、可靠性具有重要的现实意义和实际工程背景[1～4]。
随着非线性动力学理论的发展,非线性转子动力学理论和方法也受到了关注,大量的研究成果使转子动力学面貌一新。
但现有的非线性动力学理论和方法在解决高维动力系统方面还存在困难,而工程实际中的转子-轴承-基础系统是一个复杂的高维系统,从而吸引了更多的研究者从事这方面的研究,特别是现代非线性动力学理论在转子动力学中的应用,已成为当今国内外的热门研究课题。
球轴承涡轮增压器转子动力学性能分析与预测
摘 要
涡轮增压器使用球轴承取代浮动轴承，可以具有机械效率高、加速响应快、稳定 性好等优势， 已经成为增压器发展的重要趋势。 本文以球轴承涡轮增压器为研究对象， 进行转子动力学特性的研究。轴承—转子系统工作转速偏离临界转速一定裕度是增压 器正常工作的前提，不平衡响应计算可以为转子选择合适的平衡面以及预测在指定工 况下的振动，转子失稳限制了其高速运转的能力，因此临界转速、不平衡响应和稳定 性是涡轮增压器转子动力学分析十分重要的内容。本文针对对这几方面进行分析,主 要做了如下工作： （1）在研究转子动力学特性的基础上,以 HP60Q 球轴承涡轮增压器为研究对象， 分别应用 DyRoBeS 和 Samcef Rotor 建立了其二维梁模型和三维实体模型。 （2）基于有限元法，分别对 HP60Q 球轴承涡轮增压器的二维和三维模型进行临 界转速、不平衡响应和稳定性这几方面动力学特性的计算与分析。对比两种模型的计 算结果和试验结果，进行分析与总结，证明使用 Samcef Rotor 建立三维实体模型分析 球轴承涡轮增压器转子动力学特性的可行性与准确性。 （3）使用 Samcef Rotor 建立 HP55Q 球轴承涡轮增压器的三维实体模型，对该型 增压器的转子动力学特性进行预测与分析。 本文的研究结果为分析球轴承涡轮增压器轴承—转子系统动力学特性提供了一种 很好的方法，预测分析的模型所得到的结果数据也为今后对该型增压器进行研究提供 了依据。 关键词：涡轮增压器；球轴承；转子动力学II来自北京理工大学硕士学位论文
目录
第一章 绪论 ...................................................................................................... 1
转子动力学理论背景及发展现状
转子动力学课程学习报告之转子动力学理论背景及发展现状学号：20130308003姓名：关鹏随着现代工业的高效率、高速度发展趋势，大型旋转机械的功率越来越大，工作转速越来越高，机组的运行可靠性和安全性日益受到人们的重视。
转子系统作为大型旋转机械的重要部件，其运行性能的好坏关系到整个机组的安全，因此如何对转子运行进行有效地在线状态监测与故障诊断显得十分迫切和必要。
这些转子工作环境极其恶劣，如汽轮机转子工作在高温、高压的蒸汽环境中，并高速运行。
它们不但要受到机械载荷(如重力，不平衡等)的作用;而且由于转子附近温度场的变化，还要承受交变热负荷。
转子在铸造和机械加工过程中形成的缺陷(如转表面的刀痕)在交变的机械应力和热应力的作用下，便会形成疲劳裂纹。
这些疲劳裂纹如不能及早发现，就会在交变载荷的作用下扩展直至引起灾难性的断裂事故。
自20年代起，世界各国汽轮机转子断裂恶性事故就有20多起，其中较典型的是美国TVA Gallatin电站2号机在1974年6月冷态启动时中低压转子断裂。
国内也有几例转子的断轴事故。
例如：秦岭发电厂5号机、阜新发电厂1号机、中金公司6号机等。
因而，及早发现裂纹，对防止发生灾难性转子断裂事故，减少非计划停机，提高经济效益具有重大意义。
为了及早准确地检测和诊断出转子裂纹，进一步延长转子使用寿命提高设备的安全性可靠性以及利用率，有必要深入地研究裂纹转子系统的动力学特性。
本文将就裂纹转子的动力学特性、有初始裂纹转子的裂纹扩展问题做一些探讨。
另外，高速旋转机械中的转动部件的支撑方式大多是滑动轴承支撑，这里涉及到的油膜力对于转子动力学特性有重大的影响，本文也将就油膜力支撑条件下的裂纹转子的动力学特性利用有限元法方法做一些研究。
大型汽轮发电机组、航空发动机、压缩机，泵、风机等旋转机械是电力、石油、化工、航空冶金等部门的重要部件，对国民经济有重要作用。
而由转子与轴承组成的轴承支承系统作为各类旋转机械的核心部件，在生产过程中起着关键作用。
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转子动力学研究的回顾与展望孟 光(上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室 上海,200030)摘 要 回顾了转子动力学的发展历史,总结了在旋转机械转子系统的动力学分析与计算方法;转子系统的不平衡强迫响应与平衡技术;支承转子的轴承动力学特性;转子系统的稳定性分析;转子系统的状态监测和故障诊断;转子系统的非线性振动、分叉与混沌和转子系统振动与稳定性的主动控制技术等方面的研究成果,建议了新的交叉学科研究方向,讨论了我国转子动力学研究的现状和存在的问题,展望了我国转子动力学的发展前景。
关键词:转子动力学;旋转机械;回顾与展望中图分类号:O32;T H113引 言旋转机械被广泛地应用于包括燃气轮机,航空发动机,工业压缩机及各种电动机等机械装置中。
在电力、航空、机械、化工、纺织等国民经济领域中起着非常重要的作用,而对其动力学特性的研究也形成了一门专门的学科——转子动力学。
转子动力学在国内外都是一门非常活跃的学科,每年都有大量的文章发表。
转子动力学是研究所有与旋转机械转子及其部件和结构有关的动力学特性,包括动态响应、振动、强度、疲劳、稳定性、可靠性、状态监测、故障诊断和控制的学科。
这门学科研究的主要范围包括:转子系统的动力学建模与分析计算方法;转子系统的临界转速、振型与不平衡响应;支承转子的各类轴承的动力学特性;转子系统的稳定性分析;转子平衡技术;转子系统的故障机理、动态特性、监测方法和诊断技术;密封动力学;转子系统的非线性振动、分叉与混沌;转子系统的电磁激励与机电耦联振动;转子系统动态响应测试与分析技术;转子系统振动与稳定性控制技术;转子系统的线性与非线性设计技术与方法。
转子动力学研究的目的和任务是为旋转机械转子的优化设计、提高效率、保证安全、减少故障和延长寿命提供理论和技术上的支持与保障。
1 国内外研究进展、现状和发展趋势转子动力学是一门既有理论深度,又有很强的实践性的应用基础学科,它的形成与发展伴随着大工业的发展和科技进步,已走过了一个多世纪的路程。
第一篇有记载的有关转子动力学的文章是1869年Rankine发表的题为“论旋转轴的离心力”一文[1],这篇文章得出的“转轴只能在一阶临界转速以下稳定运转”的结论使转子的转速一直限制在一阶临界以下。
最简单的转子模型是由一根两端刚支的无质量的轴和在其中部的圆盘组成的,这一今天仍在使用的被称做Jeffcott转子的模型最早是由Foppl在1895年提出的[2],之所以被称做“Jeffcott”转子是由于Jeffcott教授在1919年首先解释了这一模型的转子动力学特性[3]。
他指出在超临界运行时,转子会产生自动定心现象,因而可以稳定工作。
这一结论使得旋转机械的功率和使用范围大大提高了,许多工作转速超过临界的涡轮机、压缩机和泵等对工业革命起了很大的作用。
但是随之而来的一系列事故使人们发现转子在超临界运行达到某一转速时会出现强烈的自激振动并造成失稳。
这种不稳定现象首先被New kirk发现是油膜轴承造成的[4],从而确定了稳定性在转子动力学分析中的重要地位。
有关油膜轴承稳定性的两篇重要的总结是由New kirk和Lund写出的[5～6],他们两人也是转子动力学研究的里程碑人物。
50年代以来,电力、航空、机械、化工工业的迅猛发展极大地推动了转子动力学的研究。
发电机组的单机容量从几万千瓦发展到了上百万千瓦,飞机也开始进入喷气发动机时代。
旋转机械的转子越来 第15卷第1期 2002年3月振 动 工 程 学 报Jour nal of Vibration EngineeringV ol.15N o.1M ar.2002国家自然科学基金项目(编号:19972054)和高等学校重点实验室访问学者基金项目收稿日期:2001-03-30;修改稿收到日期:2001-08-06越柔、功率越来越大、转速越来越高,甚至达到了三、四阶临界以上,这为转子动力学的研究提出了一系列的研究课题,也有力地促进了转子动力学的发展。
1.1 转子系统的分析与计算方法对简单离散转子系统的分析大多是基于理论力学的分析方法,而对复杂转子系统则多用传递矩阵法和有限元法。
传递矩阵法在50年代中期被应用于转子系统的分析和临界转速计算[7],并且直到现在仍然是转子动力学的主要分析手段之一。
这一方法的特点是:矩阵的阶数不随系统的自由度数增大而增加,因而编程简单、内存用量小、运算速度快,特别适用于像转子这样的链式系统。
其不足是在考虑支承系统等转子周围结构时分析较困难。
有限元法的表达式简单、规范,特别适用于转子和周围结构组成的复杂结构的分析[8],但系统复杂时会导致自由度数特别大,耗费计算机时。
随着计算方法的改进和发展以及计算机速度的快速提高,先后出现了如Riccati传递矩阵法、传递矩阵-阻抗耦合法、传递矩阵-分振型综合法及传递矩阵-直接积分法等专门针对转子系统而建立的分析方法[9],也开发了许多基于有限元的商业软件,如ANSYS等分析工具。
目前看来对线性转子系统的建模和分析方法已比较成熟,基于这种方法计算出的临界转速已比较接近实测结果。
但近来由于非线性转子动力学的发展、特殊材料制成的转子系统的不断出现以及特种转子的需求对转子系统的非线性分析问题和对如微型旋转机械的动态特性分析已受到了国内外学者的关注[10～11],此外超低频旋转机械的动态特性分析也是当前需要解决的问题。
以往的转子动力学建模和分析主要是针对地面旋转机械的,并假设基础(支承)的刚性足够大且是固定不动的,但对如航空发动机等机动运动的转子系统和对一些支承刚度较小的转子系统这种假设显然是不太合理的,如对机动飞行中的航空发动机转子系统的建模和分析还应计入空间运动的影响。
此类问题虽然研究的难度大,但由于对国民经济发展具有较大的促进应用,应成为今后研究的重点。
1.2 转子系统的不平衡强迫响应与平衡技术转子系统的不平衡响应是转子动力学研究的基本问题。
对转子不平衡响应的研究主要是针对定转速时的稳态响应和变转速时的瞬态响应特性分析。
早期的研究都认为转子的强迫振动响应频率与转子转速相同,即响应是同步(协调)的。
后来人们发现了响应频率与转速不同步的现象。
这种现象通常被称为是“非协调响应”或“非同步涡动”。
轴承油膜力、通过叶轮间隙的气动力、转轴的材料内阻、转子与定子或轴承间的摩擦、转轴的初弯、非对称刚度转子、裂纹转子等都是引起非协调响应的因素[12]。
这种非协调响应不仅会产生交变应力,加速转子的疲劳,也可能引起转子的自激振动,造成失稳。
最常见的非协调响应是2倍频,3倍频等倍频响应和1/2倍频等分频响应。
结合对Duffing方程的受迫响应分析发现复杂的转子系统的不平衡响应特性在很多方面与简单的Duffing系统是一致的[13]。
近年来随着非线性振动理论的发展,人们发现转子系统中存在大量的非线性振动现象,从而引起了对转子系统非线性振动、分叉和混沌的研究高潮。
求解转子系统的不平衡强迫响应除了对简单的二自由度以下系统采用理论求解外,大都采用数值积分的方法。
这种方法可用于求解稳态和瞬态响应,也适用于线性和非线性系统,但为了保证计算精度和数值稳定,有时需要把积分步长取得非常小,因而会占用大量的计算时间。
在数值积分求解稳态响应时经常被忽略的一个问题是没有消除初始扰动引起的自由振动的影响,因而当没有选取足够长的积分时间时往往得不到稳态响应。
由于转子的不平衡是旋转机械最主要的激励源,因此转子的平衡是关系到转子平稳运行的关键,其目标是减少转子挠曲、减少振动和轴承动反力。
目前常用的平衡方法有模态平衡法、影响系数法和混合法[14～15]。
这三种方法各有优缺点,从理论上已发展得比较完善,但在实际现场本机平衡时如何通过最少的运转次数和配重数达到平衡的目的,还需要根据实际情况灵活应用不同的方法。
以往对大型复杂转子系统的不平衡响应计算大多采用传递矩阵法并多局限于线性转子系统,对这类转子系统的平衡分析也基本是基于线性分析的方法和结论。
近年来随着计算机容量和速度的迅速提高,一些学者已开始进行大型复杂非线性转子系统的动态特性分析[16],并开始将分析结果用于指导转子系统的非线性设计。
对转子系统不平衡响应的进一步研究应集中在两个方面:一是建立尽可能符合实际转子结构和运行状态的力学模型并计算这类大型复杂转子系统的响应特性,二是更深入地研究各类非线性激励引起的响应特性。
对前者,利用成熟的商业分析软件如AN SYS等可以达到很好的效果,对后者目前除了数值积分外还没有有效的分析方法,这主要是因为2振 动 工 程 学 报第15卷 对多自由度、强非线性系统还缺少成熟的理论分析方法。
1.3 支承转子的各类轴承的动力学特性对轴承动力学的研究是转子动力学研究中最活跃的一个领域,近10年来公开发表的文章有上万篇。
轴承动力学几乎已成为一门独立的学科。
轴承的作用除了提供润滑、减少摩擦、使转子正常转动外,还提供了刚度和阻尼,因而会影响转子系统的临界转速、振幅和稳定性。
从50年代起,对轴承的研究已是转子动力学的重要研究内容了,其中Lund和Glienicke对这方面的早期研究做出了突出贡献[17～18]。
轴承有流体动力和流体静力两种形式,可分为滚动轴承、滑动轴承和阻尼轴承(振动控制轴承)三大类。
滚动轴承由于只提供刚度,故一般可简化为弹性支承;滑动轴承以润滑为主,既提供刚度,也提供阻尼,其种类很多,动态特性也比较复杂;阻尼轴承分为被动和主动控制轴承,可以对转子的振动和稳定性进行控制。
1.3.1 滑动轴承在转子动力学的研究中大都是将轴承的影响看作是两个互相垂直方向的油膜力,油膜力与轴颈位移和速度之间的关系是相当复杂的非线性关系。
一般是由雷诺方程导出油膜压力分布,然后根据不同边界条件对压力进行积分得出油膜力。
在进行稳定性和响应特性分析时,一般是用油膜力在轴颈的静平衡位置附近的线性化表达式,这一线性化表达式中有四个油膜刚度系数和四个油膜阻尼系数,统称为油膜动力特性系数。
可以通过计算和实验的方法得到不同种类流体动力轴承在各个转速下的特性系数[19]。
在8个油膜力特性系数的基础上,有些学者导出了考虑油膜惯性影响或轴颈倾斜等不同情况下的油膜动力特性系数[20]。
由于油膜力特性系数之间缺乏内在联系且很繁杂,有些学者提出了一种基于实验和连续油膜假设的简化的轴承动力特性模型[21],用一称为流体周向平均流速比的参数来表征轴承的动力特性,取得了较好的效果。
但这一模型无法用于如油膜出现破裂和空穴等情况,也不太适用于严格的理论分析。
滑动轴承一般可分为固定瓦径向轴承、可倾瓦径向轴承、动静力径向轴承、推力轴承等基本形式。
这些轴承的动力学特性各不相同,各有优缺点,适用于不同的场合。
使用中应根据工作转速范围、载荷大小和工作环境选择合适的轴承。