第四章 旋转机械的动力学特性
超高速旋转机械的动力学性能分析
超高速旋转机械的动力学性能分析超高速旋转机械在现代工业中扮演着重要的角色，如飞机涡轮发动机、离心压缩机等。
它们的功能与性能直接影响到机械设备的运行效果。
为了确保这些机械的安全可靠运行，对其动力学性能进行全面分析是必要的。
首先，超高速旋转机械的静不平衡问题是一个关键因素。
静不平衡是指质量分布不均匀，使得机械在旋转过程中产生和传播振动力的现象。
静不平衡会导致旋转机械的振动加剧，进而削弱结构强度，甚至引发机械的故障。
因此，要保证机械的动力学性能，必须对其静不平衡问题进行定位和校正。
其次，超高速旋转机械在高速运动过程中，会产生离心力和惯性力，对机械的结构和工作性能造成影响。
离心力会使机械产生变形和应力集中的问题，从而降低机械的强度和耐久性。
而惯性力则会对机械的运动状态产生冲击和扰动，进一步影响机械的稳定性和可靠性。
因此，在超高速旋转机械的设计和优化过程中，考虑离心力和惯性力对机械的影响是十分重要的。
此外，超高速旋转机械的动力学性能还受到气体动力学效应的影响。
由于机械的高速旋转，会产生较大的气体动压力和气动力矩，这对机械的稳定性和运行效果造成一定的挑战。
因此，在设计和制造超高速旋转机械时，需考虑气体动力学效应对机械的影响，并通过合理的结构和控制手段予以解决。
另外，超高速旋转机械的动力学性能也涉及到机械的轴承和润滑系统。
在高速旋转过程中，轴承要承受较大的径向力和轴向力，其摩擦、磨损和热量产生会导致机械的能量损耗和系统效率的降低。
同时，润滑系统的设计和运行状态对机械的摩擦、冷却和清洁起着至关重要的作用。
因此，对超高速旋转机械的轴承和润滑系统进行动力学性能分析，并进行有效的设计与优化，对提高机械的工作效率和可靠性具有重要意义。
综上所述，超高速旋转机械的动力学性能分析是现代工业中的一个重要研究方向。
通过对静不平衡问题、离心力和惯性力、气体动力学效应以及轴承和润滑系统的分析，可以有效提高机械的工作效率和可靠性，确保其安全稳定地运行。
机电工程技术——熟悉旋转电机的工作特性
111411044熟悉旋转电机的工作特性一、旋转电机的分类电机是利用电磁感应原理工作的机械，它应用广泛，种类繁多，性能各异，分类方法也很多。
常见的分类方法为：按功能用途分，可分为发电机、电动机、变压器和控制电机四大类。
按照电机的结构或转速分，可分为变压器和旋转电机。
根据电源的不同分，可分为直流电机和交流电机两大类。
电动机是将电能转换成机械能并输出机械转矩的动力设备。
一般可分为直流电动机和交流电动机两大类。
交流电动机按使用的电源相数分为单相电动机和三相电动机，其中三相电动机又可分为同步和异步来源：建设工程教育网两种。
异步电动机按转子结构分线绕式和鼠笼式两种。
目前广泛应用的异步电动机，它具有结构简单、坚固耐用、运行可来源：建设工程教育网靠、维护方便、启动容易、成本较低等优点，但也有调速困难、功率因数偏低等缺点。
二、三相交流异步电动机的基本结构三相异步电动机的结来源：建设工程教育网构由定子（固定部分）、转子（转动部分）和附件组成。
（一）定子定子是电动机静止不动的部分。
定子由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成。
定子的主要作用是产生旋转磁场。
1．定子铁j巷一般是用内圆上冲有均匀分布槽口的0．35～0．5mm厚的硅钢片叠成的，定子绕组嵌放在槽口内，整个铁芯压入机座内。
2．定子绕组是用电磁线绕制成的三相对称绕组。
各相绕组彼此独立，按互差120.的电角度嵌入定子槽内，并与铁芯绝缘。
定子绕组可接成星形或三角形。
3．机座一般用铸铁或铸钢制成，用于固定定子铁芯和绕组，并通过前后端盖支撑转轴。
机座表面的散热筋还能提高散热效果，机座上还有接线盒，盒内六个接线柱分别与三相定子绕组的六个起端和末端相连。
（二）转子转子是电动机的来源：建设工程教育网旋转部分。
它由转轴、转子铁芯和转子绕组三部分组成。
1．转轴用于支撑转子铁芯和绕组，传递输出机械转矩。
2．转子铁芯是把相互绝缘的外圆上冲有均匀槽口的硅钢片压装在转轴上的圆柱体。
这些槽口（又叫导线槽）内将嵌放转子绕组。
转子动力学——旋转机械的动力学特性
K
支承刚度降低，临界转速随之下降；反之亦然。振型也随之变化。 支承刚度对临界转速的影响，在不同支承刚度范围内是很不同的。
回转效应对临界转速的影响
此园盘轴线方向不 变，没有回转效应
此园盘轴线方向变化， 回转效应增加轴的刚性
回转效应是旋转物体的惯性的表现，它增加轴的刚性， 故提高转子的临界转速。
有悬臂的转子上，回转效应表现得较明显。
第一阶、第二阶、第三阶等等。 ▲ 每一阶临界转速下，转子有一个相对应的振型。 ▲ 临界转速的数值可以用计算法求得，或用实验法测得。
单圆盘转子的临界转速
r/e
O’
m A
k
O
y
C
r
e A
O
1 0
x
c
圆盘惯性力 ＋ 轴弹性力 ＝ 偏心的离心力
m m
d2 x
dt 2 d2 y
dt 2
kx ky
me 2 me 2
刚性支承 1805 1316 1965 1053 3149
弹性支承 1693 1221 1740 943 2654 多跨 轴 系 高压转子型 中压转子型 低压转子型 发电机转子型 刚性支承 2284 1643 2592 1142 3444 弹性支承 1936 1470 2014 1002 2678
轴系的各阶临界转速高于相应的单转子的临界转速。 弹性支承转子的临界转速低于刚性支承转子的临界转速。
转子运动的控制、非线性问题等。
临界转速 critical speed
临界转速是共振转速，转子在临界转速下会发生共振现象。 ▲ 临界转速在数值上一般等于转子横向振动的固有频率。 ▲ 临界转速的大小决定于转子的结构（质量和刚度的分布）和
轴承的结构(边界条件)。 ▲ 一个实际的转子往往有很多阶临界转速，从低到高依次称为
高速旋转机械系统动力学特性分析与改进
高速旋转机械系统动力学特性分析与改进一、引言随着工业化进程的不断推进，高速旋转机械系统在现代工程中发挥着越来越重要的作用。
然而，高速旋转机械系统的动力学特性对系统的性能和稳定性有着重要影响。
因此，对高速旋转机械系统的动力学特性进行分析和改进是非常必要的。
二、动力学特性分析高速旋转机械系统的动力学特性主要包括振动现象、稳定性以及共振等问题。
1. 振动现象高速旋转机械系统在运行过程中会出现不可避免的振动现象。
这种振动不仅会降低系统的工作效率，还会对机械部件造成损伤。
因此，对振动进行分析和控制是非常重要的。
2. 稳定性高速旋转机械系统的稳定性是指系统在工作过程中是否能保持平衡状态。
若系统不稳定，会导致系统振荡甚至失衡，进而使整个系统运行不正常。
因此，对稳定性进行分析和改进对于系统的正常运行具有重要意义。
3. 共振共振是指机械系统在某个或某些特定频率下发生振动时，受到的外界激励与机械系统自身固有频率产生共振现象。
共振现象会加剧机械系统的振动幅度，甚至造成系统的破坏。
因此，对共振进行分析和控制是必不可少的。
三、改进方法针对高速旋转机械系统的动力学特性问题，可以采取以下改进方法。
1. 结构设计改进通过优化结构设计，可以降低振动噪声和提高系统稳定性。
例如，增加机械部件的刚度、减小质量偏心和采用阻尼材料等方式可以有效改善系统的动力学特性。
2. 润滑改进适当的润滑可以减少机械系统的摩擦和磨损，降低振动噪声和能量损失。
选择合适的润滑方式和润滑剂，优化润滑系统的设计，可以有效改善机械系统的动力学特性。
3. 控制系统改进优化控制系统的设计，如采用反馈控制、模糊控制和自适应控制等方法，可以提高系统的稳定性和抗干扰能力。
同时，合理设置控制参数和控制模式，可以减小系统的共振现象，降低振动的影响。
4. 材料选用改进选择合适的材料可以改善机械系统的动力学特性。
例如，选用高强度、高硬度和低密度的材料，可以提高系统的刚度和耐磨性，减小振动和疲劳损伤。
第四章旋转机械的动力学特性
第四章旋转机械的动力学特性机械系统动力学第四章旋转机械的动力学特性旋转机械的动力学特性第四章旋转机械的动力学特性第四章第四章转子动力学的任务和内容第四章临界转速critical speed第四章转子系统临界转速的概念中经过某一转速附近时，支撑系统经常会发生剧烈振动第四章旋转机械的动力学特性由于材料、工艺等因素使圆盘的质心偏离轴线，偏心距为e 。
当转子以等角速度ω自转时，偏心引起的离心惯性力将使轴弯曲，产生动挠度。
转子的临界转速第四章旋转机械的动力学特性第四章旋转机械的动力学特性第四章旋转机械的动力学特性第四章旋转机械的动力学特性第四章旋转机械的动力学特性可见，这时质心的坐标为（0，0）。
质心C 与旋转中心O 1重合，圆盘和弯曲的轴都绕着质心C 旋转。
自动定心现象第四章旋转机械的动力学特性第四章转机械的动力学特性单转子的临界转速和振型多自由度转子有多个临界转速和相应的振型第四章支承刚度对临界转速的影响支承刚度对临界转速的影响，在不同支承刚度范围内是很不同的。
第四章学特回转效应对临界转速的影响回转效应是旋转物体惯性的表现，它增加轴此圆盘轴线方向不变，没有回转效应此圆盘轴线方向变化，回转效应增加轴的刚性第四章械的动力学特性高压转子中压转子低压转子发电机转子多跨转子轴系由高压转子、中压转子、低压转子和发电机转子组成。
全长30余米，共。
第四章力学特多转子轴系的临界转速和振型200MW 高压转子中压转子低压转子发电机转子轴系各阶振型中，一般有一个转子起主导作用第四章旋转机械的动力学特性多转子轴系的固有频率和振型第四章200MW 汽轮发电机组轴系第四章第四章转子的不平衡响应对不平衡不敏感。
不敏感转子阻尼小阻尼大第四章转子的稳定性stability对称第四章旋转机械的动力学特性产生的稳定的周期性振动,叫自激振动。
第四章械的动力学特性自振系统的组成(1) 振动系统（2）非振荡能源（3）调节系统要外界能量供给，以补充由于不可避免的阻尼所造成能量耗第四章自激振动发生的两个条件：第四章点是平衡点，但该系统是在原点附近的不稳定性，当有微小扰动，稍稍偏离0点，便立即迫使状态最后振动稳定在红线圆圈上。
旋转机械动力学特性研究
旋转机械动力学特性研究旋转机械动力学特性研究引言：旋转机械是指在工业生产中，通过转动来完成工作任务的机械设备。
其动力学特性研究是为了深入了解旋转机械的运行过程，提高其性能和效率。
本文将就旋转机械的动力学特性研究进行探讨。
主体：1. 动力学分析旋转机械的动力学分析是研究旋转机械在运行过程中的受力、振动和变形等问题。
通过对旋转机械的结构进行有限元分析，可以获取其受力分布情况，找出潜在的弱点，进而提出改进建议。
同时，通过振动分析可以确定旋转机械的固有频率和共振现象，从而避免设备在共振状态下的运行，降低设备的损坏风险。
2. 动力学模型建立建立旋转机械的动力学模型是研究其运动学和动力学特性的重要手段。
通过建立旋转机械的数学模型，可以得到机械系统的运动方程和力学特性，为进一步的分析和仿真提供基础。
常用的建模方法包括拉格朗日方程、哈密尔顿原理等。
通过建模分析，可以优化旋转机械的结构和参数，提高其运行效果和稳定性。
3. 动力学特性优化在旋转机械的设计和制造过程中，优化其动力学特性是提高旋转机械性能的关键。
通过改变机械的结构和参数，可以减小其振动和噪声，提高其工作精度和稳定性。
例如，通过增加降噪装置、改变轴承结构和材料，可以降低旋转机械的噪声水平；通过优化机械的结构和减小动件质量，可以提高机械的动态响应速度。
4. 动力学特性测试与监测为了验证理论模型的准确性和机械系统的动力学特性，需要进行动力学测试与监测。
通过在旋转机械上安装传感器，可以实时监测其受力、振动和变形等情况。
同时，利用试验台和数据采集系统，可以获取旋转机械的实际工作状态和性能指标，进一步优化其设计和运行参数。
结论：旋转机械动力学特性研究在提高机械性能和效率方面起着重要的作用。
通过动力学分析、模型建立、特性优化和测试监测等手段，可以深入了解机械系统的受力、振动和变形特性，优化机械的设计和制造，从而提高其工作效果和稳定性。
未来，随着科技的不断进步，旋转机械动力学特性研究将进一步发展，并为工业生产提供更先进的旋转机械设备。
旋转机械动力学研究
旋转机械动力学研究旋转机械是工业生产中常用的一种机械设备，例如电机、汽轮机、风机、离心泵等，其主要特点是由旋转部件构成。
旋转机械的负载是多变的，例如转速、轴向、径向和温度等参数的变化都可能对其产生影响，因此了解和研究旋转机械动力学成为了至关重要的任务。
旋转机械动力学是研究旋转机械运动和振动的学科，其目的是探讨各种载荷条件下旋转机械系统的性能、稳定性和可靠性。
旋转机械动力学研究包括旋转轴系统的振动、磨损、噪音、疲劳和机械失效等问题，可用于预测和改进旋转机械的性能。
旋转机械动力学中的重要参数旋转机械动力学中的重要参数包括转速、质量、距离和时间等。
转速是旋转机械最基本的参数之一，其大小决定了机械设备的工作效率和加工能力。
质量是指机械设备包括各种组成部分的总重量，其大小直接影响到机械的运动和振动状况。
距离是旋转机械动力学中的一个重要参数，它影响着旋转体的动态特性和运动稳定性。
时间是旋转机械动力学的基本量，时间的概念与旋转机械的运动过程密切相关。
在旋转机械的运动过程中，时间是确定旋转速度、加速度和位移等物理量的基本参数之一。
旋转机械动力学研究的目的和意义旋转机械动力学研究旨在解决旋转机械的振动、噪声、磨损和故障等问题，提高旋转机械的性能和可靠性。
经过艰苦的研究，我们可以对旋转机械的工作原理、运动特性和振动行为有更深入的认识，并且可以开发出更先进、更稳定和更安全的机械设备。
在工业领域中，旋转机械设备的发展已经变得越来越快速。
各类制造厂商在竞争过程中追求高速、精密、环保和稳定的机械设备，对于旋转机械动力学研究提出了高要求。
通过深入了解旋转机械动力学，我们可以设计出更加高效和经济的机械设备，提高其安全性和可靠性。
此外，旋转机械动力学研究的成果在军事和民用领域中也具有重要意义，例如拉练器、机翼伺服系统、空气动力学和导弹控制等。
旋转机械动力学研究常见的方法旋转机械动力学研究通常采用数值计算和实验方法，如有限元分析、模态试验和频响函数试验等。
旋转机械的动力学特性本章内容课件
自激振动
03
由旋转机械自身产生的激励引起的振动，如油膜振荡、汽流激
振等。
旋转机械的稳定性分析
稳定性判据
根据旋转机械的振动特性，判断其稳定性的指标，如幅值和频率 。
不稳定现象
旋转机械在不稳定状态下会出现诸如大幅度振荡、噪声等问题。
稳定性改善
针对不稳定现象采取相应措施，如调整刚度、优化结构设计等， 以提高旋转机械的稳定性。
基于动力学特性的设计原则， 选择合适的旋转机械类型和结
构
设计和制造过程中要考虑材料 、加工精度、润滑和防护等因
素
对旋转机械进行动力学分析， 预测其性能和可靠性
旋转机械的优化目标与策略
提高旋转机械的性能和 效率
延长旋转机械的使用寿 命和降低维护成本
01
02
03
优化旋转机械的结构设 计和制造工艺，降低制 造成本和提高质量
04
通过动力学优化，提高 旋转机械的稳定性和可 靠性
旋转机械的优化实例分析
针对特定应用场景的旋转机械进行优化设计，如 风力发电机组、工业泵和压缩机等
对旋转机械的关键部件进行优化设计，如转子、 轴承和密封件等
通过有限元分析、动力学仿真和其他数值方法对 旋转机械进行优化分析，提高其性能和质量
05
总结与展望
旋转机械的应用范围
01
02
03
电力工业
旋转发电机和电动机广泛 应用于电力工业中，将电 能转换为机械能或反之。
石油化工
旋转压缩机和离心机用于 气体压缩、分离和液化等 工艺过程。
航空航天
涡轮机和喷气发动机是航 空航天领域中的重要动力 装置。
旋转机械的基本组成
转子
旋转机械的核心部件，由转轴和安装在轴上 的转动件组成，负责实现旋转运动。
旋转机械的动力学特性
汇报人： 2024-01-03
目录
• 旋转机械的基本概念 • 旋转机械的动力学特性 • 旋转机械的动力学分析 • 旋转机械的动力学优化设计 • 旋转机械的动力学特性实验研
究
01
旋转机械的基本概念
旋转机械的定义
旋转机械是指通过旋转运动来完成工 作任务的机械设备，如电机、发电机 、泵、涡轮机等。
旋转机械的稳定性
稳定性定义
稳定性是指旋转机械在运转过程 中，当受到外界干扰时，能够恢 复到原始状态的能力。
稳定性分析
稳定性分析包括静态稳定性和动 态稳定性两个方面，其中动态稳 定性又可以分为轴向窜动、摆动 和扭转稳定性等类型。
提高稳定性的措施
提高稳定性的措施包括合理设计 机械结构、选择合适的轴承和传 动方式、采取减振措施等。
实验方法
对旋转机械进行动力学特性实验，记 录不同转速下的振动数据，分析其动 力学特性。
实验结果与分析
结果
实验结果显示，随着转速的增加，旋转机械的振动幅值逐渐增大，频率成分也发生变化。
分析
通过对实验数据的分析，可以得出旋转机械的动力学特性，包括固有频率、阻尼比等参数，为旋转机械的设计和 优化提供依据。
行。
通过优化机械结构和动力学 特性，提高稳定性。例如， 优化轴承和齿轮的设计，改
善润滑和冷却系统等。
采用先进的控制技术和智能监 测系统，实时监测机械的运行 状态并进行调整，进一步提高
机械的稳定性。
05
旋转机械的动力学特性实验研 究
实验设备与方法
实验设备
高精度测功机、振动测量仪、转速计 、数据采集系统等。
旋转机械在工业、能源、交通等领域 广泛应用，是现代工业生产中不可或 缺的重要设备。
旋转机械的动力学特性
轴瓦 宽度 mm 410
比压 N/cm2 13.5
阈速 r/min 2500
能量的适时输
实例：弦乐器发声 入。
荡秋千 吊桥、输电线的风致振动 机械钟表的摆动 机床切削振动，等
恒Hale Waihona Puke 能源自激振动实例－提琴弦的振动
振动
摩 擦 力
F1
琴弦
0
F2
相对速度
变化的 摩擦力 相对速度 的变化 相对速度 摩擦力 能量 弓的拉动
F1 v
V v
< >
F2
（ V + v） F2
V
（V – v） F1
支承刚度对临界转速的影响，在不同支承刚度范围内是很不同的。
回转效应对临界转速的影响
此园盘轴线方向不
变，没有回转效应 此园盘轴线方向变化， 回转效应增加轴的刚性
回转效应是旋转物体的惯性的表现，它增加轴的刚性， 故提高转子的临界转速。 有悬臂的转子上，回转效应表现得较明显。
200MW汽轮发电机组
高压转子 中压转子 低压转子 发电机转子
衡方法。 转子运动的控制、非线性问题等。
▲ 稳定性
失稳因素，油膜振荡等，提高稳定
临界转速 critical speed
临界转速是共振转速，转子在临界转速下会发 生共振现象。 ▲ 临界转速在数值上一般等于转子横向振动的 固有频率。 ▲ 临界转速的大小决定于转子的结构（质量和 刚度的分布）和轴承的结构(边界条件)。 ▲ 一个实际的转子往往有很多阶临界转速，从 低到高依次称为第一阶、第二阶、第三阶等
W(输入)=F1 s > W (输出)=F2 s
每振动一周能量有积累，引起自激振动
摆动
自激振动实例－荡秋千
转子动力学——旋转机械的动力学特性教学教材
转子失稳的危害
★突发性一般无明显的 先兆。
★失稳运动一般规模很 大。
★低周涡动，转轴受交 变应力。引起疲劳破 坏。
自激振动的机理
激励
振动 系统
响应
恒定的能源提供振动 的能量。 反馈机制控制能量的 适时输入。
反馈 机制
实例：弦乐器发声
恒定 能源
荡秋千 吊桥、输电线的风致振动 机械钟表的摆动
机床切削振动，等
▲ 其他问题 如瞬态响应、扭转振动、非线性问题等。 ▲ 当前热点问题 复杂转子、失稳因素研究、故障诊断、
转子运动的控制、非线性问题等。
临界转速 critical speed
临界转速是共振转速，转子在临界转速下会发生共振现象。 ▲ 临界转速在数值上一般等于转子横向振动的固有频率。 ▲ 临界转速的大小决定于转子的结构（质量和刚度的分布）和
# 6 、
改 瓦前 # 7 4 1 0 1 3 .5 2 5 0 0 1 2 8
80
改 瓦后 原 瓦
第 一
60
次 缩
40
# 6 、3 5 0 1 5 .7 2 5 0 0 4 0
秋千
普通摆
秋千
重心
变化
l
l上 l下
人的
起蹲 蹲
mg
下
重力
mg
下摆 重力做功 W(入)= mgl(1-cos)
上摆 重力做功 W(出)= – mgl(1-cos)
能量 W(入)= W(出)
起 立
蹲 下
W(入)= mgl下(1-cos) W(出)= – mgl上(1-cos)
W(入) > W(出)
结果
有悬臂的转子上，回转效应表现得较明显。
200MW汽轮发电机组
旋转机械系统动力学及故障诊断
旋转机械系统动力学及故障诊断引言旋转机械在现代工业生产中扮演着重要的角色，涵盖了许多领域，包括能源、交通、制造等。
然而，由于长期运行和频繁的工作条件，旋转机械系统可能会面临动力学问题和潜在的故障。
因此，理解旋转机械系统的动力学行为以及如何进行故障诊断变得至关重要。
旋转机械系统动力学旋转机械系统的动力学研究是理解其运行行为的基础。
动力学主要研究系统在给定载荷和运行条件下的运动和行为。
旋转机械系统的动力学包括自由振动和受迫振动两种类型。
自由振动是指旋转机械系统在没有外部激励的情况下的振动行为。
自由振动的频率和振幅由系统的质量、刚度和阻尼特性决定。
在自由振动中，系统会以特定的固有频率进行振动，这可以通过数学模型进行预测和计算。
受迫振动则是指旋转机械系统受到外部激励而发生的振动。
外部激励可以来自多个方面，包括不平衡质量、轴向力、径向力等。
受迫振动的频率由外部激励频率决定，并且可能会引起系统共振，导致严重的机械故障。
旋转机械系统的故障诊断故障诊断是指通过对旋转机械系统动力学行为的分析和监测，来判断是否存在故障并识别其类型和位置。
故障诊断可以通过多种方法来实现，包括振动分析、声音分析、温度监测等。
振动分析是最常用的故障诊断方法之一。
通过对旋转机械系统振动信号的采集和分析，可以识别出许多常见的故障类型，如不平衡、轴承故障、齿轮故障等。
振动分析可以通过频谱分析、包络分析等技术来获得故障特征，并与预先建立的故障数据库进行比对，从而确定故障位置和类型。
声音分析是另一种有效的故障诊断方法。
通过对旋转机械系统产生的声音信号进行采集和分析，可以判断是否存在异常噪音，并确定其来源。
例如，轴承故障通常会伴随着明显的噪音变化，这可以通过声音分析来检测和诊断。
除了振动和声音分析外，温度监测也是一种常用的故障诊断方法。
旋转机械系统在工作时会产生热量，因此监测系统不同部位的温度变化可以帮助发现故障。
例如，轴承过热可能是轴承故障的指示，而传动系统异常温度升高可能与齿轮故障有关。
旋转机械多盘转子动力学特性分析
第一章绪论1.1 引言转子多为动力机械和工作机械中的主要旋转部件。
典型的转子有透平机械转子、电机转子、各种泵的转子和透平压缩机的转子等。
转子在某些特定的转速下转动时会发生很大的变形并引起共振，引起共振时的转速称为转子的临界转速。
在工程上，工作转速低于第一阶临界转速的转子称为刚性转子，大于第一阶临界转速的转子称为柔性转子。
由于转子作高速旋转运动，所以需要平衡。
静平衡主要用于平衡盘形转子的惯性力。
刚性转子的动平衡可以通过通用平衡机来平衡惯性力和惯性力偶，消除转子在弹性支承上的振动。
柔性转子的动平衡比较复杂，从原理上区分，有振型平衡法和影响系数法两类。
旋转部件被广泛地应用于燃气轮机、航空发动机、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。
随着现代化工业的发展，各种旋转机械向高速、细长、高效的方向发展，同时却要求噪声及振动更小、寿命更长、工作更可靠。
这就给设计者们提出了越来越严峻的要求。
由于转子的振动，造成了工程上很多不必要的损失。
所以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。
机械工程中旋转机械设备的运动学与动力学
机械工程中旋转机械设备的运动学与动力学机械工程是一门研究物体的运动和力学性质的学科。
在机械工程中，旋转机械设备是一类重要的装置，如发动机、齿轮、电机等。
了解旋转机械设备的运动学和动力学对于设计、优化和维护这些设备具有重要意义。
首先，我们来谈谈旋转机械设备的运动学。
运动学研究物体的运动状态，描述物体的位置、速度和加速度等物理量。
对于旋转机械设备来说，我们主要关注它们的角度、角速度和角加速度等参数。
旋转机械设备的角度是指物体旋转的程度，可以用弧度或角度来衡量。
角度的变化率称为角速度，它表示旋转物体单位时间内旋转的角度。
角速度的方向可以顺时针或逆时针，具体取决于物体的旋转方向。
角速度的倒数称为周期，它表示旋转物体完成一次完整旋转所需要的时间。
旋转机械设备的角速度并不是恒定的，它可能随着时间的推移而变化。
这引出了我们对旋转机械设备动力学的讨论。
动力学研究物体运动的原因和规律，包括受力和运动状态之间的关系。
在旋转机械设备中，我们主要关注受力、力矩和转动惯量等因素。
受力是旋转机械设备产生运动的原因之一。
力的作用可使物体产生角加速度，从而改变角速度。
例如，一个电机施加的力可以使旋转机械设备加速或减速。
力的大小和方向会对旋转机械设备的运动产生明显的影响。
力矩是力的力臂与受力点之间的乘积，它衡量物体受力的扭矩大小。
力矩的大小和方向会对旋转机械设备的角加速度产生影响。
如果力矩为零，那么旋转机械设备将保持静止状态或恒定速度运动。
而如果力矩不为零，那么旋转机械设备将受到扭矩的作用，产生角加速度。
转动惯量是旋转机械设备运动状态的重要参量。
它衡量物体对旋转运动的惯性大小。
具有较大转动惯量的物体需要较大的力矩才能改变其角速度，反之亦然。
转动惯量的大小取决于物体的质量分布，与物体的形状和质量集中程度有关。
了解旋转机械设备的运动学和动力学对于设计和优化这些设备非常重要。
通过分析设备的运动学特性，我们可以预测设备的运动轨迹和速度变化。
转动力学刚体绕轴旋转的力学特性
转动力学刚体绕轴旋转的力学特性转动力学是力学的一个重要分支，研究物体绕固定轴旋转的力学特性。
刚体是指在运动过程中保持形状不变的物体，而绕轴旋转则是指物体围绕某一轴线进行角速度不变的旋转运动。
本文将探讨转动力学刚体绕轴旋转的力学特性。
一、转动惯量转动惯量是描述刚体绕轴旋转惯性的物理量，用字母I表示。
它的大小取决于刚体的质量分布和轴线的位置。
对于质量分布均匀的物体，其转动惯量可通过以下公式计算：I = Σ(mr²)其中，m表示物体的质量，r表示质点相对于轴线的距离。
对于一个由多个质点组成的刚体，需将每个质点的转动惯量相加。
二、角动量角动量是描述物体转动状态的物理量，用字母L表示。
对于绕固定轴旋转的刚体，其角动量可以通过以下公式计算：L = Iω其中，ω表示刚体绕轴的角速度。
角动量的大小取决于转动惯量和角速度，方向沿着旋转轴线。
三、转动方程转动方程是描述刚体绕轴旋转运动的定律，类似于牛顿第二定律。
对于一个刚体，其转动方程可以表示为：τ = Iα其中，τ表示刚体所受到的力矩，α表示刚体的角加速度。
转动方程说明力矩与角加速度成正比，转动惯量越大，刚体的角加速度越小。
四、角动量守恒在没有外力矩作用的情况下，刚体绕轴旋转的角动量守恒。
这是由角动量定理得出的结论，表明刚体在旋转过程中角动量的大小和方向保持不变。
当外部力矩为零时，刚体的角动量守恒。
五、角动量定理角动量定理是转动力学的重要定律，它描述了外力矩对刚体角动量的影响。
根据角动量定理，当一个刚体受到外力矩作用时，其角动量的变化率等于所受力矩的大小。
即：τ = dL/dt角动量定理说明了力矩对角动量的改变有直接的关系，力矩的作用会导致角动量随时间发生改变。
六、角速度的变化在刚体绕轴旋转的过程中，角速度可以发生变化。
当刚体所受到的外力矩为零时，根据转动方程可知，角速度保持恒定不变。
然而，如果有外力矩作用，则会导致角速度发生变化。
结论转动力学刚体绕轴旋转的力学特性包括转动惯量、角动量、转动方程、角动量守恒、角动量定理和角速度的变化。
描述旋转运动的动力学方程
描述旋转运动的动力学方程旋转运动的动力学方程旋转运动是物体围绕某一轴心旋转的运动形式，它在自然界和工程领域中都有广泛的应用。
为了描述旋转运动的规律，我们需要借助动力学方程。
本文将详细介绍旋转运动的动力学方程及其应用。
一、角度和角速度在讨论旋转运动的动力学方程之前，我们首先需要了解两个重要的概念：角度和角速度。
角度是描述物体旋转程度的物理量，通常用弧度（rad）来表示。
而角速度则是物体单位时间内旋转的角度变化量，用弧度/秒（rad/s）来表示。
二、转动惯量转动惯量是描述物体对旋转运动的惯性特性的物理量，通常用字母I表示。
它与物体的质量分布和轴心的位置有关。
对于质点，其转动惯量可以简化为质量乘以距离轴心的平方。
而对于复杂的物体，转动惯量的计算需要借助积分。
三、力矩和角加速度力矩是导致物体发生旋转运动的力的效果，通常用字母M表示。
它与力的大小和作用点到轴心的距离有关。
力矩的方向垂直于力的作用平面，并遵循右手螺旋定则。
根据牛顿第二定律，力矩等于转动惯量乘以角加速度。
角加速度描述物体单位时间内角速度的变化量，用弧度/秒²（rad/s²）表示。
所以，我们可以得到旋转运动的动力学方程：M = Iα其中，M为力矩，I为转动惯量，α为角加速度。
四、动力学方程的应用旋转运动的动力学方程在物理学和工程学中有着广泛的应用。
下面我们将介绍一些常见的应用场景。
1. 自行车轮的旋转当我们骑自行车时，自行车轮的旋转运动是非常重要的。
通过动力学方程，我们可以计算出施加在自行车轮上的力矩，以及轮子的角加速度。
这有助于我们理解自行车的稳定性和操控性。
2. 陀螺的旋转陀螺是一种经典的旋转运动装置，它在物理学实验中经常被使用。
通过动力学方程，我们可以研究陀螺的稳定性和旋转速度对其运动轨迹的影响。
3. 直升机的旋转直升机的旋转运动是其飞行原理的基础。
通过动力学方程，我们可以分析直升机旋翼的力矩和角加速度，从而优化直升机的设计和性能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第四章旋转机械的动力学特性机械系统动力学
第四章旋转机械的动力学特性
旋转机械
的
动力学特性
第四章旋转机械的动力学特性第四章第四章转子动力学的任务和内容
第四章临界转速critical speed
第四章转子系统临界转速的概念
中经过某一转速附近时，支撑系统经常会发生剧烈振动
第四章旋转机械的动力学特性
由于材料、工艺等因素使圆盘的质心偏离轴线，偏心距为e 。
当转子以等角速度ω自转时，偏心引起的离心惯性力将使轴弯曲，产生动挠度。
转子的临界转速
第四章旋转机械的动力学特性第四章旋转机械的动力学特性
第四章旋转机械的动力学特性第四章旋转机械的动力学特性
第四章旋转机械的动力学特性
可见，这时质心的坐标为（0，0）。
质心C 与旋转中心O 1重合，圆盘和弯曲的轴都绕着质心C 旋转。
自动定心现象
第四章旋转机械的动力学特性
第四章转机械的动力学特性
单转子的临界转速和振型
多自由度转子有多个临界转速和相应的振型
第四章支承刚度对临界转速的影响
支承刚度对临界转速的影响，在不同支承刚度范围内是很不同的。
第四章学特回转效应对临界转速的影响
回转效应是旋转物体惯性的表现，它增加轴此圆盘轴线方向不变，没有回转效应
此圆盘轴线方向变化，回转效应增加轴的刚性
第四章械的动力学特性
高压转子中压转子低压转子发电机转子
多跨转子轴系由高压转子、中压转子、低压转子和发电机转子组成。
全长30余米，共。
第四章力学特多转子轴系的临界转速和振型
200MW 高压转子中压转子
低压转子
发电机转子
轴系各阶振型中，一般有一个转子起主导作用第四章旋转机械的动力学特性
多转子轴系的固有频率和振型
第四章200MW 汽轮发电机组轴系
第四章第四章转子的不平衡响应
对不平衡不敏感。
不敏感转子
阻尼小阻尼大第四章转子的稳定性stability
对称
第四章旋转机械的动力学特性
产生的稳定的周期性振动,叫自激振动。
第四章械的动力学特性自振系统的组成
(1) 振动系统（2）非振荡能源（3）调节系统
要外界能量供给，以补充由于不可避免的阻尼所造成能量耗第四章自激振动发生的两个条件：
第四章点是平衡点，但该系统是在原点附近的不稳定性，当有微小扰动，稍稍偏离0点，便立即迫使状态最后振动稳定在红线圆圈上。
第四章旋转机械的动力学特性
图中所描述的系统，要求激发振动的扰动具有一定
大小，其幅度需超过图中的绿线圈，才能激起自行上升的振动，最后，振动稳定在红线圈上。
此情况称为“硬自激振动”其中绿线圈的半径称为激振“阈值”。
图（a ）情况称为“软自激振动”
第四章自激振动现象和特点
第四章旋转机械的动力学特性
0v ()u v f u 相对=静位移
常数磨擦力相对⇒==umg v v 0
()()b b &umg u x
v v t x ⇒⇒−=0,相对df ax
=&()0=+−+kx x a c x
m &&&自激振动的基本概念
当系统质量安放在以等速运动皮带上，受到来自皮带磨擦力作用，一定条件下，系统可能产生自激振动。
磨擦系数与质量块和皮带间相对速度有关ⅰ无振动：
ⅱ受扰动产生振动
设磨擦力变化量
（与振动速度成正比）
第四章m 自激振动。
m
k
n =ω与初始条件有关
ϕ,A [6-2]
第四章自激振动主要特征：
●第四章自激振动主要特征：
●第四章自激振动主要特征：
第四章自激振动主要特征：
第四章强迫振动和自激振动的比较
第四章强迫振动和自激振动的比较
第四章自激振动的机理
第四章结果
自激振动实例－荡秋千
摆动
第四章旋转机械的动力学特性
风致自激振动
美国Tacoma 吊桥的垮塌(1940年)
第四章旋转机械的动力学特性
挠性转子的振动现象
一、刚性转子在弹性支承上的振动
第四章取质心S 的位移y s ，绕质心S 的转角为广
义坐标。
系统的运动方程：θ
第四章若该转子结构对称，即K 1=K 2=K ，L 1=L 2=L ，运动方程可简化为：
第四章2cos hmr t ωωθω⎪⎨⎪=第四章二、挠性转子在刚性支承上的振动
下图为一细长轴，尺寸如图
6210/,K K N cm ==1设支承的刚度系数 第四章若转子无弯曲变形，临界转速很高。
这是支承刚度相对第四章运转转速在一阶临界速度以上的转子，叫做挠性第四章三、挠性转子在弹性支承上的振动
第四章挠性转子的动平衡：
第四章挠性不平衡和刚性不平衡的主要不同点：第四章旋转机械的动力The End。