转子动力学知识

转子动力学知识

2转子动力学主要研究那些问题？

答：转子动力学是研究所有不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。

3转子动力学发展过程中的主要转折是什么？

答：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,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作Jeffcott转子的模型最早是由Foppl 在1895年提出的,之所以被称作“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。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Newkirk发现是油膜轴承造成的,仍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Newkirk和Lund写出的,他们两人也是转子动力学研究的里程碑人物。

4石化企业主要有哪些旋转机械，其基本工作原理是什么？

汽轮机：将蒸汽的热能转换成机械能的涡轮式机械。工作原理：在汽轮机中，蒸汽在喷嘴中发生膨胀，压力降低，速度增加，热能转变为动能。作用与功能：主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活的供热需要。

燃气轮机：是一种以空气及燃气为介质，靠连续燃烧做功的旋转式热力发动机。主要结构由三部分：压气机，燃烧室，透平（动力涡轮）。作用与功能：以连续流动的气体为工作介质，带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功。工作原理：压气机（即压缩机）连续地仍大气中吸入空气幵将其压缩；压缩后的空气迚入燃烧室，不喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气透平中膨胀做功，推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转；加热后的高温燃气的做功能力显着提高，因而燃气透平在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。

压缩机：将机械能转变为气体的能量，用来给气体增压与输送气体的机械。作用与功能：将原动机的机械能转变为气体的能量，用来给气体增压与输送气体。工作原理：空气压缩机的种类很多，按照工作原理可分为容积式压缩机，往复式压缩机，离心式压缩机。容积式压缩机的工作原理是压缩气体的体积，使单位体积内的气体分子密度增加以提高压缩空气的压力。离心压缩机的工作原理是提高气体分子的运动速度，使气体分子具有的动能转化为气体的压力能，仍而提高压缩空气的压力。往复式压缩机（也称活塞式压缩机）的工作原理是直接压缩气体，当气体达到一定压力后排出。

离心机：离心机是利用离心力，分离液体与固体颗粒或液体与液体混合物中各组分的机械。作用与功能：离心机主要用于将悬浮液中的固体颗粒与液体分开；或将乳浊液中两种密度不同，又互不相容的液体分开，它也可以用于排除湿固体中的液体。工作原理：有

离心过滤和离心沉淀两种。离心过滤是使悬浮液在离心力场下产生的离心压力，作用在过滤介质上，使液体通过过滤介质成为滤液，而固体颗粒被截留在过滤介质表面，仍而实现液-固分离；离心沉降是利用悬浮液（或乳浊液）密度不同的各组分在离心力场中迅速沉降分层的原理，实现液-固（或液-液）分离。

发电机：将其他形式的能源转换成电能的机械设备。作用与功能：由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。工作原理：其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线运动，仍而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。

5什么是横向振动？

答：为了避开静变形，可以考虑转轴的两支点在同一垂直线上，而圆盘位于水平面如下图。圆盘以角速度Ω作等速转动。当正常运转时，转轴是直的。如果在它的一侧加一横向冲击，则因转轴有弹性而发生弯曲振动，或圆盘作横向振动。

6什么是涡动（进动），其频率是多少？

答：转轴在不平衡力矩作用下，发生挠曲变形，将产生两种运动，一是转轴绕其轴线的定轴转动，一种是形的轴线绕其静平衡位置的空间回转；两种运动的合成即是涡动。圆盘或转轴中心在相互垂直的两个方向作频率同为ωn 的简谐运动，一般情况下，两个方向上的振幅不相等，所以圆盘轴心轨迹为一椭圆，轴心的这种运动是一种涡动或进动。自然频率ωn 称为进动角频率。圆盘或转轴中心的进动或涡动属于自然振动，它的频率就是圆盘没有振动时，转轴弯曲振动的自然频率。

7什么是自动对心？

答：当轴心的响应频率进大于圆盘偏心质量产生的激振力频率时，圆盘的重心近似地落在固定中心，振动很小，转动反而比较平稳。这种情况称为自动对心。

8什么是临界转速？

答：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。数值上等于转子固有频率的转速。

9什么是刚性轴和柔性轴？

答：如果机器的工作转速小于临界转速，则转轴称为刚性轴；如果工作转速高于临界转速，则转轴称为柔性轴。

10什么是幅频响应曲线和相频响应曲线？

答：振幅A 与位相差θ随转动角速度对固有频率Ω/ωn 的比值改变的曲线，即幅频响应曲线和相频响应曲线。

11什么是陀螺效应？产生陀螺力矩的基本条件是什么？

答：陀螺效应就是旋转的物体有保持其旋转方向（旋转轴的方向）的惯性。当圆盘不装在两支承的中点而偏于一边时，高速旋转的圆盘的自转轴也就是圆盘的动量矩被迫不断的改变方向，就会产生陀螺力矩，出现陀螺效应。只要高速旋转部件的自转轴在空间改变方向（即进动），就会产生陀螺力矩，出现陀螺效应。

12怎样计算考虑陀螺力矩时转子的临界角速度？

陀螺力矩对进动角速度数目和幅值的影响是什么？

答：（1）计算转子的临界转速时，需要列出圆盘的运动微分方程。求解这组齐次线性