裂纹转子-轴承系统动力学特性研究
液膜轴承和滚动轴承转子的动态特性
液膜轴承和滚动轴承转子的动态特性 SpectraQuest Inc. https://www.wendangku.net/doc/5e15567283.html, November, 2005 摘要：本文使用了机械故障仿真器-精简扩展版TM机器，从转子共振频率和转子 轨道形状的角度研究了支撑油膜轴承的转子轴特性。实验结果表明：轴承类型对转子自然频率的影响不能忽略；此外，对油膜轴承和滚动轴承来说，转子轨道显示了完全不同的形状。 1.实验装置 SpectraQuest公司研发了新型仿真器——机械故障仿真器-精简延展版TM，如图1所示。在研究由油液润滑滑动轴承支撑的转子动态特性方面是一个特别创新工具。机械故障仿真器-精简扩展版上装备有SpectraQuest公司的润滑油泵，以此来驱动润滑油液；另外，在不影响工厂生产或利润情况下，它对于研究常见机械故障特性来说是一个非常得力的工具。 本实验采用新型仿真器，针对油膜轴承和滚动轴承支撑的转子，研究共振条件下转子系统的动态特性。采用四种方法激发机械故障仿真器-精简扩展版TM的转子常态。 1.改变轴上的盘数量或负载数量 2.改变轴上的盘的位置 3.改变在转子甲板上的轴承座位置 图1. 机械故障仿真器精简-扩展版 在共振测试中，尽量平衡速度和振动。如果失衡太多，或者失衡处在特定模式下的最大振动幅值，电机控制器可能由于负载值太大被断电。然而为了产生共振需要一定数量的失衡。因此，需要有一种大到足以激发共振，但不要切断电动机电源的失衡。由经验法则得知，为了在失衡中达到某种平衡，就低速共振来说，失衡重量可以利用；对于高速共振来说，（第三模式）失衡重量不需要，因为由盘自身引发的盘失衡足以引起失衡。
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
自补偿液体静压轴承静动态特性有限元分析
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/5e15567283.html, 自补偿液体静压轴承静/动态特性有限元分析 作者：佐晓波尹自强王建敏李圣怡 来源：《湖南大学学报·自然科学版》2014年第01期 摘要：对一种新型的自补偿双锥面液体静压轴承进行了理论和实验研究.介绍了自补偿双锥面液体静压轴承结构与工作原理，采用小扰动法建立了其润滑油膜的理论模型，自补偿节流公式中计入了转子移动对节流间隙的影响.采用有限元方法求解了轴承的承载力、流量、刚度和阻尼系数，通过对承载力的测试验证了模型的可行性.结果表明：自补偿双锥面液体静压轴承比同条件下固定节流静压轴承的径向承载力高，且其在较小载荷下工作时具有较高刚度. 关键词：液体静压轴承；自补偿；静态特性；动态特性；有限元；小扰动方法 中图分类号：TH133.3 文献标识码：A 液体静压轴承具有承载力大，刚度高，阻尼特性好和磨损小等一系列优点，在精密机床主轴、导轨和转台等基础设备中有着广泛的应用.节流器对静压轴承的静、动态性能具有重要影响.常用的轴承节流器包括小孔、毛细管、狭缝等固定节流器和薄膜等可变节流器，其在现有文献中有较深入的研究.Chen等[1]对毛细管节流静压轴承性能进行了理论研究，郭力等[2]则对毛细管节流的大型动静压轴承进行了实验研究， Chen等[3]以及 Nicodemus和Sharma[4]研究 了小孔节流静压轴承性能，结果均表明节流参数的选择对轴承性能具有重要影响.Sharma等[5]研究了狭缝节流轴颈轴承，指出其失稳速度比毛细管和小孔节流轴承高.郭力等[6]则提出一种圆隙缝节流静压轴承，计算表明其性能优于传统狭缝节流轴承.Singh等[7]和Brecher等[8]研究了薄膜节流多腔静压轴承的特性.Gao等[9-10]分析了一种采用PM流量控制器的新型薄膜节流静压轴承的静态和动态特性.以上类型轴承，节流器的设计、制造往往较为复杂.自补偿节流轴承不使用节流器，采用自身结构实现节流，其性能介于固定节流和薄膜节流之间.夏恒青[11]和王瑜[12]分别对自补偿液体静压轴颈轴承的节流腔结构和动态性能进行了研究.Kane等[13]将节流间隙与承载间隙设计成呈角度相交的两段，制造了一种适用于转台的自补偿静压轴承.现有文献中对自补偿轴承的报道相对较少.本文设计了一种新型的自补偿液体静压轴承，采用小扰动理论建立了轴承计算模型，并采用有限元法计算了其静、动态特性. 1自补偿静压轴承结构及其节流原理 轴承结构示意图如图1（a）所示.轴承采用双锥面形式，主轴由两个圆锥零件和一个连接块组装而成，定子上安装节流环，由节流环的外表面与转子相应配合表面形成的间隙实现润滑油的节流，因不采用传统形式的节流器，所以称为自补偿静压轴承.图1（b）所示为轴承实物
Ansys转子动力学
基于ANSYS的转子动力学分析 1、题目描述 如图1-1所示,利用有限原原理计算转子临界转速以及不平衡响应。 图 1-1 转子示意图及尺寸 2、题目分析 采用商业软件ANSYS进行分析，转子建模时用beam188三维梁单元,该单元基于Timoshenko梁理论，考虑转动惯量与剪切变形的影响。每个节点有6个(三个平动,三个转动)或7各自由度（第七个自由度为翘曲，可选）。 轴承用combine214单元模拟。该单元可以模拟交叉刚度和阻尼。只能模拟拉压刚度，不能模拟弯曲或扭转刚度。该单元如图2-1所示，其有两个节点组成，一个节点在转子上，另一个节点在基础上。
图 2-1 combine214单元 对于质量圆盘，可以用mass21单元模拟，该单元有6个自由度，可以模拟X,Y,Z 三个方向的平动质量以及转动惯性。 3、计算与结果分析 3.1 转子有限元模型 建模时，采用钢的参数，密度取37800/kg m ，弹性模量取112.1110pa ，泊松比取0.3。轴承刚度与阻尼如表1所示，不考虑交叉刚度与阻尼，且为各项同性。 Kxx Kyy Cxx Cyy 4e7N/m 4e7N/m 4e5N.s/m 4e5N.s/m 将转子划分为93个节点共92个单元。有限元模型如图3-1所示。
图 3-1 转子有限元模型 施加约束时，由于不考虑纵向振动与扭转振动，故约束每一节点的纵向与扭转自由度，同时约束轴承的基础节点。施加约束后的模型如3-2所示。 图 3-2 施加约束后的有限元模型 3.1 转子临界转速计算 在ANSYS中可以很方便的考虑陀螺力矩的影响。考虑陀螺力矩时，由于陀螺矩阵是反对称矩阵，所以求取特征值时要用特殊的方法。本文考虑陀螺力矩的影响，分析了在陀螺力矩的影响下，转子涡动频率随工作转速的变化趋势，其Campell图如图3-3所示。同时给出了转子的前四阶正进动涡动频率与反进动涡动频率以及固有频率。如表3-2所示。
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。
轴承组件动态特性研究
!试验与分析" 轴承组件动态特性研究 姜!维"，#，李红涛$，梁!波#，邓四二"，李!亮"，杨!勇%（"!河南科技大学!机电工程学院，河南!洛阳!%&"’’#；$!空军驻洛阳地区军代表室，河南!洛阳!%&"’#(； #!洛阳轴承研究所，河南!洛阳!%&"’#(；%!南京精正轴承有限公司，南京!$"’’’%） 摘要：在轴承组件系统动力学分析的基础上，建立了轴承组件系统动态响应分析数学模型，运用子空间算法和)*+,-./算法，在各种工况下对轴承组件进行了动态响应分析和频谱分析，并进行了试验验证。试验结果表明，所建立的轴承组件动态特性分析模型是正确的和可行的。 关键词：滚动轴承；组件；动态响应；非线性；有限元分析；频谱分析 中图分类号：01"##2##；034’5!!文献标志码：6!!!文章编号："’’’7#&5$（$’’&）’$7’’"(7’% !!卫星动量轮是卫星姿控系统的关键执行部件，而轴承组件是动量轮的核心部件，它的工作动态特性及可靠性直接影响到整个卫星控制精度与寿命，因此动量轮轴承组件动态特性研究显得非常重要。动量轮轴承组件主要由支承轴、轴承、碟形弹簧、轴承座等零件组成，在进行轴承组件动态分析时，牵涉到零件之间的接触和摩擦接触等问题［"］，使得卫星动量轮轴承组件系统呈现非线性［$］。本文在轴承组件系统动力学分析的基础上，利用有限元建立了轴承组件系统动态响应分析数学模型，运用子空间算法和)*+,-./算法，对轴承组件的动态特性进行分析和试验验证，提出的分析方法为动量轮轴承组件结构优化设计奠定了基础。 "!轴承组件动态分析模型 "!"!建模分析 由于轴承组件结构具有严格的轴对称、边界轴对称以及材料轴对称特点，因此轴承组件采用轴对称柱坐标系建立实体模型。建立模型时须考虑以下几点： !轴承组件竖直放置时，只考虑水平和竖直两方向上的运动位移。 "动态问题不考虑应力集中，划分网格时采用较少、均匀和稀疏网格进行离散，并且以轴承座轴向约束作为模型边界条件，从而建立结构的整体模型。 收稿日期：$’’57’(7"$；修回日期：$’’57"$7"% 作者简介：姜!维，男，硕士研究生，洛阳轴研科技股份有限公司特种轴承开发部工程师。 #轴承组件系统属于刚性连接。 $碟形弹簧当作约束边界条件，只有竖直方向上的位移。 %对角接触球轴承的球，采用有限元杆单元等效简化，并考虑摩擦、摩擦力矩和保持架的阻力。 &在动态响应分析中，第一阶模态起主要作用。 "!$!轴承组件系统动力学方程 轴承组件动力学方程可表示为： ［!］｛"#｝8［$］｛%#｝8［&］｛#｝9｛’ : ｝（"）式中：［!］为总质量矩阵；［$］为总阻尼矩阵；［&］ 为总刚度矩阵；｛#｝为位移向量矩阵；｛’ : ｝为载荷向量矩阵。 轴承组件在振动过程中，由于材料的内摩擦、支承与结构之间的摩擦等因素，发生机械能耗损即阻尼。考虑轴承组件的材料性质比较均匀，采用;-<=*>?@阻尼［#］ ［$］9!［!］8"［&］（$）式中：!和"为适当的常数。 "!$!"!轴承组件系统的固有频率 固有频率与外载无关，是由轴承组件系统自身特性决定的，因此可通过无阻尼自由振动方程来计算轴承组件系统的固有频率，即（"）式变为［!］｛"#｝8［&］｛#｝9’（#）由（#）式可求出轴承组件系统的固有频率。"!$!$!轴承组件系统动力学建模中的接触问题!在轴承组件系统中，轴承和轴承座的接触和摩擦特性呈非线性，其非线性表现为分离和粘结两种接触状态的转化。在建模分析时，采用有 ABB)"’’’7#&5$ C)%"7""%4D01! 轴承!$’’&年$期 6*-.>E?$’’&，)F2$ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"(7$$ 万方数据
单油楔双向润滑槽滑动轴承静动态特性研究
工程硕士学位论文 目录 摘要................................................................ I Abstract............................................................ I I 插图索引........................................................... I V 附表索引............................................................ V 第1章绪论 . (1) 1.1 课题研究背景及意义 (1) 1.1.1 课题研究背景 (1) 1.1.2 课题研究意义 (1) 1.2 国内外研究现状 (2) 1.2.1 滑动轴承发展 (2) 1.2.2 流体动压润滑理论研究现状 (2) 1.2.3 计算流体力学的发展与基本原理 (5) 1.2.4 滑动轴承中空化现象 (7) 1.2.5 滑动轴承结构研究现状 (9) 1.3 本文主要研究内容 (10) 第2章计算模型概述 (11) 2.1 引言 (11) 2.2 基本方程 (11) 2.2.1 质量守恒方程 (11) 2.2.2 动量守恒方程 (11) 2.2.3 能量守恒方程 (11) 2.3 空化模型 (12) 2.3.1 Singhal et al.空化模型 (13) 2.3.2 Zwart-Gerber-Belamri空化模型 (14) 2.3.3 Schneer and Sauer空化模型 (14) 2.4 湍流模型 (14) 2.4.1 FLUENT中湍流模型概述 (15) 2.5 近壁面处理 (16) 2.5.1 壁面函数法 (17) 2.5.2 低Re数k?ε模型法 (18) 2.6 流体粘温特性方程 (18) 2.7 求解离散方程算法简介 (19)
滚动轴承的动态特性的实验研究
滚动轴承的动态特性的实验研究 摘要：研究了旋转条件下，不同参数对角接触球轴承的刚度和阻尼的影响。由于原油粘度的依赖性的特点，轴向和径向预紧力对轴承动态特性有最显著的影响作用。轴承部件的差温加热也可以是一个非常敏感的因素。由此得出结论：轴承和外壳之间的结合面对装配轴承总的动态特性有显著的影响作用。 关键字：轴承，动态，结合面，预载 一介绍 滚动轴承在大部分的旋转机械中是使用最广泛的部件之一。由于它们一直在轴和外壳之间的振动传输路径中，轴承的行为对设备的动态性能具有实质性的影响。描述这种行为的关键因素是轴承的刚度和响应阻尼。有关滚动轴承动态特性的知识有助于优化旋转机械的操作条件以使其增加可靠性和使用寿命，从而提高其经济效益。关于这一领域有很少的实验数据。Dareing和Johnson做过两个钢片连接处可用阻尼的相关实验。他们的实验工作指示在接触表面的接口存在数量相当可观的由润滑剂产生的阻尼，并且阻尼随着润滑剂粘度的增加而增加。Elsermants 等人摒弃径向和轴向轴承动态特性，但是他们提出一种试验方法来衡量一个圆锥滚子轴承的倾斜特性。他们的工作总结了倾斜刚度和倾斜阻尼随着轴向预紧力的增加而快速的增加并随着转速的增加而缓慢的减小。Walford和Stone等人测量了角接触球轴承的径向特性。结果显示随着轴向预紧力及润滑剂粘度的增加，刚度增加并且阻尼减小，尽管随着力幅值和激励频率的增加刚度会减小阻尼会增加。Kraus等人提出一种实验研究方法，在非对称转子试验台上增加两个深沟球轴承来研究在径向和轴向轴承阻尼中的速度、各种不同的预载荷以及轴承松动。实验显示阻尼随着速度的增加而增加，尽管预载荷与径向和轴向方向上的阻尼
02---Samcef Rotor在发动机转子动力特性分析中的应用---周传月
Samcef Rotor在发动机转子动力特性分析中的应用 周月1 ，宗克勤2 传 （1.北京东方极峰科技有限公司，北京100081 ；2.哈尔滨第703研究所，哈尔滨100036） 摘 要：本文首先介绍了依托Samcef Field和Samcef Rotor软件搭建的发动机转子动力特性集成仿真分析系统。其次介绍了转子动力特性分析软件Samcef Rotor的特点、模型及分析功能。最后以四个工程应用实例，着重介绍了Samcef Rotor软件在发动机转子动力特性分析中的应用。 关键词：Samcef Rotor，转子，动力特性，有限元分析 1 引言 随着工业的高速发展，旋转机械转速不断增加，性能不断提高。特别是航空燃气涡轮发动机和舰船用燃气轮机，由于其转速加大，推重比不断提高，因而带来了转子部件的负荷的增加。旋转机械的动力学问题历来就是发动机设计和研究人员关注的问题。发动机是高技术和高可靠性的复杂产品，尤其是高速旋转的转子系统，在其产品开发中有着极其复杂和严格的要求。发动机转子动力学问题是发动机研制和开发的一个重要问题。在转子动力学研究中，计算仿真分析（CAE）具有很重要的地位。无论是讨论转子的动力学特性，分析转子的各种动力学现象，还是进行转子系统的设计，解决旋转机械的有关工程问题等，都离不开计算分析工作。在转子动力学的发展历史中，计算方法与理论研究和工程应用是同步发展的。随着计算机技术和软件技术的飞速发展，计算仿真分析的重要性更为突出。甚至一些无法用理论分析方法解决的复杂问题，也可以使用数值计算的方法得到结果，或通过计算机仿真，揭示某些难以用理论分析方法或实验观察获得的新现象。 在传统的转子动力学分析中，计算分析的主要内容是关于转子弯曲振动的临界转速、不平衡响应和稳定性。有时，还有各种激励下的谐波响应和瞬态响应计算。有些转子系统还需要计算扭转振动的固有频率和响应。随着转子动力学研究工作的深入发展，人们发现轴承、轴承座、支承基础，以及其它有关结构对转子的动力学特性有很大的影响，因而有必要把轴承、轴承座、密封，甚至设备的基础也纳入到转子系统中。SAMTECH公司一直致力于转子动力学数值计算方法的研究，在著名的发动机公司的支持下，开发了大型商业化转子动力学分析软件Samcef Rotor。 SAMTECH公司（https://www.wendangku.net/doc/5e15567283.html,）是欧洲最大的CAE软件公司之一，是著名的有限元分析软件Samcef的开发商。SAMTECH公司的前身是比利时列日大学（University of Liege）的宇航实验室，该实验室自从1965年就从事开发商业化的有限元分析软件Samcef的开发。Samcef软件的开发者于1986年脱离列日大学而创建了SAMTECH公司。SAMTECH与航空和航天工业（SNECMA, EADS, AIRBUS, …），以及防卫、汽车、能源、造船和机床等工业有密切的合作。 Samcef系列软件是世界上广泛应用的有限元分析软件。Samcef包括通用有限元分析软件，如前后处理软件Samcef Field、线性分析软件Samcef Linear和非线性分析软件Samcef Mecano等，以及很多特定的专业软件，如转子动力分析软件Samcef Rotor，高压电缆静动力学分析软件Samcef HVS等。其中转子动力分析模块Samcef Rotor是目前世界上唯一的单轴或多轴转子动力学特性大型有限元分析软件。图1是依托Samcef Rotor软件和Samcef Field软件搭建的发动机的转子动力特性集成仿真分析系统。此系统是一完整的转子建模和仿真分析环境，包含发动机转子动力特性分析的各个方面。
非线性转子 动力学
航空发动机非线性转子碰磨研究 XXX （XXXX 机械工程上海200072） 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；高速转子；数值积分法 The research for Aeroengine nonlinear rotor WANG Qing-long (Shanghai university mechainal engineering 20072 shanghai) Abstract: Reviewed the research status of nonlinear rotor dynamics both at home and abroad, discusses the seven main in the study of nonlinear rotor dynamics. To questions, and cited a large number of relevant literature both at home and abroad, include: common methods of nonlinear rotor dynamics; To solve the non-linear. Rotor dynamics problems of numerical integral method; Rotor - bearing system of large dimension reduction solution for high dimensional nonlinear dynamics; In the theory of differential dynamic system of the manifold method; Rotor nonlinear dynamics behavior of mechanism research and experiment research; High speed rotor shaft. Bearing system of the nonlinear dynamics design, and finally discusses the problems of nonlinear rotor dynamics research and prospects. Key words: nonlinear; High speed rotor; The numerical integral method. 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。 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
压缩机转子动力特性及常见振动原因解析
109中国 设备 工程Engineer ing hina C P l ant 中国设备工程 2019.06 （上）压缩机转子与振动情况是影响设备运行性能与效率的重 要关键因素，本文将通过对压缩机转子的结构特点和基本原理分析，对其运动特性进行详细的解析，同时对压缩机上常 见的振动问题及原因进行系统的剖析分解。 1?转子系统特性 转子系统是一种连接轴承与支座组成的旋转部件系统， 是旋转机械中的主要工作部件。转子系统的运动特性是一个 复杂的系统，转子运转常伴有相关系列振动，给设备带来噪 声，甚至严重的元件损坏和转子失稳等害处，极大地影响了 设备的工作效率和使用寿命。见图1。图1?转子简图2?转子动力特性解析2.1 轴承动态运动特性本文以径向轴承为依据，其理想模型状态工作状况为：轴承的中心为一条静态稳定线上浮，在油膜产生的合力作用下达到载荷稳定时，轴颈的中心便达到静态稳定线的某一点和稳定。而当轴承的工作角度因为工作关系工作角度不断地增大，轴承的表面与轴颈之间形成的收敛卷吸作用不断地加大，导致转子不断地被抬起。在常规的工作状态下，转子的工作状态不断受到外界的扰动影响，轴承不仅受油膜的静态油膜托起力，还会因外界的移动和速度等因素扰动产生附加的动态油膜力，所以转子是在静态油膜力与动态油膜力共同作用下工作的非定工作状态。轴承的非定动态方程为公式（1）。（1）式中：r 为轴承轴颈的半径，mm；φ为油膜的厚度，mm；p 为油膜压力值，MPa；u 为油的动力黏度值，Ns/mm 2；ω为转子角速度。2.2 轴承系统的稳定特性轴承的稳定特性，即压缩机处于静态的一种稳定或者动态的一种稳定，静态稳定即转子的外径与长度的比值大于或者等于5时，转子系统此时无论是工作转动速度快还是慢，压缩机转子动力特性及常见振动原因解析 官文超? （沈阳鼓风机集团股份有限公司研究院，辽宁?沈阳?110869） 摘要：压缩机是工业原料生产重要的生产设备之一，其广泛使用在化工、能源、机械等行业。而压缩机的转子动力特性与振动情况将直接影响设备的整体性能和运行效率。本文对压缩机转子动力特性、振动情况等进行了分析研究。 关键词：压缩机；转子；动力特性；振动 中图分类号：U664 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2019）06（上）-0109-02 系统只须静态稳定。动态稳定是指转子的长度大于半径时，系统转子工作转动速度大于1000时，此时进行动态稳定。当轴承系统处于稳定状态时，就可以避免一系列的设备振动现象。当系统出现非稳定性振动的时候，转子与转轴之间的力学便出现破坏，设备便会出现一些破坏性的振动现象。2.3 转子系统运动平衡特性转子的振动一般对设备是有害的，但是却无法杜绝这一现象，怎样平衡转子系统的运转振动，使其系统达到一个平衡的高性能状态。其实只要将转子的振动设定在一定范围内，达到一定的转动与振动平衡状态，就可消除危害性的振动现 象。所谓的转子振动平衡即是将转子振动频率限制在转速的 1/10，即可达到转子振动平衡状态。而主要的处理手段是将 转子的外径与长度比值降低来达到转子振动平衡状态。 2.4 齿轮传动系统特性 研究表明，齿轮系统的耦合传动振动特性模型与设备的 固定频率、稳定性能与弯曲、扭转振动模型有着很大的区别。 建立相关斜齿传动模型的分析模型，分析得出斜齿传动系统 振动不仅存在扭曲振动、轴向振动、弯曲振动常规的振动， 还存在动态合力产生的扭摆动。齿轮空间存在6个自由度， 整个系统存在12个自由度，轮齿的重合度为整数，整个啮 合过程中呈现出一个周期性的变化，且同时有部分的轮齿出 现变形现象。斜齿系统的啮合开始于轮齿的一端，然后慢慢 扩展到整个齿面，最后从轮齿一端退出啮合的过程，此时的 轮齿整体性刚度有局部变化，但是较直齿刚度阶跃性的变动， 斜齿只是一小部分的微小波动，如图2为斜齿轮与振动稳定 关系图。综上述分析可知，轮齿的刚度影响有轮齿的齿形（齿 高和齿厚等）、轮齿材料、轮齿的重合度、旋转角度、轮齿 啮合误差等因素。 3?转子振动原因及分析 3.1 压缩机转子振动原理 压缩机主要通过转子的高速转动产生离心力使其具备压 缩功能，出现振动的主要机理是转子振动频率与设备自身振 动频率相接近，导致共振现象，继而出现振动现象。如转子 与转轴的契合不严密时，还可能引起其他的振动效应。 3.2 压缩机机组稳定性引起的振动 机组如出现失稳即可出现转子的不平衡振动，引起的主 要原因是压缩机内部的零件契合度不达标，如转子与转轴的 契合度不够造成的机组失稳，以及离心机基座之间的连接紧
ANSYS 中的转子动力学计算
ANSYS 中的转子动力学计算 雷先华 安世亚太 转子动力学是固体力学的一个重要分支，它主要研究旋转机械的“转子－支承”系统在旋转状态下的振动、平衡和稳定性问题，其主要研究内容有几个方面：临界转速、动力响应、稳定性、动平衡技术和支承设计。在旋转机械研究设计中，转子动力学的性能分析是极其重要的一个方面。 传统的转子动力学分析采用传递矩阵方法进行，由于将大量的结构信息简化为极为简单的集中质量—梁模型，不能确保模型的完整性和分析的准确度；而有限元在处理转子动力学问题时，可以很好地兼顾模型的完整性和计算的效率，但多年来转子的“陀螺效应”一直是制约转子动力学有限元分析的“瓶颈”问题。ANSYS 很好地解决了动力特性分析中“陀螺效应”影响的问题，而且陀螺效应的考虑不受计算模型上的限制，使得转子动力学有限元分析变得简单高效。 本文对ANSYS 的转子动力学计算功能进行简要介绍。 1 ANSYS 转子动力学的理论基础 ANSYS 转子动力学分析中，两种参考坐标系可供选择：静止坐标系和旋转坐标系。空间点P 在静止坐标系（其原点在O ′）下的位置矢量为r ′，在旋转坐标系（其原点在O ）下的位置矢量为r 。 在静止坐标系下转子的动力方程为： [][][]{}{}([]){}{}M u C C u K u F gyr +++=&&& []C gyr 为陀螺效应矩阵。 在旋转坐标系下转子的动力方程为： [][][]{}{}([]){}([]){}M u C C u K K u F cor spin r r r +++?=&&& []C cor 为哥氏效应矩阵，[]K spin 为旋转软化效应刚度矩阵。 2 ANSYS 转子动力学的计算功能和新技术 ANSYS 转子动力学计算包含如下功能： – 无阻尼临界转速分析 – 不平衡响应分析 – 阻尼特征值分析
转子轴承系统动力学分析系统的设计与实现
转子轴承系统动力学分析系统的设计与实现 朱爱斌1，张锁怀2，丘大谋1，谢友柏1 (1.西安交通大学 润滑理论及轴承研究所,陕西西安 710049; 2. 上海应用技术学院,上海 200235) 摘 要: 分析了如何基于Matlab和VB开发齿轮啮合的转子轴承系统动力学分析系统的问题，介绍了系统的总体设计和具体实现途径，提出将Matlab和VB的三种集成方法混合应用，并通过实例说明系统的使用方法和计算分析内容。该系统能够有效缩短齿轮啮合的转子轴承系统的设计开发周期，优化系统的性能。关键词:转子轴承；齿轮；动力学分析；Matlab 中图分类号: TH12；TP312 文献标识码:A Design and Realization of Rotor-Bearing System's Dynamic Characteristics Analyzing System ZHU aibin1 ZHANG suohuai2 QIU damou1 XIE youbai1 (Theory of Lubrication and Bearing Institute, Xi'an Jiaotong University, Xi’an 710049, China) Abstract : Issue of how to develop dynamic characteristics analyzing system of geared rotor-bearing system with Matlab and Visual Basic was analyzed, framework design and realized approach was introduced, and method of mixed application of three integration ways between Maltab and VB was proposed. A case was given to show the computing and analyzing process. The analyzing system can efficiently short the design and development time of geared rotor-bearing system, and optimize the performance of geared rotor-bearing system. Key words : rotor bearing; gear; dynamic characteristics analyzing; matlab 齿轮耦合的转子轴承系统即多个转子－轴承 系统通过齿轮耦合联系在一起[1][2]。这种系统既保留了单个转子－轴承系统的某些动力学特性，又具有齿轮传动所引起的一些新特性。某一转子－轴承系统的动力学性能的改变，通过齿轮的耦合作用，必将影响另一转子－轴承系统的动力学性能；横向振动通过齿轮传递后，将引起转子产生扭转振动，也就是说，弯曲振动和扭转振动将同时发生，即发生弯扭耦合振动[3]；齿轮参数的改变，必将导致整个系统的动力学性能发生变化，这是该系统所独有的特性。 具有齿轮啮合的转子轴承系统在风机、压缩机、增速器等机器中广泛存在，由于齿轮的啮合作用，使原本相互独立的多个转子轴承系统联接在一起，从而使各转子轴承系统的动力特性相互影响，整个系统的动力特性与单个子系统的动力特性大不一样[4]。在齿轮耦合的转子轴承系统的研究基础上，基于Matlab和VB开发了齿轮啮合的转子轴承系统动力学分析系统，可以用于压缩机、风机等流体机械及增速器、减速器等具有齿轮传动的平行轴系的转子系统动力学分析。分析内容包括稳定性、临界转速、强迫振动响应、系统特征值及振型的计算和分析。同时本系统也能够完成转子轴承系统中任意单根转子的动力学分析。1 总体框架设计 1.1 系统设计原则 系统是面向具有转子轴承系统动力学一般知识的企业或者科研院所用户而开发的，基本的设计原则包括： (1) 建立考虑齿轮啮合因素的平行轴系的转子轴承系统的数学模型，使其计算结果能够与实际情况的误差较小； (2) 提供简单、合理和方便的使用界面，适应不同使用水平的用户； (3) 提供包括数据，图形，XML文档等多种形式的丰富的参数表示形式，给用户直观，丰富的信息； (4) 结合Matlab的数据处理，矩阵计算和图形1显示的强大功能和VB在图形用户界面开发方面的优势； 1.2 系统总体框架 收稿日期:2004 - 09 - 14 基金项目:博士学科点专项科研基金(20030698005，20050698016) https://www.wendangku.net/doc/5e15567283.html,
转子动力学
转子动力学 什么是杰斐逊转子，它的意义是什么? 答:转子可以看作是一个安装在失重弹性轴上的圆盘，轴的两端由完全刚性的轴承和轴承座支撑。基于该模型的分析计算得到的概念和结论是转子动力学的基础。它可以准确地用于简单的旋转机械中，定性地解释复杂的问题。 意义:通过对Jeffcott转子的研究，发现当转子超过临界转速时，转子会自动对准，从而能够稳定工作。这一结论大大提高了旋转机械的功率和应用范围。Jeffcott解释了Jeffcott转子的动态特性，指出在超临界工况下转子会自动对准。发现超临界运行过程中会出现自激振动和不稳定，并确定其重要性。 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？ 答：汽轮机，燃气轮机，压缩机，离心机，电动机 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
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。这是特别不幸,因为Rankine's的临界速度比Dunkerley的结果更为杰出,。他的可怕的预言被人们广泛接受,并且成为负责令人沮丧的高速转子理论发展了近50年。
转子动力学研究方向综述
转子动力学研究方向综述 （上海大学机电工程与自动化学院，上海200072） 摘要：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。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。本文回顾了转子动力学的发展历史，分析了研究转子动力学面临的几个主要问题。总结了国内外在转子平衡技术方面、转子系统振动控制技术方面、转子动力学设计方面、转子振动噪声和参数识别方面、转子的动力学特性方面研究的情况。最后讨论了我国转子动力学面临的主要问题。 关键词：转子；动力学；旋转机械 Review of Researches Direction on Rotor Dynamics GAO hai-zhou (School of Mechanical Engineering and Automation, Shanghai University, Shanghai 200072, China) Abstract: Rotating machinery is widely applied to include gas turbine, aviation engine, industrial compressor and all kinds of motor and other machinery. Rotor dynamics is the study of all to the rotor of the rotating machinery and its components and structure dynamic characteristics, including dynamic response, vibration, strength, fatigue, stability, reliability and condition monitoring, fault diagnosis and control subjects. This paper reviews the development history of rotor dynamics, analyses several main problems in the study of rotor dynamics. In rotor balancing technology at home and abroad are summarized, the rotor system vibration control technology, the rotor dynamics design, rotor vibration noise and parameter identification, rotor dynamic aspects of the research. Finally discusses the major problems of rotor dynamics in China Key words: rotor; dynamics; rotary machine 引言 旋转机械[1]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[2]，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。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。