Jeffcott转子-轴承系统的非线性动力学特性分析
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
基于ANSYS的磁悬浮轴承转子系统的动力学特性研究
产品设计与应用 基于ANS YS的磁悬浮轴承转子系统的动力学特性研究 万金贵1,汪希平2,高琪1,张飞1 (1.上海第二工业大学实验实训中心,上海201209;2.上海大学机电工程与自动化学院,上海200072) 摘要:针对一个实际应用的磁悬浮支承柔性转子系统,进行多组参数条件下的有限元模态分析,分别得到系统的前8阶临界转速与模态振型。将有限元计算结果与试验结果进行对比分析,验证了有限元分析的正确性。 通过对该磁悬浮转子系统的有限元分析表明:/轴承主导型0的低阶临界转速及振动模态是由轴承控制器各控制通道决定的;而/转子主导型0的高阶临界转速及振动模态符合传统的轴承转子系统动力学特性普遍规律。 关键词:转子系统;磁悬浮轴承;ANSYS;动力学特性;临界转速;模态振型 中图分类号:T H133.3;O241.82文献标志码:A文章编号:1000-3762(2010)06-0001-05 R esearch on Dyna m ic Character istics of R otor Syste m Suppor ted by AM B B ased on ANS YS M oda l Ana lysis WAN Ji n-gui1,WANG X i-p i n g2,G AO Q i1,Z HANG Fe i1 (1.P racti ca l Center,Shangha i Second P olytechn i c University,Shanghai201209,China; 2.School ofM echatron i cs Engi neer i ng and Auto m atio n,Shangha iUn i versity,Shangha i200072,Ch i na) Abstr ac t:The fi n ite e l em ent m o da l analysis of the practical flex i ble rotor system supported by A MB is ca rried out ac2 cordi ng to diff e rent gro ups of para m eters.The first8-order cr iti ca l speeds and m ode shapes are sol ved respecti ve ly. The correctness of t he calculati on resu lts is tested and ver ifi ed by t he exper i m ents.The calculati on resu lts are d iscussed and t he dyna m ic characteristi cs of t he rotor syste m supported byA M B are su mmed up.That i s,the"bear i ng-do m i na2 ted"lo w-order critical speeds and vi brati on m odes are dec i ded by the A MB control channe,l and the"rot or-do m i na2 ted"hi gh-order cr iti ca l speeds and vibratio n m odes a re i n li ne with t he universa l la w of dy na m ics character i sti cs of t he conventi ona l beari ng rotor syste m. K ey word s:rotor syste m;ac ti ve m agne ti c beari ng;ANS YS;dy na m ic character i stics;critica l speed;m o de shape 主动磁悬浮轴承(acti v e magnetic bearing, A MB)是利用电磁铁产生可控电磁力将转子悬浮支承的一种新型轴承,由于具有一系列独特的优点而引起人们的广泛关注[1]。近年来,A MB技术在国外得到了迅速的发展,已在军工、航天等国防工业部门中得到了广泛应用,并向民用工业如航空、机床、化工、能源等领域推广[2-4]。 收稿日期:2009-10-16;修回日期:2010-02-21 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50475181);上海高校选拔培养优秀青年教师科研专项基金资助项目(Y Q306006) 作者简介:万金贵(1972-),女,讲师,主要研究方向为转子动力学、机械设计及数控加工技术。 E-ma i:l WQQ0922@163.co m。 主动磁悬浮轴承经常工作在每分钟数万至数十万转范围内,此时的转子动力学行为往往表现为柔性转子的特性[5]。为保证磁悬浮转子系统的安全稳定运行,设计者需要对系统的动力特性进行分析和计算,并可对磁力轴承动力学行为进行调整和控制[6-7]。由于磁力轴承的结构涉及到由电子电路组成的控制器,因此其动力学特征与传统轴承有着本质区别。目前,人们对于磁悬浮轴承转子系统的动力特性普遍规律还没有形成成熟的理论。因此,分析磁悬浮转子系统动力特性,探索研究其动力学特点具有重要意义。 对转子系统进行动力特性研究经常采用传递矩阵法或有限元法。因有限元法能对较复杂的转子系统进行完整而精确的几何建模,容易保证计 ISSN1000-3762 CN41-1148/T H 轴承2010年6期 Bear i ng2010,No.6 1-5
非对称转子-轴承- 基础系统的非线性振动
振动与冲击 第!"卷第#期$%&’()*%+,-.’)/-%()(012%34,567!"(57#!88 ! !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! #非对称转子9轴承9基础系统的非线性振动" 沈松:郑兆昌!应怀樵" （:7北京大学力学与工程科学系，北京:88;<:；!7清华大学工程力学系，北京:888;#； "7东方振动和噪声技术研究所，北京:888;=） 摘要对柔性轴两端支承在滑动轴承上的转子，考虑非对称圆盘的陀螺力矩和弹性基础的振动，使用圆短轴承的非稳态非线性油膜力模型，建立了:8自由度的转子9轴承9基础系统运动方程，并通过数值方法计算系统稳态响应，分析了系统的非线性振动形式以及弹性基础的振幅调制对转子振动的影响。 关键词：转子系统，非线性振动，分叉，基础 中图分类号：/2:""7"，%"!!文献标识码：) 8引言 在工程旋转机械中，研究转子系统稳定性的一个重要方面就是由滑动轴承非线性油膜力的作用而产生的各种非线性振动，目前已有大量文献对此进行了多方面的研究，文［:］研究了柔性轴支承的对称转子非线性特性，文［!］使用了非稳态油膜模型描述滑动轴承的非线性油膜力，文［"］研究了非稳态油膜力下柔性轴支承的非对称陀螺转子模型，文［#］则建立了包括基础的简化的"自由度转子系统。 虽然转子系统的非线性振动常常由于滑动轴承的油膜力引起，但近年来许多理论和试验表明［=］，为更好地反映转子系统动力特性，应当考虑基础的影响。基础部分的振动将与转子9轴承部分的振动相互影响，根据文［"］的结果，转子9轴承部分的振动除旋转频率成分外，当出现油膜涡动时还会有半频或大约半频的成分，该半频可能同基础的固有频率比较接近，因此转子9轴承9基础系统中除旋转频率和半频外，不仅可能出现一阶临界转速频率，还可能出现基础的固有频率，这两种由于共振出现的频率都会对系统的稳定性造成不良影响。 为此本文在柔性轴非对称转子系统的基础上，又考虑弹性基础在垂直方向上的振动对整个转子系统的作用，使用文［!］的非稳态油膜力模型，建立了:8个自由度的非对称转子9非稳态油膜轴承9基础系统运动方程，并通过(>?@ABC9!积分和(>?D5E9’AFGH I5E法相结合的数值方法，计算转子在不同转速参数的瞬态响应，反映了弹性基础的共振形式。 :转子9轴承9基础系统模型 通常建立的转子轴承系统，两端的轴承座是不运动的。现在假设轴承座是固定在一个大质量的刚体基础上，基础与地面为弹性连接，个有一定的位移和转动，形成一个转子9轴承9基础系统。由于工程实际中基础位移在水平方向远小于垂直方向，因此本文仅考虑基础垂直方向的振动。 图:表示的是转子9轴承9基础系统在%JK（垂直面）和%LK（水平面）平面上的投影，).为柔性轴， 图:转子9轴承9基础系统力学模型示意 圆盘位于轴的%点，由于%点不处于).的中点，而具有陀螺力矩作用。30为基础，轴与基础通过在)、.两点的滑动轴承油膜力相互作用，基础在垂直方向J 上考虑位移和转动，将其视作平面内的刚体运动，假设具有位移和转角，在水平方向L上的位移和转动一般较J方向小得多而忽略。这样的转子9轴承9基础系统就成为一个:8自由度系统。 "国家重点基础研究项目（(57M:NN;8!8":O）和国家自然科学基金项目（(57:NN
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。
旋转机械转子轴承系统的稳定性
旋转机械转子轴承系统的稳定性 一、转子轴承系统的稳定性 转子轴承系统的稳定性是指转子在受到某种扰动后能否随时间的推移而恢复原来状态的能力，也就是说扰动响应能否随时间增加而消失。如果响应随时间增加而消失，则转子系统是稳定的，若响应随时间增加不消失，则转子系统就失稳了。 造成机组失稳的情况很多，如动压轴承失稳、密封失稳、动静摩擦失稳等，而失稳又具有突发性，往往带来严重危害。因此，设备故障诊断人员应对所诊断的机组的稳定性能做到心中有数，一旦发现失稳症兆，应及时采取措施防止其发展。 图1-9 衰减自由振动 比较典型的失稳是油膜涡动。在瓦隙较大的情况下，转子常会因不平衡等原因而偏离其转动中心，致使油膜合力与载荷不能平衡，引起油膜涡动。机组的稳定性在很大程度上决定于滑动轴承的刚度和阻尼。当具有正阻尼时系统具有抑制作用，涡动逐步减弱；反之当具有负阻尼时，系统本身具有激振作用，油膜涡动就会发展为油膜振荡；在系统具有的阻尼为零时，则处于稳定临界状态。 在工程实践中，常常采用对数衰减率来判断系统的稳定性。对数衰减值是转子做衰减自由振动时，相邻振幅之比的对数值，如图1-9所示： （1-19） 式中，； c为阻尼系数；m为系统质量；ωd为衰减自由振动的频率。 δ大的系统，对于激励的响应会较快地使之衰减，系统稳定，如δ＜0，说明系统有负
阻尼，系统会自激。 二、多盘转子 图1-10 多盘转子常见振型 实际应用中，转子上可能装配有多个叶轮，这就与前面介绍的单盘转子有所不同，称为多盘转子。在此仅介绍多盘转子的振型问题。一个弹性体可以看成是由无数多个质点组成的，各质点之间采用弹性连接，只要满足连续性条件，各质点的微小位移都是可能的，因此一个弹性体有无限多个自由度，而每个质点都有可能产生共振形成共振峰。就转子而言，转子结构的每个共振峰均伴随着一个振动模态形式，称之为振型。当激振频率与模态之一吻合时，结构的振动形式会形成驻波。激振频率不同驻波形式也不同，如图1-10所示分别为一阶、二阶、三阶驻波，其中振值为零的部位称为节点。 了解振型对设备故障诊断具有实际意义： (1)由振型可见，即使所考虑的测点彼此相距很近，但各点之间所测得的实际振动可能有很大的差别； (2)轴承部位不一定就是振动最大的部位。 因此，在进行设备诊断时，首先应正确选择好测点，避免设置在节点上；其次，应考虑到在测点测得的振值不一定就是振动最强烈的数值，在其他部位可能会有更大的振值。 三、扭转振动 分析旋转机械振动故障时，一般都是指平行振动，即振动质量仅沿着直线方向往返运动，包括转轴轴线垂直方向的径向振动和沿轴线方向的轴向振动两种形式。除此之外，有时还会遇到绕着轴线进行的扭转振动。扭振的力学模型如图1-11所示。
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/a311489404.html,
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/a311489404.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
高速轴系球轴承_转子系统动力学的研究与发展_李松生
!专题综述# 高速轴系球轴承—转子系统动力学的研究与发展 李松生1,杨柳欣2,张 钢1,陈晓阳1,陈长江2 (1.上海大学 轴承研究室,上海 200072;2.洛阳轴承研究所,河南 洛阳 471039) 摘要:随着旋转机械转速的提高,高速轴系中球轴承—转子系统动力学方面的问题越来越突出,如何解决这些问题成为保证和进一步提高球轴承支承的旋转机械转速及其工作可靠性的关键所在,通过对高速旋转机械球轴承—转子系统动力学国内、外的研究现状进行分析总结,提出了该领域今后的研究方向和发展趋势。 关键词:高速轴系;球轴承;转子系统;动力学;分析;研究 中图分类号:TH133.33 文献标识码:B 文章编号:1000-3762(2005)04-0034-04 随着研究的深入和工程实际的需要,“轴承—转子系统动力学”成为20世纪末和目前动力学领域中一门非常重要、研究非常活跃的学科,正在逐步加以拓展和进一步完善,然而,多数研究主要集中在油膜轴承、磁悬浮轴承等支承轴系的转子动力学方面。随着球轴承支承的旋转机械的转速越来越高,传递的功率越来越大,实际工程中球轴承—转子系统动力学方面的问题也显得越来越突 收稿日期:2004-12-13;修回日期:2004-12-22 作者简介:李松生(1961-),男,高级工程师,上海大学博士研究生,研究方向为轴承力学分析理论、高速转子动力学等。出,需要进行研究和解决。得益于球轴承受力分析方法的逐步发展和完善,从20世纪末开始,有关高速旋转机械球轴承—转子系统动力学方面的研究逐渐得以重视,并获得了相应的进展。 1 国内外研究现状 目前,国内外有关球轴承—转子系统动力学问题的研究主要集中在以下几个方面。 1.1 高速运转条件下球轴承动力学特性的分析 理论和分析方法 在球轴承中,分析球与内外圈沟道之间接触力和接触变形的基本理论是著名的赫兹(Hertz)空 于ActiveX Automation的二次开发技术。AutoC AD ActiveX Automation为其他应用程序提供了访问AutoC AD内部功能的方法,通过创建一个Auto2 Cad.acadApplication对象,而后为每一个产品零件部、工艺图创建相应的绘图类,利用C AD相应对象的事件、函数、属性,实现图框、图形、形位公差等标注。通过图形生成选择界面生成绘图类实例,自动生成的图形以dwg扩展名形式保存,由该系统可切换至AutoC AD系统中编辑,也可将生成的C AD图形输出,显示在frmShow.frm界面上。314 数据库管理和运用模块 其主要包含如下几个界面:frmregister.frm数据库管理系统注册界面,frmChange.frm用户管理界面,frm BearingView.frm轴承产品参数、形位公差、表面粗糙度显示界面,FrmPrecedeView.frm轴承主要工艺参数显示界面,frmAid.frm轴承辅助用表显示和编辑界面,一个产品、工艺设计说明界面frmabout.frm。通过这些界面,当企业发展和技术进步时,可通过修改设计用的参数反映这些变化。数据库的开发利用主要涉及对产品数据和工艺数据的利用,对企业的经营活动以及实现材料定额管理等具有重要的意义。 4 结束语 本系统采用分模块设计,具有可扩展性且维护和使用方便。但因该系统采用的是Access数据库系统,有较大的局限性。在条件成熟时,如能将其移植到Micros oft S Q L Server数据库系统中,采用Client/Server结构下开发,利用S Q L Server多用户、高性能,建立关系型数据库,成为企业的数据源服务器,亦可使用ADO对象和控件建立与数据源的连接,满足分布式需求,功能将更加强大。 (编辑:赵金库) ISS N1000-3762 C N41-1148/TH 轴承 Bearing 2005年第4期 2005,N o.4 34-37
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。