转子动力学分析方法

Ⅰ 转子动力学基本概念

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的学科，同时与流体力学中轴承与密封的润滑密切相关，有着极强的工程应用背景，它广泛应用于航空发动机、燃气轮机、汽轮机、压缩机、水轮机、涡轮泵、增压器、柴油机、泵、电机等各种旋转机械领域，研究范围包括振动、动态响应、稳定性、动平衡、轴承特性、密封特性、强度、疲劳、可靠性、状态监测、故障诊断和控制等方面，尤其是研究接近或超过临界转速运转状态下转子的各种动力学问题。

首先看一下转子动力学分析的一些基本概念。

一、振动形式，

按转子-轴承系统的输入，即振动原因可分为：

1. 强迫振动——

系统受外界持续激扰作用下所产生的振动，比如转子不平衡产生的周期性的激振力下的转子振动。特点：振动的频率与激振频率相关，一般由不平衡量引起的振动为1X振动，即振动频率与转速频率一致。

2. 自激振动——由系统自身的交叉耦合刚度引起的振动形式，当有一个初始振动，不需要外界向振动系统输送能量，振动即能保持下去。这种振动与外界激励无关，完全是自己激励自己，故称为自激振动。比如轴瓦自激振动（半速涡动，油膜振荡），大容量汽轮机高压转子上的间隙自激振动。其特征是：振动的频率与转速无关，而与其自然频率相关。

二、按转子—轴承系统的动力学参数的特性可分为：

线性转子动力学分析——

通过线性化处理系统，包括轴承的刚度与阻尼等，分析系统的稳态响应，能用常系数线性微分方程描述的振动。

非线性转子动力学分析——系数的阻尼力或弹性恢复力具有非线性性质，只能用非线性微分方程来描述。比如，所有的轴承作用力均为非线性力，严格来讲，与滑动轴承油膜力相关的转子动力学问题均为非线性转子动力学；还有裂纹转子的动力学分析等也属于非线性领域。

三、按振动位移的特征可分为：

横向振动—转子只作垂直轴线方向的振动。

扭转振动—转子绕其纵轴产生扭转变形的振动。

纵向振动—转子只作沿轴线方向的振动。

从哪方面入手学习转子动力学？

这么多的分类，我们该怎么学习和操作呢？

实际上，采用线性化处理的方法，可以处理大部分旋转机械工程领域遇到的转子动力学问题，给出令人满意的解释。这是因为转子上作用着的所有力大部分是线性化或者可以线性化的，例如转子动力学中对转子-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，就可以得到较为准确的分析结果，可以满足在工程领域中的各种应用。

因此，作为广大从事旋转机械转子动力学工程领域的技术人员以及初学者而言，可以将关注点放在

线性转子动力学

上。

我并没有否定非线性转子动力学的意义，旋转机械中如果有非线性激励源的存在，出现线性转子动力学不太好解释的现象，比如转子裂纹等，那就需要进行非线性转子动力学分析。需要说明的是，对线性转子动力学知识体系建立的越深入、掌握的越全面，后续进行非线性转子动力学分析时上手才会更容易，认识才会更清晰，二者并不矛盾，主要看大家各自阶段的需求。

在转子横向振动、扭转振动以及轴向振动三种振动形式中，横向振动是最为常见的振动形式。可以先从

线性转子动力学的横向振动

入手做起。

转子动力学与结构动力学有啥区别？

我曾发现有些从业者对转子动力学的方程概念不清，经常与结构动力学方程式混为一谈，我认为这两者有必要专门进行区分。

从定义上，

结构动力学是结构力学的一个分支，着重研究结构对于动载荷的响应(如位移、应力等的时间历程)，以便确定结构的承载能力和动力学特性，或为改善结构的性能提供依据。比如，风载荷作用下大型桥梁、高层结构的振动问题；车辆行进过程中由于路面凹凸不平引起的车辆振动；波浪载荷作用下轮船的动力反应或者海上钻井平台的动力反应。

而转子动力学是固体力学的一个分支，研究对象为旋转机械，研究其过各阶临界转速及其工作转速下的动力学特性等问题。比如，转子系统的动力学建模及分析计算方法，转子的临界转速，振型，不平衡响应，支承转子的各种轴承的动力学特性，转子应变能，转子动平衡，转子稳定性，密封动力学，转子系统的故障机理与诊断方法，转子系统的动力学设计，转子系统的非线性振动、分叉与混沌等问题。

简言之，就定义而言，两者的主要区别在于，结构动力学侧重于研究

“不转”

的结构件在某种载荷下的动力学反应，转子动力学主要研究

的旋转机械工程领域的各种动力学问题。转子动力学。

Ⅱ 转子动力学中， 为什么N个圆盘转子系统有4N个自由度呢

为保证锤式破碎机稳定运行，首先必须使转子获得静、动平衡，否则就会产生很大的惯性力和惯性力矩，从而引起机器的不稳定运转，使机器的主轴、轴承和机架等部件受力情况恶化，降低机器的使用寿命，特别是在轴承上产生周期性的冲击负荷，使其发热甚至破碎。除了转子平衡问题外，还有由于锤头动力不平衡而引起的机器振动以及锤头打击物料时所产生的冲击力因素。所以，除了在制造上要保证转子的静力平衡和动力平衡外，还必须进行动力学计算。1转子上的作用力分析由于锤式破碎机的锤头是铰接悬挂在转子的销轴上，若锤头销孔位置不正确，尽管转子已达到静力与动力平衡，但当物料与锤头冲击时，仍将在锤头销轴、转子圆盘、主轴及主轴轴承上产生反作用力锤头打击物料时在锤头打击点上将作用有打击力N。如果锤头未经打击平衡计算，则在锤头销轴上产生反作用Ny。根据作用力与反作用力大小相等、方向相反的原理在转子销轴上也将有作用力Ny′。该力也会传给主轴。作用在主轴上的力用N′表示。N′的反作用力N″将作用在转子圆盘中心轴孔上。N′y′与yN′在转子圆盘上形成逆圆盘回转方向的力偶，因而额外地消耗了能量。作用在主轴上的N′力也将传给轴承，使轴承负荷增加，降低轴承的使用寿命。2锤头的打击平衡计算为了避免锤式破碎机工作产生打击反作用力，必须使所安装的锤头是打击平衡锤头。所谓打击平衡锤头就是在锤头打击物料后，在其悬挂销轴上不产生打击反力。从这个观点出发，在设计和改进锤头时就必须对所选锤头的几何形状进行打击平衡计算。下面对最常用的、几何形状最简单的、具有一个销轴孔的锤头进行打击平衡计算

Ⅲ 请教一下大神，ANSYS workbench转子动力学分析时，如何在后处理中提取轴心轨迹

• 转子动力学

  锁定

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固体力学的分支。 主要研究转子-支承系统在旋转状态下的振动、平衡和稳定性的问题，尤其是研究接近或超过临界转速运转状态下转子的横向振动问题。转子是涡轮机、电机等旋转式机械中的主要旋转部件。

• 中文名

• 转子动力学

• 外文名

• rotor dynamics

目录

• 1介绍

• ▪①临界转速

• ▪②通过临界转速的状态

• ▪③动力响应

• ▪④动平衡

• ▪⑤转子稳定性

介绍

工程界和科学界关心转子振动的历史已有二百多年，1869年英国的W.J.M.兰金关于离心力的论文和 1889年法国的C.G.P.de拉瓦尔关于挠性轴的试验是研究这一问题的先导。随着近代工业的发展，逐渐出现了高速细长转子。由于它们常在挠性状态下工作，所以其振动和稳定性问题就越发重要。转子动力学的研究内容主要有以下5个：

①临界转速

由于制造中的误差，转子各微段的质心一般对回转轴线有微小偏离。转子旋转时，由上述偏离造成的离心力会使转子产生横向振动。这种振动在某些转速上显得异常强烈，这些转速称为临界转速。为确保机器在工作转速范围内不致发生共振，临界转速应适当偏离工作转速例如10%以上。临界转速同转子的弹性和质量分布等因素有关。对于具有有限个集中质量的离散转动系统，临界转速的数目等于集中质量的个数；对于质量连续分布的弹性转动系统，临界转速有无穷多个。计算大型转子支承系统临界转速最常用的数值方法为传递矩阵法。其要点是：先把转子分成若干段，每段左右端4个截面参数（挠度、挠角、弯矩、剪力）之间的关系可用该段的传递矩阵描述。如此递推，可得系统左右两端面的截面参数间的总传递矩阵。再由边界条件和固有振动时有非零解的条件，籍试凑法求得各阶临界转速，并随后求得相应的振型。

②通过临界转速的状态

一般转子都是变速通过临界转速的，故通过临界转速的状态为不平稳状态。它主要在两个方面不同于固定在临界转速上旋转时的平稳状态：一是振幅的极大值比平稳状态的小，且转速变得愈快，振幅的极大值愈小；二是振幅的极大值不像平稳状态那样发生在临界转速上。在不平稳状态下，转子上作用着变频干扰力，给分析带来困难。求解这类问题须用数值计算或非线性振动理论中的渐近方法或用级数展开法。

③动力响应

在转子的设计和运行中，常需知道在工作转速范围内，不平衡和其他激发因素引起的振动有多大，并把它作为转子工作状态优劣的一种度量。计算这个问题多采用从临界转速算法引伸出来的算法。

④动平衡

确定转子转动时转子的质心、中心主惯性轴对旋转轴线的偏离值产生的离心力和离心力偶的位置和大小并加以消除的操作。在进行刚性转子（转速远低于临界转速的转子）动平衡时，各微段的不平衡量引起的离心惯性力系可简化到任选的两个截面上去，在这两个面上作相应的校正（去重或配重）即可完成动平衡。为找到两截面上不平衡量的方位和大小可使用动平衡机。在进行挠性转子（超临界转速工作的转子）动平衡时，主要用振型法和影响系数法。它们是转子动力学研究的重点。

⑤转子稳定性

转子保持无横向振动的正常运转状态的性能。若转子在运动状态下受微扰后能恢复原态，则这一运转状态是稳定的；否则是不稳定的。转子的不稳定通常是指不存在或不考虑周期性干扰下，转子受到微扰后产生强烈横向振动的情况。转子稳定性问题的主要研究对象是油膜轴承。油膜对轴颈的作用力是导致轴颈乃至转子失稳的因素。该作用力可用流体力学的公式求出，也可通过实验得出。一般是通过线性化方法，将作用力表示为轴颈径向位移和径向速度的线性函数，从而求出转子开始进入不稳定状态的转速——门限转速。导致失稳的还有材料的内摩擦和干摩擦，转子的弯曲刚度或质量分布在二正交方向不同，转子与内部流体或与外界流体的相互作用，等等。有些失稳现象的机理尚不清楚。

Ⅳ 什么是风机的临界转速

风机转子在运转中都会发生振动，转子的振幅随转速的增大而增大，到某一转速时振幅达到最大值（也就是平常所说的共振），超过这一转速后振幅随转速增大逐渐减少，且稳定于某一范围内，这一转子振幅最大的转速称为转子的临界转速。 这个转速等于转子的固有频率，当转速继续增大，接近2倍固有频率时振幅又会增大，当转速等于2倍固有频率时称为二阶（级）临界转速 ，依次类推有三阶、四阶……
可以根据公式计算出来!
要避开临界转速!
第一临界转速就是指计算得出来的临界转速!
尽量不要在临界转速上运转，不然轴振动，影响寿命和强度。至少应高于或低于5%的临界转速。

Ⅳ 转子动力学分析的稳定性什么意思

热稳定性解释：试样在特定加热条件下，加热期间内一定时间间隔的粘度和其它现象的变化。
在化学方面，反映物质在一定条件下发生化学反应的难易程度。物质的热稳定性与元素周期表有关，在同周期中，氢化物的热稳定性从左到右是越来越稳定，在同主族中的氢化物的热稳定性则是从下到上越来越稳定，也就是非金属性越强的元素，其氢化物的热稳定性越稳定。
与稳定性区别：热稳定性只是稳定性的一个方面，它意思是在温度变化时，它自身不易发生反应。稳定性包含多个方面，比如光稳定性，热稳定性，意为自身化学性质比较稳定。

Ⅵ ANSYS转子动力学分析中combi14单元和combi214单元是不是不能添加阻尼

可添加阻尼。
combin14在其mp中定义，而combi214在实常数中定义，没有问题。

Ⅶ 转子动力学的介绍

工程界和科学界关心转子振动的历史已有二百多年，1869年英国的W.J.M.兰金关于离心力的论文和 1889年法国的C.G.P.de拉瓦尔关于挠性轴的试验是研究这一问题的先导。随着近代工业的发展，逐渐出现了高速细长转子。由于它们常在挠性状态下工作，所以其振动和稳定性问题就越发重要。转子动力学的研究内容主要有以下5个： 转子保持无横向振动的正常运转状态的性能。若转子在运动状态下受微扰后能恢复原态，则这一运转状态是稳定的；否则是不稳定的。转子的不稳定通常是指不存在或不考虑周期性干扰下，转子受到微扰后产生强烈横向振动的情况。转子稳定性问题的主要研究对象是油膜轴承。油膜对轴颈的作用力是导致轴颈乃至转子失稳的因素。该作用力可用流体力学的公式求出，也可通过实验得出。一般是通过线性化方法，将作用力表示为轴颈径向位移和径向速度的线性函数，从而求出转子开始进入不稳定状态的转速——门限转速。导致失稳的还有材料的内摩擦和干摩擦，转子的弯曲刚度或质量分布在二正交方向不同，转子与内部流体或与外界流体的相互作用，等等。有些失稳现象的机理尚不清楚。