转子动力学_原创精品文档.pdfVIP

转子动力学是固体力学的一个分支。本文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，特别是在接近或超过临界转速的情况下转子的横向振动。转子是涡轮机，电

动机和其他旋转机械的主要旋转部件。

200多年来，工程和科学界一直关注转子振动。w.j.m.1869年英格兰的兰金（Rankin）

和1889年法国的拉瓦尔（c.g.p.deLaval）对挠性轴的测试是研究此问题的先驱。随着现代工

业的发展，高速细长转子逐渐出现。由于它们通常在柔性状态下工作，因此它们的振动和稳

定性变得越来越重要。转子动力学的主要研究内容如下：

①临界速度

由于制造误差，转子每个微小部分的质心与旋转轴略有偏离。当转子旋转时，由上述偏

差引起的离心力将使转子产生横向振动。在某些速度（称为临界速度）下，这种振动似乎非

常强烈。为了确保机器不会在工作速度范围内产生共振，临界速度应适当偏离工作速度，例

如大于10％。临界速度与转子的弹性和质量分布有关。对于具有有限集总质量的离散旋转系

统，临界速度的数量等于集总质量的数量；对于具有连续质量分布的弹性旋转系统，临界速

度是无限的。传递矩阵法是计算大型转子支撑系统临界转速的最常用数值方法。要点是：首

先，将转子分成几个部分，每个部分左右两端的四个部分参数（挠度，挠度角，弯矩和剪切

力）之间的关系可以通过传递来描述。该部分的矩阵。以此方式，可以获得系统的左端和右

端的横截面参数之间的总传递矩阵。然后，根据边界条件和自然振动中非零解的条件，通过

试错法求出各阶的临界速度，得到相应的振动模式。

②通过临界速度的状态

通常，转子以可变速度通过临界速度，因此通过临界速度的状态是不稳定的。与以临界

速度旋转时的静止状态不同，有两个方面：一是振幅的最大值小于静止状态的振幅，速度越

大，振幅的最大值越小。另一个是振幅的最大值不会在像静止状态那样的临界速度下出现。

在不稳定状态下，频率转换干扰力作用在转子上，这使分析变得困难。为了解决这种问题，

在数值计算或非线性振动理论中必须使用渐近法或级数展开法。

③动态响应

在转子的设计和操作中，经常需要知道在工作速度范围内不平衡和其他激励因素引起多

少振动，并将其作为转子工作状态的度量。从临界速度算法派生的算法通常用于计算此问题。

④动平衡

确定和消除由转子的质心，中心主惯性轴与旋转轴的偏差以及离心力偶的位置和尺寸引

起的离心力的操作。在刚性转子（其转速远低于临界转速的转子）的动平衡中，由每个微段

的不平衡引起的离心惯性力系统可以简化为两个可选部分，并且可以通过以下方式完成动平

衡在这两个表面上进行相应的校正（重量去除或配重）。为了找到两个部分上不平衡的方向

和大小，可以使用动态平衡机。振动模式法和影响系数法主要用于柔性转子（转子超临界转

速）的动平衡。它们是转子动力学研究的重点。

⑤转子稳定性

转子在正常运行时的性能，无横向振动。如果转子受扰后能恢复到其原始状态，则运行

状态稳定；否则，它是不稳定的。转子的不稳定性通常是指横向振动强烈的情况当转子受到

扰动而没有或不考虑周期性干扰时，就会发生这种情况。转子稳定性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不稳定甚至转子不稳定的因素。力可以通过流体

力学公式或通过实验来计算。通常，该力通过线性化方法被表示为轴颈径向位移和径向速

度的线性函数，以便计算转子开始进入不稳定状态的转子速度阈值速度。这种不稳定性是

由于材料的内部摩擦和干摩擦，转子在两个正交方向上的弯曲刚度或质量分布，转子与内部

流体或外部流体之间的相互作用等引起的。某些不稳定现象的机理尚不清楚。