转子动力学基本概念.docx

1、什么是JeffCott转子，其研究意义是什么？答：可以把转子看作由圆盘装在无重的弹性转轴上，而转轴的两端则由完全刚性即不变形的轴承及轴承座支持。根据这种模型进行分析计算所得的概念和结论在转子动力学中是基本的。应用于简单旋转机械足够精确，对复杂的能定性说明问题。意义：通过研究Jeffeott转子发现，在超过临界转速运行时，转子会产生自动对心现象，因而可以稳定工作，这一结论使旋转机械的功率和使用范围大大提高了。Jeffcott解释了JeffCott转子的动力学特性，指出超临界运行转子会自动对心。随后乂发现超临界运行会出现自激振动并出现失稳，仍而确定其重要性。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；转子系统的稔定性分析；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。答：第一篇有记教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稔定运转”的结论使转子的转速一"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Peffcotr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、压缩机和泉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1.Und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（动力泯轮）。作用与功能I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开将其压缩：压缩后的空气过入燃烧室，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，推动透平叶轮带者压气机叶轮一起旋转：加热后的高温燃气的做功能力显著提高，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I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，往友式压缩机，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，使单位体枳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。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n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n称为进动角频率。圆盘或转轴中心的进动或涡动屈于自然振动，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，圆盘的有心近似地落在固定中心，振动很小，转动反而比较平稳。这种情况称为白动对心。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。螺力矩对转子临界转速的影响是：正进动时，它提高了临界转速：反进动时，它降低了临界转速。13、支撑刚度怎样影响转子的临界角速度？答：减小支承刚度可以使转子的临界角速度显著降低，反而，增大支承刚度可以使转子的临界转速升高。14、什么是收敛油楔、发散油楔？答：顺着轴颈转向油膜厚度逐渐减小的油楔叫收敛油楔：厚度增加的叫做发散油楔。15、利用轴承的平衡半圆说明轴承的工作原理，并说明转速和载荷对轴承稳定性的影响.答：平衡半Hh对于一个确定的轴承，当润滑油粘度及进油压已给定时,轴颈中心的静平衡位置e、决定轴颈转速。和静载荷3o当载荷的大小或者轴颈转速Q变化时，位置也相应地变化，其轨迹近似地为一半圆弧，称为平衡半圆。当轴颈转速不变，承载3=0时，轴颈中心与轴瓦轴心重合，即轴颈无偏心。随着载荷的增加，轴颈中心沿平衡半圆弧下降到轴瓦底部，旋转的轴颈把有粘度的润滑油仍发散区带入收敛区，沿轴颈旋转方向轴承间隙由大变小，形成一种油楔，使润滑油内产生压力。油膜内各点的压力沿轧制方向的合力就是油膜轴承的承载力。高速轻载轴承，其轴颈中心工作位置较高，而低速重载轴承，其工作位置较低，轴承较稔定。16、什么是轴承的八个系数？对轴承的性能有何影响？答：轴承的八个系数：他们分别是刚度系数kxx、kxy,kyx、kyy.阻尼系数：cxx、cxy、cyx、cyy。系数kxx、kyy相对应的弹性力是保守力,在轴心一周的涡动中做功为零，而cxx、cyy对应的限尼力恒做负功，亦即消耗能量。与kxy、kyx对应的是非保守弹性力，它们与cxy、cyx对应的阻尼力一样，在一周中作的功可为正（即向转子系统输入能量），也可为负（即消耗系统的能量），这取决于涡动轨迹形状、动力系数的大小和正负。如果一周涡动中，输入系统的能量小于各种阻尼所消耗的能量，那么涡动就越来越小趋于消失，这时系统是稳定的，反而，系统就是不稳定的。交叉动力系数的大小和正负对转子系统的稳定性起着重要作用。17、什么是轴承的雷诺方程？其基本假设是什么？答：雷诺方程是进行轴承油膜分析的基本方程；aR轴颈半徂【m】P油膜压力（Nm2润滑油粘度【Ns/m2】Z-轴瓦的轴向坐标，原点取在中面上【m】t时间【s】油膜厚度较其长度来说是十分小的，故油膜压力沿油膜国度方向可认为不变。油的流动是层流。润滑油是各向同性的，粘度在油膜厚度方向是常数。润滑油与轴颈、轴瓦表面而间无滑动。润滑油符合牛顿粘性定律，即剪应力与剪切率成正比。油的惯性不计。18、什么是素流轴承理论？答：当流体流动的ReynOIdS数足够高时，流动性质就仍层流转变为紊流。在大型高速机械及采用高密度低粘度润滑流体的某些特殊要求的机器中，就常遇到工作在紊流工况的轴承。紊流工况下的轴承功率消耗大,温升高，偏心率和油流量小，因而其动力特性（包括稳定性）也有很大不同。紊流润滑理论研究的中心问题是：（1）轴承在什么条件下工作,层流会不稳定而变为紊流，仍而它必须按紊流工况来设计。（2）在紊流工况下如何建立基本方程，计算紊流油膜中的速度及压力分布。19、滚动轴承和滑动轴承的阻尼系数和刚度系数的取值范围是什么？答：滚动轴承I滚珠轴承，一股可以认为：滚珠轴承的阻尼可以忽略，而刚度系数kxx=kyy,kxy=kyx=O.刚度系数的大小主要取决于滚珠和内外滚道接触区的预载荷，这取决于轴承安装方法、零件公差和轴承工作温度，实验测得的典型刚度系数为2×10的7次方至IXIO的8次方Nm滚柱轴承的刚度系数一般要10倍于上述数据。滑动轴承；刚度系数最大约为kxx=kyy=0.30.420、什么是长轴承理论和短轴承理论？答：长轴承：这类轴承的长度比其直徂大得很多（即1.>>D）,这样油膜压力沿周向的变化率比沿轴向的变化率大得多（fJ3pae>>apaz）°短轴承：这种情况下认为轴承长度1.较而其直徂D小得多，致使油膜压力沿周向的变化率加/阴较而其沿轴向的变化率即/次可以忽略不计。21、什么是浮环密封、静压轴承、阻尼轴承？答：浮环密封：通常的密封环为一圆环，它籍高压油压紧在一个台阶上以防止液体或者气体的泄漏，环不转轴而间充满着压力汕。一般环不轴是同心的，也即密封环是一个无徂向载荷、无偏心的全圆轴承。当转速超过转子最低临界转速两倍以后，密封环就成为一个负阻尼器，趋于使转子失稳。静压轴承：滑动轴承的一种，是利用压力泵将压力涧滑剂强行泵入轴承和轴而间的微小间隙的滑动轴承。静压轴承由外部的润滑油泵提供压力油来形成压力油膜，以承受载荷。在静压轴承中，高压油通过限流小孔进入几个油囊中，轴承的主要设计参数是限流小孔不轴承油膜对油的阻力比。当取比值为1时，油囊中的压力为供油压力PS的一半，此时油膜刚度系数最大。阻尼轴承：阻尼轴承的内外环，可视作一个转速为零的无偏心全圆轴承，阻尼轴承是一个纯阻尼牌。阻尼轴承的供油压力必须足够大，否则，油将仍油隙中挤出而阻尼轴承就失去作用。22、什么是油膜力的分解及其对转子运动的影响？答：汕膜力的分解及其对转子运动的影响：将油膜对轴承的总压力F分解为轴颈中心0'点的徂向力Fe和周向力F0分力Fe起支撑轴颈的作用，相当于转轴的弹性力。分力F垂直Fo'的向徂并顺着转动方向，使0'的速度增大，因而使向徂00'增大。就是使轴颈失稔的力。23、什么是油膜的半频涡动？答：油膜引起涡动的准确频率稍小于转动角速度而半，这种涡动称为半频涡动。24什么是失稳角速度？答：轴承油膜力引起转子运动失稳时的转子角速度称为失稳角速度。转子失稳的条件为。=0,由这条件可以求得失稳角速度。25、什么是轴承的相似系数?答：轴承相似性系数的表达式为为无量纲的常数，较大的值用于大型转子及轴承，较小的K值用小型转子。26、转速如何影响轴径中心、Bl盘中心和涡动频率?答：转速对涡动频率的影响：（1）对于较小的K（载荷或质量较大、间隙较大、油的粘度较小、轴颈宽度较小），转子的涡动即白激振动的振幅在转动角速度Q的较大范围内变化较小。这范围大到实际上只有下限而没有上限。涡动频率在所考虑的转速范围内变化很小，可以认为一常数。（2）对于较大的K（载荷或质量较小、间隙较小、油的粘度较大、轴颈宽度较大），涡动振幅随角速度。有明显的变化。当。稍大于2u）n时，振幅最大但。不而前一种情形相反，当。继续增加时，振幅很快减小，宜至涡动消失。涡动角速度3随。的增加而增加。（3）当K非常大时，振幅岁角速度改变的曲线，2n时，发生油膜振荡。共振率为nQ/20但这并与是非线性恢复力系统受激振力所引起的