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转子动力学的发展历程与研究现状

时间:2019-03-10 21:03来源:毕业论文
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把旋转机广泛的运用于其中。而对旋转机械动力学特性的研究也专门地形成了一个学科--转子动力学,在航空、化工、纺织

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把旋转机广泛的运用于其中。而对旋转机械动力学特性的研究也专门地形成了一个学科--转子动力学,在航空、化工、纺织机械和电力等等国民经济领域中扮演着非常重要的角色。转子动力学已经发展了近一两个世纪。转子动力学研究像坐了火箭一样飞速发展,正因为转子动力学所遇到的问题多而且复杂,但都是一些非常重要的问题[1]。所以关于转子动力学的研究在国内外都非常活跃,每年都会有海量的文章、研究报告和论文发表。所有与旋转机械转子,及其部件和结构有关的动力学特性研究就是转子动力学研究,其中包括转子的强度、振动、运动稳定性、动态响应、疲劳、可靠性、状态监测及故障诊断和控制等课题。这个课题的主要研究范围包括:转子系统的临界转速研究测定,振动振型和不平衡响应研究;转子系统动力学模型的建立与数值分析计算的方法;使用各种轴承作为支承的转子的动力学特性分析;转子系统的稳定性分析等。33740
之所以研究转子动力学研究,是因为旋转机械转子的需要优化设计、保证机械的运行安全、提高机械工作的效率、延长机械使用的寿命和减少各种原因而引起的故障,而对于转子动力学的研究则为以上目的提供理论和技术上的保障与支持[2]。论文网
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随着大工业的飞速发展,转子动力学也得到了长足的发展。大约在这个世纪初期,蒸汽轮机得到了普遍地推广和发展,也导致了汽轮机所需要的工作效率和最初设计转速也需要不断地提高。这就提出了一个课题:那么怎样才能使汽轮机能平稳地运行于所有工作状态下,还能确保机器的良好性能不会发生改变呢?1919年,应邀参加了转子动力学的研究的英国著名的动力学家H.H.Jeffcott发表了一个研究结果。他所研究的模型,是假定弹性轴为无质量的,而轴的两端都是刚性的铰支座,一个圆盘固定于轴的中央位置。圆盘的质量不能忽略、具有不平衡度,并且受到阻尼的作用。这么一个简化了的具有挠性的转子模型,就是著名的Jeffcott转子,也就是所谓的单圆盘转子模型。通过研究,他得出一个结论:在随轴以角速度ω旋转的动坐标系内,圆盘的质心位置并不是固定不变的,而是随转速而变。当圆盘的旋转转速低于临界转速的时候,质心的位置是在挠度的外侧;旋转转速远远高于临界转速时,质心的位置是在挠度的内侧;旋转转速与临界转速相等时候,偏心距e会与挠度成90。的夹角。所以就算超临界状态转子仍然可以稳定运行。不仅如此,因质心自位作用,转速增大时,轴承载荷还减小,趋于 (k为轴之刚度,e为盘的偏心距)。
 
既然转子在超临界状态运行是有利的,通过临界转速时的共振响应又可借适当的阻尼、平衡精度、加速度加以限制,将转子设计在超临界状态下工作,就成为了理所当然的了。在二十年代,将转子设计在超越临界状态下面工作这种思想逐渐代替了以前旧有的概念,很多种工作转速超越一阶临界转速的涡轮、压缩机、泵等等开始被人们开始设计及生产了出来,而它们的特点都是转子的质量比较小。就在这个时候,有报道接连报道了这样设计的机器在使用的过程中不断产生了很多严重的振动。列如,一系列振动事故发生在了美国通用电气公司研发制造的某种高炉用鼓风机中。刚开始的时候,曾被人误以为是因为旋转机械的平衡精度不够高,后来的事实证明并不是这样的。而是因为转子的转速太快,而当转速超过了转子支承系统失稳的门坎转速时,就会引起机械发生剧烈的自激进动,从而导致了鼓风机的破坏。 转子动力学的发展历程与研究现状:http://www.lwfree.cn/yanjiu/20190310/31000.html
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