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轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)計(jì)算術(shù)語解析

模擬世界 ? 來源:仿真秀App ? 作者: 張老師 ? 2021-08-10 11:40 ? 次閱讀

1、陀螺效應(yīng)

所謂陀螺效應(yīng),就是旋轉(zhuǎn)著的物體具有像陀螺一樣的效應(yīng)。陀螺有兩個(gè)特點(diǎn):進(jìn)動(dòng)性和定軸性。簡單來說,陀螺效應(yīng)就是旋轉(zhuǎn)的物體有保持其旋轉(zhuǎn)方向(旋轉(zhuǎn)軸的方向)的慣性。

對(duì)于一個(gè)繞軸Δ旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu),如果在垂直于軸Δ施加一個(gè)擾動(dòng)會(huì)發(fā)生進(jìn)動(dòng)且會(huì)出現(xiàn)反力矩。這個(gè)反力矩就是陀螺力矩。陀螺力矩的軸即垂直于旋轉(zhuǎn)軸也垂直于進(jìn)動(dòng)軸。這將導(dǎo)致陀螺矩陣耦合了垂直于旋轉(zhuǎn)軸平面上的自由度。這也導(dǎo)致陀螺矩陣為非對(duì)稱矩陣。

2、渦動(dòng)

轉(zhuǎn)子正常的旋轉(zhuǎn)也包含了渦動(dòng)的概念。例如轉(zhuǎn)子在不平衡力矩作用下,轉(zhuǎn)軸發(fā)生撓曲變形,轉(zhuǎn)軸以角速度45bcf4dc-f82d-11eb-9bcf-12bb97331649.png在空間旋轉(zhuǎn),此時(shí)轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上是兩種運(yùn)動(dòng)的合成。

一種是轉(zhuǎn)軸繞其軸線的定軸轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)動(dòng)角速度就是旋轉(zhuǎn)速度45bcf4dc-f82d-11eb-9bcf-12bb97331649.png;另一種則是變形的軸線繞其靜平衡位置的空間回轉(zhuǎn),回轉(zhuǎn)角速度仍然是45bcf4dc-f82d-11eb-9bcf-12bb97331649.png。后種回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)就是渦動(dòng)。這就像小孩玩跳繩一樣,轉(zhuǎn)軸第一種轉(zhuǎn)動(dòng)猶如跳繩本身旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)軸第二種轉(zhuǎn)動(dòng)猶如弓狀的跳繩在空間回轉(zhuǎn),因此稱它為弓狀回轉(zhuǎn),在這里稱為渦動(dòng)。正常轉(zhuǎn)軸的渦動(dòng)角速度Ω和旋轉(zhuǎn)角速度45bcf4dc-f82d-11eb-9bcf-12bb97331649.png相等,因此稱它為同步渦動(dòng)。

凡是同步渦動(dòng),如轉(zhuǎn)軸上某一方向受拉或受壓,則在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下將始終受拉或受壓。但是當(dāng)轉(zhuǎn)子發(fā)生自激振動(dòng)時(shí),由于渦動(dòng)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不符,將發(fā)生異步渦動(dòng)。如果渦動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方向與旋轉(zhuǎn)方向相同稱為正向渦動(dòng)(FW),反之則為反向渦動(dòng)(BW)。

不論是正向渦動(dòng)還是反向渦動(dòng),轉(zhuǎn)軸上某一方向?qū)⒔惶媸芾蚴軌海崔D(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下轉(zhuǎn)子上高點(diǎn)位置周期性順轉(zhuǎn)向或逆轉(zhuǎn)向移動(dòng)。顯然,當(dāng)渦動(dòng)速度低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時(shí),轉(zhuǎn)子上高位置將逆轉(zhuǎn)向移動(dòng),反之則順轉(zhuǎn)向移動(dòng),移動(dòng)速度為45bcf4dc-f82d-11eb-9bcf-12bb97331649.png-Ω或Ω-45bcf4dc-f82d-11eb-9bcf-12bb97331649.png

3、橢圓軌跡

在大多數(shù)情況下,旋轉(zhuǎn)軸上的節(jié)點(diǎn)穩(wěn)態(tài)軌道也叫做軌跡且是個(gè)橢圓形狀。它的特點(diǎn)如下:

在局部坐標(biāo)系XYZ中,x軸為旋轉(zhuǎn)軸,在節(jié)點(diǎn)I處的橢圓由長半軸A,短半軸B和相位角ψ (PSI),定義如圖所示。

460f9e58-f82d-11eb-9bcf-12bb97331649.png(PHI)定義了節(jié)點(diǎn)的初始位置。為了比較結(jié)構(gòu)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的相位,用戶要檢查461caff8-f82d-11eb-9bcf-12bb97331649.pngψ + φ。YMAX和ZMAX分別是沿著Y軸和Z軸方向上的最大位移。

4、穩(wěn)定性

轉(zhuǎn)子保持無橫向振動(dòng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的性能。若轉(zhuǎn)子在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下受微擾后能恢復(fù)原態(tài),則這一運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)是穩(wěn)定的;否則是不穩(wěn)定的。轉(zhuǎn)子的不穩(wěn)定通常是指不存在或不考慮周期性干擾下,轉(zhuǎn)子受到微擾后產(chǎn)生強(qiáng)烈橫向振動(dòng)的情況。轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性問題的主要研究對(duì)象是油膜軸承。油膜對(duì)軸頸的作用力是導(dǎo)致軸頸乃至轉(zhuǎn)子失穩(wěn)的因素。該作用力可用流體力學(xué)的公式求出,也可通過實(shí)驗(yàn)得出。

一般是通過線性化方法,將作用力表示為軸頸徑向位移和徑向速度的線性函數(shù),從而求出轉(zhuǎn)子開始進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)的轉(zhuǎn)速——門限轉(zhuǎn)速。導(dǎo)致失穩(wěn)的還有材料的內(nèi)摩擦和干摩擦,轉(zhuǎn)子的彎曲剛度或質(zhì)量分布在二正交方向不同,轉(zhuǎn)子與內(nèi)部流體或與外界流體的相互作用,等等。有些失穩(wěn)現(xiàn)象的機(jī)理尚不清楚。

旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)自勵(lì)的振動(dòng)在一段時(shí)間內(nèi)會(huì)引起振幅的增加如圖2所示:

462765b0-f82d-11eb-9bcf-12bb97331649.png

圖2:轉(zhuǎn)子中心軌跡圖

如果沒有檢查,旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不穩(wěn)定狀態(tài)則能夠?qū)е略O(shè)備的損壞

旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定的常見原因:

-軸承特性;

-內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)阻尼 (材料阻尼);

-旋轉(zhuǎn)部分和靜態(tài)部件之間的接觸。

編輯:jq

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原文標(biāo)題:【收藏】轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)計(jì)算術(shù)語詳解

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