轉(zhuǎn)子動力學(xué)計(jì)算術(shù)語解析

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)。陀螺有兩個特點(diǎn)：進(jìn)動性和定軸性。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。

對于一個繞軸Δ旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，如果在垂直于軸Δ施加一個擾動會發(fā)生進(jìn)動且會出現(xiàn)反力矩。這個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)致陀螺矩陣為非對稱矩陣。

2、渦動

轉(zhuǎn)子正常的旋轉(zhuǎn)也包含了渦動的概念。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)軸以角速度在空間旋轉(zhuǎn)，此時轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動實(shí)際上是兩種運(yùn)動的合成。

一種是轉(zhuǎn)軸繞其軸線的定軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動角速度就是旋轉(zhuǎn)速度；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。后種回轉(zhuǎn)運(yùn)動就是渦動。這就像小孩玩跳繩一樣，轉(zhuǎn)軸第一種轉(zhuǎn)動猶如跳繩本身旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸第二種轉(zhuǎn)動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。正常轉(zhuǎn)軸的渦動角速度Ω和旋轉(zhuǎn)角速度相等，因此稱它為同步渦動。

凡是同步渦動，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)生自激振動時，由于渦動轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不符，將發(fā)生異步渦動。如果渦動的運(yùn)動方向與旋轉(zhuǎn)方向相同稱為正向渦動（FW），反之則為反向渦動（BW）。

不論是正向渦動還是反向渦動，轉(zhuǎn)軸上某一方向?qū)⒔惶媸芾蚴軌海崔D(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動狀態(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。顯然，當(dāng)渦動速度低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子上高位置將逆轉(zhuǎn)向移動，反之則順轉(zhuǎn)向移動，移動速度為-Ω或Ω-。

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。

（PHI）定義了節(jié)點(diǎn)的初始位置。為了比較結(jié)構(gòu)中兩個節(jié)點(diǎn)的相位，用戶要檢查ψ + 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)子保持無橫向振動的正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的性能。若轉(zhuǎn)子在運(yùn)動狀態(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)烈橫向振動的情況。轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性問題的主要研究對象是油膜軸承。油膜對軸頸的作用力是導(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)自勵的振動在一段時間內(nèi)會引起振幅的增加如圖2所示：

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。

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