临界转速的计算.doc

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1、一、临界转速分析的目的临界转速分析的主要目的在于确定转子支撑系统的临界转速，并按照经验或有关的技术规定，将这些临界转速调整，使其适当的远离机械的工作转速，以得到可靠的设计。例如设计地面旋转机械时，如果工作转速低于其一阶临界转速Nc1，应使N<0.75Nc1,如果工作转速高于一阶临界转速，应使1.4Nck

2、据的（系统支撑的刚度系数和阻尼系数）准确度，也是影响计算结果准确度的重要因素。3.适当的考虑计算速度，随着转子支撑系统的日益复杂，临界转速的计算工作量越来越大，因此选择计算方法的效率也是需要考虑的重要因素。三、常用的计算方法名称原理优点缺点矩阵迭代法（Stodola斯托多拉）1.假定一阶振型挠曲弹性线并选择试算速度2.计算转子涡动惯性载荷，并用此载荷计算挠性曲线3.以计算得到的挠性曲线和适当调整的转速重新循环计算4.当计算曲线和初始曲线吻合的时的转速即为一临转速5.高阶临界转速方法同，但需利用正交条件消除低阶弹性线成分，否则计算错误收敛较快，一阶临界转速结果较为准确高

3、阶临界转速精度差，计算复杂逐段推算法（传递矩阵法）（Prohl-Myklestad）1.划分转轴为若干等截面段，选择试算转速2.从转轴的一端算起，计算另一端的四个状态参数（挠度、转角、弯矩、剪力）3.根据与其相邻轴段在该截面处的约束条件，得到下个轴段的状态参数4.换个转速重复计算，直到计算得到的状态参数满足边界条件，此时的转速即为临界转速将四个状态参数写成矩阵的形式，计算方便，在各类旋转机械制造业中是最为通用、发展最为完善的方法根据经验或有关的计术资料选择计算转速，比较盲目能量法（Rayleigh-Ritz）1.以能量守恒原理为理论基础，根据轴系中的最大应变能等于最大

4、的动能，建立微分方程，据动能是转速的函数计算转速原理简单，易于理解如果假设的振型不准确会带来误差特征方程法将通用的指数解带入微分方程，得到以临界转速为解的多项式方程难以求解，应用不多数值积分法（前进法）以数值积分的方法求解支撑系统的运动微分方程，从初始条件开始，以步长很小的时间增量时域积分，逐步推算出轴系的运动唯一能模拟非线性系统的计算方法，在校核其他方法及研究非线性对临界转速的影响方面很有价值计算量较大，必须有足够的积分步数注：1.Stodola斯托多拉法2.Prohl-Myklestad莫克来斯塔德法传递矩阵法基本原理：传递矩阵法的基本原理是，去不同的转速值，从转

5、子支撑系统的一端开始，循环进行各轴段截面状态参数的逐段推算，直到满足另一端的边界条件。优点：对于多支撑多元盘的转子系统，通过其特征值问题或通过建立运动微分方程的方法求解系统的临界转速和不平衡响应，矩阵的维数随着系统的自由度的增加而增加，计算量往往较大：采用传递矩阵法的优点是矩阵的维数不随系统的自由度的增加而增大，且各阶临界转速计算方法相同，便于程序实现，所需存储单元少，这就使得传递矩阵法成为解决转子动力学问题的一个快速而有效的方法。缺点：求解高速大型转子的动力学问题时，有可能出现数值不稳定现象。今年来提出的Riccati传递矩阵法，保留传递矩阵的所有优点，而且在数值上

6、比较稳定，计算精度高，是一种比较理想的方法，但目前还没有普遍推广。轴段划分：首先根据支撑系统中刚性支撑（轴承）的个数划分跨度。在整个轴段内，凡是轴承、集中质量、轮盘、联轴器等所在位置，以及截面尺寸、材料有变化的地方都要划分为轴段截面。若存在变截面轴，应简化为等截面轴段，这是因为除了个别具有特殊规律的变截面轴段外，其他的变截面轴段的传递矩阵特别复杂。传递矩阵：4.轴段传递矩阵每段起始状态参数和终端状态参数的转换方程，根据是否考虑转轴的分布质量，可以建立两种轴段传递矩阵当考虑轴段的分布质量时：起始和终端的转换方程是均质等截面杆的振动弹性方程：不考虑转轴的分布质量时建立的传

7、递矩阵其中，a11,a12,a21,a22为该轴段的影响系数，根据材料力学：，a11和a12是终端的剪力和弯矩在终端引起的挠度，a21和a22是终端的剪力和弯矩在终端引起的转角4.各轴段间的传递矩阵从前一轴段的终端到下一轴段的始端，如果中间没有独立的结构单元，则状态参数不发生变化，传递矩阵是单位矩阵；两者之间有独立的结构单元时，用前一轴段的终端矩阵乘以此单元的矩阵，即的下一单元的始端矩阵。独立的结构单元大概可以分为以下四种：通过点质量时为：，其中，mi为点质量，p为系统的固有频率通过转动盘时为，其中，mi盘的质量，Ip盘的极转动惯量，Id盘的直径转动