轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)知識(shí).doc

轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)知識(shí)2轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)主要研究那些問題？答：轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)是研究所有不旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子及其部件和結(jié)構(gòu)有關(guān)的動(dòng)力學(xué)特性,包括動(dòng)態(tài)響應(yīng)、振動(dòng)、強(qiáng)度、疲勞、穩(wěn)定性、可靠性、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷和控制的學(xué)科。這門學(xué)科研究的主要范圍包括：轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模與分析計(jì)算方法；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速、振型不平衡響應(yīng)；支承轉(zhuǎn)子的各類軸承的動(dòng)力學(xué)特性；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析；轉(zhuǎn)子平衡技術(shù)；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的故障機(jī)理、動(dòng)態(tài)特性、監(jiān)測(cè)方法和診斷技術(shù)；密封動(dòng)力學(xué)；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性振動(dòng)、分叉與混沌；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的電磁激勵(lì)與機(jī)電耦聯(lián)振動(dòng)；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試與分析技術(shù)；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)與穩(wěn)定性控制技術(shù)；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的線性與非線性設(shè)計(jì)技術(shù)與方法。3轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)發(fā)展過程中的主要轉(zhuǎn)折是什么？答：第一篇有記載的有關(guān)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的文章是1869年Rankine發(fā)表的題為“論旋轉(zhuǎn)軸的離心力”一文,這篇文章得出的“轉(zhuǎn)軸只能在一階臨界轉(zhuǎn)速以下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)”的結(jié)論使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一直限制在一階臨界以下。最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)子模型是由一根兩端剛支的無質(zhì)量的軸和在其中部的圓盤組成的,這一今天仍在使用的被稱作Jeffcott轉(zhuǎn)子的模型最早是由Foppl在1895年提出的,之所以被稱作“Jeffcott”轉(zhuǎn)子是由于Jeffcott教授在1919年首先解釋了這一模型的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性。他指出在超臨界運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生自動(dòng)定心現(xiàn)象，因而可以穩(wěn)定工作。這一結(jié)論使得旋轉(zhuǎn)機(jī)械的功率和使用范圍大大提高了，許多工作轉(zhuǎn)速超過臨界的渦輪機(jī)、壓縮機(jī)和泵等對(duì)工業(yè)革命起了很大的作用。但是隨之而來的一系列事故使人們發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子在超臨界運(yùn)行達(dá)到某一轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的自激振動(dòng)并造成失穩(wěn)。這種不穩(wěn)定現(xiàn)象首先被Newkirk發(fā)現(xiàn)是油膜軸承造成的,仍而確定了穩(wěn)定性在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析中的重要地位。有關(guān)油膜軸承穩(wěn)定性的兩篇重要的總結(jié)是由Newkirk和Lund寫出的,他們兩人也是轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究的里程碑人物。4石化企業(yè)主要有哪些旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其基本工作原理是什么？汽輪機(jī)：將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的渦輪式機(jī)械。工作原理：在汽輪機(jī)中，蒸汽在噴嘴中發(fā)生膨脹，壓力降低，速度增加，熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能。作用與功能：主要用作發(fā)電用的原動(dòng)機(jī)，也可直接驅(qū)動(dòng)各種泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和船舶螺旋槳等。還可以利用汽輪機(jī)的排汽或中間抽汽滿足生產(chǎn)和生活的供熱需要。燃?xì)廨啓C(jī)：是一種以空氣及燃?xì)鉃榻橘|(zhì)，靠連續(xù)燃燒做功的旋轉(zhuǎn)式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。主要結(jié)構(gòu)由三部分：壓氣機(jī)，燃燒室，透平（動(dòng)力渦輪）。作用與功能：以連續(xù)流動(dòng)的氣體為工作介質(zhì)，帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將燃料的能量轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Α９ぷ髟恚簤簹鈾C(jī)（即壓縮機(jī)）連續(xù)地仍大氣中吸入空氣幵將其壓縮；壓縮后的空氣迚入燃燒室，不噴入的燃料混合后燃燒，成為高溫燃?xì)?，隨即流入燃?xì)馔钙街信蛎涀龉?，推?dòng)透平葉輪帶著壓氣機(jī)葉輪一起旋轉(zhuǎn)；加熱后的高溫燃?xì)獾淖龉δ芰︼@著提高，因而燃?xì)馔钙皆趲?dòng)壓氣機(jī)的同時(shí)，尚有余功作為燃?xì)廨啓C(jī)的輸出機(jī)械功。壓縮機(jī)：將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的能量，用來給氣體增壓與輸送氣體的機(jī)械。作用與功能：將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的能量，用來給氣體增壓與輸送氣體。工作原理：空氣壓縮機(jī)的種類很多，按照工作原理可分為容積式壓縮機(jī)，往復(fù)式壓縮機(jī)，離心式壓縮機(jī)。容積式壓縮機(jī)的工作原理是壓縮氣體的體積，使單位體積內(nèi)的氣體分子密度增加以提高壓縮空氣的壓力。離心壓縮機(jī)的工作原理是提高氣體分子的運(yùn)動(dòng)速度，使氣體分子具有的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，仍而提高壓縮空氣的壓力。往復(fù)式壓縮機(jī)（也稱活塞式壓縮機(jī)）的工作原理是直接壓縮氣體，當(dāng)氣體達(dá)到一定壓力后排出。離心機(jī)：離心機(jī)是利用離心力，分離液體與固體顆?；蛞后w與液體混合物中各組分的機(jī)械。作用與功能：離心機(jī)主要用于將懸浮液中的固體顆粒與液體分開；或?qū)⑷闈嵋褐袃煞N密度不同，又互不相容的液體分開，它也可以用于排除濕固體中的液體。工作原理：有離心過濾和離心沉淀兩種。離心過濾是使懸浮液在離心力場(chǎng)下產(chǎn)生的離心壓力，作用在過濾介質(zhì)上，使液體通過過濾介質(zhì)成為濾液，而固體顆粒被截留在過濾介質(zhì)表面，仍而實(shí)現(xiàn)液-固分離；離心沉降是利用懸浮液（或乳濁液）密度不同的各組分在離心力場(chǎng)中迅速沉降分層的原理，實(shí)現(xiàn)液-固（或液-液）分離。發(fā)電機(jī)：將其他形式的能源轉(zhuǎn)換成電能的機(jī)械設(shè)備。作用與功能：由水輪機(jī)、汽輪機(jī)、柴油機(jī)或其他動(dòng)力機(jī)械驅(qū)動(dòng)，將水流，氣流，燃料燃燒或原子核變產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能傳給發(fā)電機(jī)，再由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能。工作原理：其工作原理都基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律。由軸承及端蓋將發(fā)電機(jī)的定子，轉(zhuǎn)子連接組裝起來，使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn)，做切割磁力線運(yùn)動(dòng)，仍而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，通過接線端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流。5什么是橫向振動(dòng)？答：為了避開靜變形，可以考慮轉(zhuǎn)軸的兩支點(diǎn)在同一垂直線上，而圓盤位于水平面如下圖。圓盤以角速度作等速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)軸是直的。如果在它的一側(cè)加一橫向沖擊，則因轉(zhuǎn)軸有彈性而發(fā)生彎曲振動(dòng)，或圓盤作橫向振動(dòng)。6什么是渦動(dòng)（進(jìn)動(dòng)），其頻率是多少？答：轉(zhuǎn)軸在不平衡力矩作用下，發(fā)生撓曲變形，將產(chǎn)生兩種運(yùn)動(dòng)，一是轉(zhuǎn)軸繞其軸線的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，一種是形的軸線繞其靜平衡位置的空間回轉(zhuǎn)；兩種運(yùn)動(dòng)的合成即是渦動(dòng)。圓盤或轉(zhuǎn)軸中心在相互垂直的兩個(gè)方向作頻率同為n 的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，一般情況下，兩個(gè)方向上的振幅不相等，所以圓盤軸心軌跡為一橢圓，軸心的這種運(yùn)動(dòng)是一種渦動(dòng)或進(jìn)動(dòng)。自然頻率n 稱為進(jìn)動(dòng)角頻率。圓盤或轉(zhuǎn)軸中心的進(jìn)動(dòng)或渦動(dòng)屬于自然振動(dòng)，它的頻率就是圓盤沒有振動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)軸彎曲振動(dòng)的自然頻率。7什么是自動(dòng)對(duì)心？答：當(dāng)軸心的響應(yīng)頻率進(jìn)大于圓盤偏心質(zhì)量產(chǎn)生的激振力頻率時(shí)，圓盤的重心近似地落在固定中心，振動(dòng)很小，轉(zhuǎn)動(dòng)反而比較平穩(wěn)。這種情況稱為自動(dòng)對(duì)心。8什么是臨界轉(zhuǎn)速？答：轉(zhuǎn)子在某些特定的轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生很大的變形并引起共振，引起共振時(shí)的轉(zhuǎn)速。數(shù)值上等于轉(zhuǎn)子固有頻率的轉(zhuǎn)速。9什么是剛性軸和柔性軸？答：如果機(jī)器的工作轉(zhuǎn)速小于臨界轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)軸稱為剛性軸；如果工作轉(zhuǎn)速高于臨界轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)軸稱為柔性軸。10什么是幅頻響應(yīng)曲線和相頻響應(yīng)曲線？答：振幅A 與位相差隨轉(zhuǎn)動(dòng)角速度對(duì)固有頻率/n 的比值改變的曲線，即幅頻響應(yīng)曲線和相頻響應(yīng)曲線。11什么是陀螺效應(yīng)？產(chǎn)生陀螺力矩的基本條件是什么？答：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。當(dāng)圓盤不裝在兩支承的中點(diǎn)而偏于一邊時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的圓盤的自轉(zhuǎn)軸也就是圓盤的動(dòng)量矩被迫不斷的改變方向，就會(huì)產(chǎn)生陀螺力矩，出現(xiàn)陀螺效應(yīng)。只要高速旋轉(zhuǎn)部件的自轉(zhuǎn)軸在空間改變方向（即進(jìn)動(dòng)），就會(huì)產(chǎn)生陀螺力矩，出現(xiàn)陀螺效應(yīng)。12怎樣計(jì)算考慮陀螺力矩時(shí)轉(zhuǎn)子的臨界角速度？陀螺力矩對(duì)進(jìn)動(dòng)角速度數(shù)目和幅值的影響是什么？答：（1）計(jì)算轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，需要列出圓盤的運(yùn)動(dòng)微分方程。求解這組齊次線性微分方程的特征根就可以得到轉(zhuǎn)子振動(dòng)的自然頻率n，即進(jìn)動(dòng)角速度。因動(dòng)量矩H=Jn，故n 隨轉(zhuǎn)動(dòng)角速度改變。另一方面，臨界角速度是與進(jìn)動(dòng)角速度相等的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。因此可以按照=n的條件來計(jì)算轉(zhuǎn)子的臨界角速度。（2）由于陀螺力矩，轉(zhuǎn)子有四個(gè)進(jìn)動(dòng)角速度。陀螺力矩對(duì)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的影響是：正進(jìn)動(dòng)時(shí)，它提高了臨界轉(zhuǎn)速；反進(jìn)動(dòng)時(shí)，它降低了臨界轉(zhuǎn)速。13支撐剛度怎樣影響轉(zhuǎn)子的臨界角速度？答：減小支承剛度可以使轉(zhuǎn)子的臨界角速度顯著降低，反而，增大支承剛度可以使轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速升高。14什么是收斂油楔、發(fā)散油楔？答：順著軸頸轉(zhuǎn)向油膜厚度逐漸減小的油楔叫收斂油楔；厚度增加的叫做發(fā)散油楔。15利用軸承的平衡半圓說明軸承的工作原理，并說明轉(zhuǎn)速和載荷對(duì)軸承穩(wěn)定性的影響。答：平衡半圓：對(duì)于一個(gè)確定的軸承，當(dāng)潤(rùn)滑油粘度及進(jìn)油壓已給定時(shí)，軸頸中心的靜平衡位置e、決定于軸頸轉(zhuǎn)速和靜載荷 。當(dāng)載荷的大小或者軸頸轉(zhuǎn)速變化時(shí)，位置也相應(yīng)地變化，其軌跡近似地為一半圓弧，稱為平衡半圓。當(dāng)軸頸轉(zhuǎn)速不變，承載=0 時(shí)，軸頸中心與軸瓦軸心重合，即軸頸無偏心。隨著載荷的增加，軸頸中心沿平衡半圓弧下降到軸瓦底部，旋轉(zhuǎn)的軸頸把有粘度的潤(rùn)滑油仍發(fā)散區(qū)帶入收斂區(qū)，沿軸頸旋轉(zhuǎn)方向軸承間隙由大變小，形成一種油楔，使?jié)櫥蛢?nèi)產(chǎn)生壓力。油膜內(nèi)各點(diǎn)的壓力沿軋制方向的合力就是油膜軸承的承載力。高速輕載軸承，其軸頸中心工作位置較高，而低速重載軸承，其工作位置較低，軸承較穩(wěn)定。16什么是軸承的八個(gè)系數(shù)？對(duì)軸承的性能有何影響？答：軸承的八個(gè)系數(shù)：他們分別是剛度系數(shù)kxx、kxy、kyx、kyy。阻尼系數(shù)：cxx、cxy、cyx、cyy。系數(shù)kxx、kyy 相對(duì)應(yīng)的彈性力是保守力，在軸心一周的渦動(dòng)中做功為零，而cxx、cyy 對(duì)應(yīng)的阻尼力恒做負(fù)功，亦即消耗能量。與kxy、kyx 對(duì)應(yīng)的是非保守彈性力，它們與cxy、cyx 對(duì)應(yīng)的阻尼力一樣，在一周中作的功可為正（即向轉(zhuǎn)子系統(tǒng)輸入能量），也可為負(fù)（即消耗系統(tǒng)的能量），這取決于渦動(dòng)軌跡形狀、動(dòng)力系數(shù)的大小和正負(fù)。如果一周渦動(dòng)中，輸入系統(tǒng)的能量小于各種阻尼所消耗的能量，那么渦動(dòng)就越來越小趨于消失，這時(shí)系統(tǒng)是穩(wěn)定的，反而，系統(tǒng)就是不穩(wěn)定的。交叉動(dòng)力系數(shù)的大小和正負(fù)對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性起著重要作用。17什么是軸承的雷諾方程？其基本假設(shè)是什么？答：雷諾方程是進(jìn)行軸承油膜分析的基本方程：R軸頸半徂【m】p油膜壓力【N/m2】潤(rùn)滑油粘度【Ns/ m2】z軸瓦的軸向坐標(biāo)，原點(diǎn)取在中面上【m】t時(shí)間【s】油膜厚度較其長(zhǎng)度來說是十分小的，故油膜壓力沿油膜厚度方向可認(rèn)為不變。油的流動(dòng)是層流。潤(rùn)滑油是各向同性的，粘度在油膜厚度方向是常數(shù)。潤(rùn)滑油與軸頸、軸瓦表面而間無滑動(dòng)。潤(rùn)滑油符合牛頓粘性定律，即剪應(yīng)力與剪切率成正比。油的慣性不計(jì)。18什么是紊流軸承理論？答：當(dāng)流體流動(dòng)的Reynolds數(shù)足夠高時(shí)，流動(dòng)性質(zhì)就仍層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪?。在大型高速機(jī)械及采用高密度低粘度潤(rùn)滑流體的某些特殊要求的機(jī)器中，就常遇到工作在紊流工況的軸承。紊流工況下的軸承功率消耗大，溫升高，偏心率和油流量小，因而其動(dòng)力特性（包括穩(wěn)定性）也有很大不同。紊流潤(rùn)滑理論研究的中心問題是：（1）軸承在什么條件下工作，層流會(huì)不穩(wěn)定而變?yōu)槲闪?，仍而它必須按紊流工況來設(shè)計(jì)。（2）在紊流工況下如何建立基本方程，計(jì)算紊流油膜中的速度及壓力分布。19滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承的阻尼系數(shù)和剛度系數(shù)的取值范圍是什么？答：滾動(dòng)軸承：滾珠軸承，一般可以認(rèn)為：滾珠軸承的阻尼可以忽略，而剛度系數(shù)kxx=kyy，kxy=kyx=0。剛度系數(shù)的大小主要取決于滾珠和內(nèi)外滾道接觸區(qū)的預(yù)載荷，這取決于軸承安裝方法、零件公差和軸承工作溫度，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的典型剛度系數(shù)為210的7次方至110的8次方【N/m】。滾柱軸承的剛度系數(shù)一般要10倍于上述數(shù)據(jù)?；瑒?dòng)軸承：剛度系數(shù)最大約為kxx=kyy=0.30.420什么是長(zhǎng)軸承理論和短軸承理論？答：長(zhǎng)軸承：這類軸承的長(zhǎng)度比其直徂大得很多（即L?D）,這樣油膜壓力沿周向的變化率比沿軸向的變化率大得多（即?p/?p/?z）。短軸承：這種情況下認(rèn)為軸承長(zhǎng)度L較而其直徂D(zhuǎn)小得多，致使油膜壓力沿周向的變化率?p/?較而其沿軸向的變化率?p/?z可以忽略不計(jì)。21什么是浮環(huán)密封、靜壓軸承、阻尼軸承？答：浮環(huán)密封：通常的密封環(huán)為一圓環(huán)，它籍高壓油壓緊在一個(gè)臺(tái)階上以防止液體或者氣體的泄漏，環(huán)不轉(zhuǎn)軸而間充滿著壓力油。一般環(huán)不軸是同心的，也即密封環(huán)是一個(gè)無徂向載荷、無偏心的全圓軸承。當(dāng)轉(zhuǎn)速超過轉(zhuǎn)子最低臨界轉(zhuǎn)速兩倍以后，密封環(huán)就成為一個(gè)負(fù)阻尼器，趨于使轉(zhuǎn)子失穩(wěn)。靜壓軸承：滑動(dòng)軸承的一種，是利用壓力泵將壓力潤(rùn)滑劑強(qiáng)行泵入軸承和軸而間的微小間隙的滑動(dòng)軸承。靜壓軸承由外部的潤(rùn)滑油泵提供壓力油來形成壓力油膜，以承受載荷。在靜壓軸承中，高壓油通過限流小孔進(jìn)入幾個(gè)油囊中，軸承的主要設(shè)計(jì)參數(shù)是限流小孔不軸承油膜對(duì)油的阻力比。當(dāng)取比值為1時(shí)，油囊中的壓力為供油壓力Ps的一半，此時(shí)油膜剛度系數(shù)最大。阻尼軸承：阻尼軸承的內(nèi)外環(huán)，可視作一個(gè)轉(zhuǎn)速為零的無偏心全圓軸承，阻尼軸承是一個(gè)純阻尼器。阻尼軸承的供油壓力必須足夠大，否則，油將仍油隙中擠出而阻尼軸承就失去作用。22什么是油膜力的分解及其對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的影響？答：油膜力的分解及其對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的影響：將油膜對(duì)軸承的總壓力F分解為軸頸中心O點(diǎn)的徂向力Fe和周向力F。分力Fe起支撐軸頸的作用，相當(dāng)于轉(zhuǎn)軸的彈性力。分力F垂直于O的向徂并順著轉(zhuǎn)動(dòng)方向，使O的速度增大，因而使向徂OO增大。就是使軸頸失穩(wěn)的力。23什么是油膜的半頻渦動(dòng)？答：油膜引起渦動(dòng)的準(zhǔn)確頻率稍小于轉(zhuǎn)動(dòng)角速度而半，這種渦動(dòng)稱為半頻渦動(dòng)。24什么是失穩(wěn)角速度？答：軸承油膜力引起轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)時(shí)的轉(zhuǎn)子角速度稱為失穩(wěn)角速度。轉(zhuǎn)子失穩(wěn)的條件為=0，由這一條件可以求得失穩(wěn)角速度。25什么是軸承的相似系數(shù)？答：軸承相似性系數(shù)的表達(dá)式為為無量綱的常數(shù)，較大的K值用于大型轉(zhuǎn)子及軸承，較小的K值用小型轉(zhuǎn)子。26轉(zhuǎn)速如何影響軸徑中心、圓盤中心和渦動(dòng)頻率？答：轉(zhuǎn)速對(duì)渦動(dòng)頻率的影響：（1）對(duì)于較小的K（載荷或質(zhì)量較大、間隙較大、油的粘度較小、軸頸寬度較?。D(zhuǎn)子的渦動(dòng)即自激振動(dòng)的振幅在轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的較大范圍內(nèi)變化較小。這一范圍大到實(shí)際上只有下限而沒有上限。渦動(dòng)頻率在所考慮的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)變化很小，可以認(rèn)為一常數(shù)。（2）對(duì)于較大的K（載荷或質(zhì)量較小、間隙較小、油的粘度較大、軸頸寬度較大），渦動(dòng)振幅隨角速度有明顯的變化。當(dāng)稍大于2n 時(shí)，振幅最大值。不而前一種情形相反，當(dāng)繼續(xù)增加時(shí)，振幅很快減小，直至渦動(dòng)消失。渦動(dòng)角速度隨的增加而增加。（3）當(dāng)K非常大時(shí)，振幅歲角速度改變的曲線，當(dāng) 2n 時(shí)，發(fā)生油膜振蕩。共振率為n /2。但這并與是非線性恢復(fù)力系統(tǒng)受激振力所引起的強(qiáng)迫振動(dòng)，當(dāng) 2n時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)次諧振，如果轉(zhuǎn)子同時(shí)出現(xiàn)自激振動(dòng)和次諧振，則因兩種振動(dòng)頻率很靠近，合成的振動(dòng)有拍的現(xiàn)象。27油膜自激振動(dòng)的特點(diǎn)是什么？答：（1）自激振動(dòng)即渦動(dòng)只有當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度高于第一階臨界角速度時(shí)才有可能發(fā)生。（2）自激振動(dòng)的頻率大致等于轉(zhuǎn)子的自然頻率n。（3）自激振動(dòng)不是共振現(xiàn)象。在大多數(shù)情況下，它的轉(zhuǎn)速的大范圍內(nèi)隨時(shí)可能出現(xiàn)，而且實(shí)際上往往不能確定這范圍的上限。（4）自激振動(dòng)能否出現(xiàn)的界限主要取決于軸承設(shè)計(jì)。在最不利的情況下，這一界限即失穩(wěn)轉(zhuǎn)速的下限約為臨界轉(zhuǎn)速的二倍。（5）自激振動(dòng)是非常激烈的。如果軸承設(shè)計(jì)不好，則它的的振幅往往比不平衡質(zhì)量引起的共振振幅還要大。（6）自激振動(dòng)是正向渦動(dòng)，不轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。（7）當(dāng)轉(zhuǎn)速逐漸升高時(shí)，自激振動(dòng)往往要推遲發(fā)生升速越快，自激振動(dòng)越要推遲（8）當(dāng)自激振動(dòng)已經(jīng)發(fā)生后，如果降低轉(zhuǎn)速，則它可以保持到低于升速時(shí)開始發(fā)生的轉(zhuǎn)速。即使在升速緩慢而自激振動(dòng)沒有推遲的時(shí)候也是這樣。28什么是靜不平衡和動(dòng)不平衡？答：如果一個(gè)轉(zhuǎn)子的離心慣性力系向質(zhì)心C 簡(jiǎn)化成為一合力：則此轉(zhuǎn)子具有靜不平衡。一個(gè)轉(zhuǎn)子的離心慣性力系向質(zhì)心C 簡(jiǎn)化的一般結(jié)果是一個(gè)力和一個(gè)力偶，綜合具有靜不平衡和偶不平衡，這樣的轉(zhuǎn)子不平衡成為動(dòng)不平衡。29什么是剛性轉(zhuǎn)子和柔性轉(zhuǎn)子？答：如果轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速進(jìn)低于其一階臨界轉(zhuǎn)速，此時(shí)不平衡離心力較小而轉(zhuǎn)子比較剛硬，因而不平衡力引起的轉(zhuǎn)子撓曲變形很?。ú晦D(zhuǎn)子偏心量相比），可以加以忽略。這種轉(zhuǎn)子稱為剛性轉(zhuǎn)子。反而，不平衡力引起的撓曲變形不能忽略的轉(zhuǎn)子稱為撓性轉(zhuǎn)子（或稱柔性轉(zhuǎn)子）。30柔性轉(zhuǎn)子的影響系數(shù)平衡方法是什么？答：柔性轉(zhuǎn)子平衡的影響系數(shù)法實(shí)質(zhì)上是剛性轉(zhuǎn)子平衡所用的兩平面影響系數(shù)法的直接推廣。對(duì)于剛性轉(zhuǎn)子，校正平面取兩個(gè)，平衡轉(zhuǎn)速為一個(gè)。對(duì)撓性轉(zhuǎn)子如果也這樣做，就僅能保證在所選的那個(gè)平衡轉(zhuǎn)速下的平衡，不能保證在一個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都達(dá)到平衡。如選臨界轉(zhuǎn)速為平衡轉(zhuǎn)速，則工作轉(zhuǎn)速下振動(dòng)過大，相反如在工作轉(zhuǎn)速下平衡，則轉(zhuǎn)子往往不能通過臨界轉(zhuǎn)速。因此為平衡撓性轉(zhuǎn)子，必須增加平衡轉(zhuǎn)速的數(shù)目，相應(yīng)的也許增加校正平面的數(shù)目，所以這是一種多平面多轉(zhuǎn)速的影響系數(shù)法。設(shè)選取N 個(gè)平衡轉(zhuǎn)速，校正平面有K 個(gè)，轉(zhuǎn)子上選取M 個(gè)測(cè)振點(diǎn)。影響系數(shù)法的目標(biāo)是保證在某一轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)軸上各點(diǎn)振動(dòng)為零。為了使所構(gòu)成的方程組有唯一解，也就是說要保證K=MN，校正平面數(shù)目=測(cè)振點(diǎn)數(shù)目平衡轉(zhuǎn)速數(shù)目。31柔性轉(zhuǎn)子的模態(tài)響應(yīng)圓平衡方法是什么？答：模態(tài)響應(yīng)圓俗稱振型圓，它是以轉(zhuǎn)速為參變量在極坐標(biāo)中繪制的某測(cè)振點(diǎn)振動(dòng)響應(yīng)的矢量端圖。不同轉(zhuǎn)速下的響應(yīng)矢量連起來成為模態(tài)響應(yīng)圓。在轉(zhuǎn)子升速或降速時(shí)，連續(xù)測(cè)量可以得到模態(tài)響應(yīng)圓。臨界轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)于響應(yīng)圓的直徂。不平衡方向領(lǐng)先于臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的響應(yīng)90 度。32.轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速當(dāng)激振力的頻率和轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的彎曲振動(dòng)自振頻率相接近的時(shí)候，轉(zhuǎn)子發(fā)生共振。這時(shí)候轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速稱為轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子在該轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)發(fā)生劇烈的振動(dòng)，而偏離該轉(zhuǎn)速值（大于或小于）一定范圍后，旋轉(zhuǎn)又趨于平穩(wěn)。轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速實(shí)質(zhì)上就是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的偏心質(zhì)量在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中形成的激振力和系統(tǒng)發(fā)生共振時(shí)的轉(zhuǎn)速。一個(gè)均布質(zhì)量的轉(zhuǎn)軸具有無窮多個(gè)自振頻率，它在數(shù)值上和轉(zhuǎn)子作橫向振動(dòng)的自振頻率一樣。按照頻率數(shù)值的大小排列，稱為轉(zhuǎn)子的各階自振頻率 。由于臨界轉(zhuǎn)速現(xiàn)象是激振力頻率和轉(zhuǎn)子自振頻率相同時(shí)產(chǎn)生的共振現(xiàn)象。因此，轉(zhuǎn)子的各階自階振頻率就是轉(zhuǎn)子的各階臨界轉(zhuǎn)速，記作 。轉(zhuǎn)子具有無窮多階臨界轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的大小，取決于轉(zhuǎn)子的材料、幾何形狀和結(jié)構(gòu)型式。因此，對(duì)一個(gè)具體的轉(zhuǎn)子來說，臨界轉(zhuǎn)速的大小是一定的。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剛性愈大，轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速愈大。33.影響臨界轉(zhuǎn)速的因素（一）轉(zhuǎn)子溫度沿軸向變化對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響在汽輪機(jī)中，尤其是高參數(shù)汽輪機(jī)中，沿轉(zhuǎn)子軸向的溫度變化是很大的。溫度的變化引起轉(zhuǎn)子材料彈性模量E沿轉(zhuǎn)子軸向的變化。由式（2-20）可以看到，轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子材料的彈性模量的平方根成正比。因此，彈性模量E的下降必然引起轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的下降。溫度升高,E減小。（二）轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響葉輪裝在軸上使軸的剛度有一定程度的增加，因而提高了轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。不同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式影響是不一樣的。葉輪回轉(zhuǎn)力矩對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響。對(duì)于直徑比較大不是裝在兩個(gè)支承的正中間，甚至裝在軸的懸臂端上的圓盤，在作弓形回旋時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)力矩，使轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速發(fā)生變化（可能提高，也可能降低）。（四）軸系的臨界轉(zhuǎn)速和聯(lián)軸器對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響把一個(gè)單跨，二支點(diǎn)的轉(zhuǎn)子連成了一個(gè)多支點(diǎn)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，稱為軸系。在軸系中，由于相鄰轉(zhuǎn)子通過聯(lián)軸器連接起來，軸的端部就不再是自由端。轉(zhuǎn)子端部互相作用，就相當(dāng)于在每個(gè)單跨轉(zhuǎn)子的端部多了一個(gè)約束條件，使轉(zhuǎn)子的剛性增加，從而引起該轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的加大。軸系的各階臨界轉(zhuǎn)速總比單個(gè)轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速數(shù)值大。軸系是用聯(lián)軸器連接。聯(lián)軸器的剛性愈大，轉(zhuǎn)子之間連接剛性愈大，因而相對(duì)于單個(gè)轉(zhuǎn)子，軸系的臨界轉(zhuǎn)速升高亦愈多。（五）支承彈性對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響實(shí)際上軸承座、軸瓦中起支承和潤(rùn)滑作用的油膜都不是絕對(duì)剛性的。33.轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的安全標(biāo)準(zhǔn)為了保證轉(zhuǎn)子安全運(yùn)行，就必須：盡可能避開共振對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行精確的平衡。如果透平的工作轉(zhuǎn)速n小于轉(zhuǎn)子的第一階臨界轉(zhuǎn)速要求：nc1（12125）n。如果透平的工作轉(zhuǎn)速n在轉(zhuǎn)子的一階和二階臨界轉(zhuǎn)速之間要求：1.4nc1n0.7nc2。我國(guó)電力部門提出，對(duì)于固定式發(fā)電用汽輪發(fā)電機(jī)組，要求軸系的各階臨界轉(zhuǎn)速一般應(yīng)與工作轉(zhuǎn)速避開。軸系各階臨界轉(zhuǎn)速的分布應(yīng)保證機(jī)組能夠有安全的暖機(jī)轉(zhuǎn)速，并進(jìn)行超速試驗(yàn)。34.轉(zhuǎn)子振動(dòng)響應(yīng)振動(dòng)響應(yīng)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸系重要的動(dòng)態(tài)特性。它是指轉(zhuǎn)子上存在質(zhì)量不平衡造成的振動(dòng)響應(yīng)，包括響應(yīng)的幅值和相位。這個(gè)特性用影響系數(shù)來量度： 振動(dòng)響應(yīng)/振動(dòng)平衡 不平衡響應(yīng)特性決定了轉(zhuǎn)子對(duì)已經(jīng)存在的不平衡量或運(yùn)轉(zhuǎn)過程中突然出現(xiàn)的不平衡的響應(yīng)程度。從軸系安全角度出發(fā)，希望這個(gè)響應(yīng)越小越好。小意味著同樣的不平衡量所造成的轉(zhuǎn)子的振動(dòng)小，小的不平衡響應(yīng)，可以減小動(dòng)平衡的次數(shù)，減少運(yùn)行中意外事故對(duì)設(shè)備帶來的不良后果。35軸系穩(wěn)定性和動(dòng)壓滑動(dòng)軸承汽輪發(fā)電機(jī)組功率的增加，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸頸的增大和軸系臨界轉(zhuǎn)速的下降，進(jìn)而影響轉(zhuǎn)子軸系工作的穩(wěn)定性。（1） 穩(wěn)定性的基本概念高速旋轉(zhuǎn)機(jī)器的轉(zhuǎn)軸支承在徑向滑動(dòng)軸承上，轉(zhuǎn)子軸頸為油膜所包閣，當(dāng)外載荷W恒定并與油膜壓力F1相平衡，轉(zhuǎn)子軸頸中心將處于平衡位置Oj(c，0)(圖215)。實(shí)際上轉(zhuǎn)軸在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不可能不受到擾動(dòng)或沖擊載荷(此時(shí)軸頸中心將偏離平衡位置Oj)如果轉(zhuǎn)軸受擾動(dòng)后，軸頸中心隨時(shí)間的增加而逐漸趨向平衡位置，則認(rèn)為是穩(wěn)定的。如果隨時(shí)間的增加，轉(zhuǎn)子振動(dòng)的振幅越來越大、或軸頸圍繞平衡位置作“渦動(dòng)”，則認(rèn)為是不穩(wěn)定的。軸頸受擾動(dòng)其中心偏離平衡位置后，新位置的潤(rùn)滑油膜對(duì)軸頸產(chǎn)生一作用力，其方向與擾動(dòng)方向有一偏位角。該作用力為擾動(dòng)而引起的不平衡力，可分解為兩個(gè)分力，即一個(gè)為沿?cái)_動(dòng)方向的分力，它是抗拒擾動(dòng)的，還有一個(gè)垂直于擾動(dòng)方向的分力，推動(dòng)軸頸繞原平衡位置Ob渦動(dòng)，其方向與軸頸的自轉(zhuǎn)方向一致或相反。 “渦動(dòng)”是一種自激振動(dòng)，它不是由交變外力引起的強(qiáng)迫振動(dòng)，而是由轉(zhuǎn)子自身結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)工況等原因引起。轉(zhuǎn)子軸系突然出現(xiàn)振幅很大的現(xiàn)象叫做“失穩(wěn)”，。轉(zhuǎn)子軸系的剛度、阻尼特性決定了轉(zhuǎn)子是否會(huì)失穩(wěn)，故在研究轉(zhuǎn)子軸系穩(wěn)定性時(shí)，常用包括交叉剛度在內(nèi)的四個(gè)剛度系數(shù)和包括交叉阻尼在內(nèi)的四個(gè)阻尼系數(shù)(統(tǒng)稱為動(dòng)力系數(shù))列出X、Y兩方向的運(yùn)動(dòng)方程。35轉(zhuǎn)子失穩(wěn)表現(xiàn)為下列特點(diǎn)：(1)振動(dòng)頻率為次同步或超同步；(2)自激振動(dòng)的頻率以轉(zhuǎn)子本身的固有頻率為主；(3)振幅可能發(fā)生突然急劇增加； (4)振幅的變化與轉(zhuǎn)速或負(fù)荷關(guān)系密切；36在汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)中造成轉(zhuǎn)子發(fā)生動(dòng)力失穩(wěn)，常有以下的一些原因：(1)動(dòng)壓軸承油膜振蕩；(2)密封汽流激振；(3)轉(zhuǎn)動(dòng)部件內(nèi)摩擦；(4)葉輪頂隙造成的氣動(dòng)力(5)空心轉(zhuǎn)軸內(nèi)滯留液體；(6)干摩擦；(7)扭轉(zhuǎn)渦動(dòng)(扭矩作用在一個(gè)不對(duì)中的轉(zhuǎn)軸上)(8)螺旋渦動(dòng)顫振。37. 影響機(jī)組穩(wěn)定性的因素汽輪發(fā)電機(jī)組軸系主要的失穩(wěn)型式是油膜振蕩和汽流激振。（1）實(shí)際機(jī)組穩(wěn)定性狀況與制造、安裝及運(yùn)行有關(guān)。加工時(shí)過大的誤差可能會(huì)使原本設(shè)計(jì)正確的軸承穩(wěn)定性能降低；安裝時(shí)對(duì)揚(yáng)度、軸承標(biāo)高、軸承載荷等重要指標(biāo)的控制同樣可以直接影響到機(jī)組穩(wěn)定性；運(yùn)行參數(shù)對(duì)穩(wěn)定性也會(huì)造成暫時(shí)性的影響。（2）在影響機(jī)組穩(wěn)定性的諸因素中，軸承是決定因素?，F(xiàn)場(chǎng)機(jī)組處理經(jīng)驗(yàn)表明，造成汽輪機(jī)組失穩(wěn)的原因通常是多方面的，可能來自軸承、轉(zhuǎn)子的內(nèi)摩擦、流體力等。僅就軸承的擾動(dòng)力來看，這個(gè)力取決于轉(zhuǎn)子軸承的系統(tǒng)阻尼，取決于軸承油膜交叉剛度的量值，還取決于轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速與臨界轉(zhuǎn)速之比。（3）各轉(zhuǎn)子之間的對(duì)中狀況間接地影響到穩(wěn)定性。由于基礎(chǔ)的變形、軸承座的熱膨脹等原因，可能造成相鄰兩個(gè)軸承中的一個(gè)不再承受負(fù)荷，甚至原本向下的作用力改為向上，同時(shí)另一個(gè)軸承承載增大。38. 轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性主要取決于下列兩點(diǎn)（1） 軸承型式和幾何參數(shù)現(xiàn)代汽輪發(fā)電機(jī)組用的滑動(dòng)軸承按結(jié)構(gòu)可分為固定瓦和可傾瓦兩大類。（2）軸徑在軸承中的工作位置39. 油膜失穩(wěn)的特征及判斷汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生油膜失穩(wěn)其特征如下：(一) 頻率和出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速區(qū)域半速渦動(dòng)發(fā)生在一定的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速區(qū)。在升速過程中，它從某一個(gè)較低的轉(zhuǎn)速開始出現(xiàn)，隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化其渦動(dòng)頻率也隨之變化，但它與轉(zhuǎn)速的半頻關(guān)系是始終不變的。油膜振蕩發(fā)生在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升到高于兩倍第一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)。振蕩的頻率是該跨轉(zhuǎn)子的第一階臨界轉(zhuǎn)速.其后如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，振蕩頻率始終保持不變(圖-19)這是油膜振蕩的關(guān)鍵特征（油膜振蕩的慣性效應(yīng)）。降速時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于兩倍第一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，油膜振蕩立即消失。消失的轉(zhuǎn)速比升速中振蕩出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速低，有滯后現(xiàn)象。(二) 油膜振蕩的突發(fā)性失穩(wěn)的軸系?？赡苤苯映霈F(xiàn)油膜振蕩。一旦轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到兩倍第一臨界轉(zhuǎn)速，在1020轉(zhuǎn)之內(nèi)，半頻振幅迅速增大數(shù)倍或數(shù)十倍。 （三）油膜振蕩時(shí)的軸心軌跡軸心軌跡呈現(xiàn)內(nèi)8字形或花瓣形，正向渦動(dòng)。(四) 與油溫有直接關(guān)系因?yàn)槭軠囟扔绊懙臐?rùn)滑油黏度決定了軸頸在軸承中的工作位置。在其他條件相同的情況下，油黏度越小，油楔帶入的油越少，形成的油膜越薄，軸承上浮越小，軸頸的偏心率越大，穩(wěn)定性越高。據(jù)此，現(xiàn)場(chǎng)可以用改變油溫的方法試驗(yàn)判斷機(jī)組存在的低頻振動(dòng)是否是油膜振蕩或半速渦動(dòng)。40.軸頸偏心率對(duì)油膜震蕩與半頻渦動(dòng)的影響相對(duì)偏心率即軸頸與軸瓦的絕對(duì)偏心距00與它們的半徑差Rr的比值，以K表示。即K越大，失穩(wěn)轉(zhuǎn)速越高，越不容易產(chǎn)生半速渦動(dòng)和油膜振蕩，通常認(rèn)為K大于0.8時(shí)，軸頸在任何情況下都不會(huì)發(fā)生油膜振蕩。反之，K越小，轉(zhuǎn)軸工作越不穩(wěn)定，越容易產(chǎn)生半速渦動(dòng)和油膜振蕩。因此，降低軸心位置以增大軸頸相對(duì)偏心率，可以防止和消除油膜振蕩。1. 增加軸承比壓軸承載荷與軸瓦垂直投影面積(軸承長(zhǎng)度直徑)之比稱為比壓。比壓越大，軸頸越不容易浮起，相對(duì)偏心率越大，軸承穩(wěn)定性越好。增大比壓的常用方法有：縮短軸瓦長(zhǎng)度，以減小軸瓦的投影面積及增加軸瓦端的泄油量；調(diào)整軸瓦中心，以增加負(fù)荷過小軸承的載荷。2. 降低潤(rùn)滑油黏度潤(rùn)滑油黏度越大，軸頸旋轉(zhuǎn)時(shí)帶人油楔油量就越多，油膜越厚，軸頸在軸瓦中浮得越高，相對(duì)偏心率越小，軸頸就越容易失去穩(wěn)定而產(chǎn)生油膜振蕩。因此降低潤(rùn)滑油黏度有利于軸承的穩(wěn)定工作。其方法是提高油溫或更換黏度較小的潤(rùn)滑油。3. 調(diào)整軸承間隙一般認(rèn)為，減小圓筒形或橢圓形軸承軸瓦頂部間隙，可以產(chǎn)生或加大向下的油膜作用力，使軸頸的位置降低，增大了相對(duì)偏心率，使軸頸在軸承中的穩(wěn)定性提高。同時(shí)加大軸瓦兩側(cè)間隙(相當(dāng)于增大橢圓度，即增大了相對(duì)偏心率)效果更