旋转机械振动的临界转速及其影响因素(二)要点

1、旋转机械振动的临界转速及其影响因素（二）（3）当3 = 3 n时，A-8,是共振情况。实际上由于存在阻尼，振幅A不是无穷大而是较大的有限值，转轴的振动非常剧烈，以致有可能断裂。3 n称为转轴的“临界角速度”；与其对应的每分钟的转数则称为“临界转速”，以 nc表示，即人=年一=955%如果机器的工作转速小于临界转速，则称为刚性轴；如果工作转速高于临界转速，则称为柔性轴。由上面分析可知，具有柔性轴的旋转机器运转时较为平稳。但在启动过程中，要经过临界转速。如果缓慢启动，则经过临界转速时会发生剧烈的振动。研究不平衡响应时如果考虑外阻尼力的作用（参见图1-14）,则式（1-6）变为：5 M + t l1

2、 十 Jtx 7my + 6= pift4>2sin(w(1-12 )令Z=x+iy ,则上式的复变量形式为:(1-13 )其特解为：.由此解得:式中1*1- “ "（刎/如口产2联亡彳62mafn°若令邢/,卬H(1-14 )14 gx丁 二 二-7"+4即(1-15 )则式(1-14)可进一步写作:这时的放大因子 B为:°二乐| 一 “P F ，117斗+ 4铲公式(1-15)中振幅A与相位差 4随转动角速度与固有频率的比值人=3/con改变的曲线，即幅值频响应曲线和相频响应曲线如图1-4所示。图1-4幅频响应与相频响应曲线从图1-4中可以看出

3、，由于外阻尼的存在，转子中心O'对不平衡质量的响应在3 = con时不是无穷大而是有限值，而且不是最大值。 最大值发生在 3 > con的时候。对于实际的转子系统，把出现这最大值时的转速作为临界转速，在升速或降速过程中，用测量响应的办法来确定转子的临界转速，所得数据在升速时略大于前面所定义的临界转速n。，而在降速时则略小于nco2.影响临界转速的因素(1)回转力矩对转子临界转速的影响如图1-5所示，当转子上的圆盘不是安装在两支承的中点而是偏于一侧时，转轴变形后，圆盘的轴线与两支点 A和b的连线有夹角 e o设圆盘的自转角速度为3 ,转动惯量为Jp,则圆盘对质心O'的动量矩

4、为它与轴线AB的夹角也应该是0,当转轴有自然振动时，设其频率为 an。由于进动，圆盘的动量矩L将不断改变方向，因此有惯性力矩出工 士 L 3n 二 j p3 X 切 n(1-16)(1-17 )e成正比，相方向与平面0' AB垂直，大小为因夹角0较小，sin 0弋0(1-18 )这一惯性力矩称为回转力矩或陀螺力矩，它是圆盘加于转轴的力矩，与当于弹性力矩。在正进动(0< 0 <n/2)的情况下，它使转轴的变形减小，因而提高了转轴的弹性刚度，即提高了转子的临界角速度。在反进动( 兀/2 < 8 <n)的情况下，它使转轴的变形 增大，从而降低了转轴的弹性刚度， 即降低

5、了转子的临界角速度。 故陀螺力矩对转子临界转速的 影响是：正进动时，它提高了临界转速；反进动时，它降低了临界转速。(2)臂长附加力矩对转子刚度的影响对较长的柔性转子，不平衡质量离心力作用点与转子和轴的连接点可能不重合而有一定臂长，与较短的转子相比，连接点处由同等离心力所产生的挠度将不一样，因为此时在计算连接点处的挠度时，要将力进行移位，而添加的等效力矩将改变轴的变形。分析表明，这种影响会使轴的挠度和转角增大，从而降低轴的临界转速(对柔性转子有利)。(3)弹性支承对转子临界转速的影响图1-6弹性支承转子系统只有在支承完全不变形的条件下， 支点才会在转子运动时保持不动。 实际上，支承不可 能是绝对

6、刚性不变形的， 因而考虑支承的弹性变形时， 支承就相当于弹簧与弹性转轴相串联， 如 图1-6所示。支承与弹性转轴串联后，其总的弹性刚度要低于转轴本身的弹性刚度。因此，弹性支承可使转子的进动角速度或临界转速降低。在实际工程中表现为，减小支承刚度可以使临界转速显著降低。(4)组合转子对临界转速的影响转子系统经常是由多个转子组合而成的，例如在汽轮发电机组中，有高、中、低压汽轮机转子、发电机和励磁机转子等。 每个转子都有其自身的临界转速，组合成一个多跨转子系统后，整个组合转子系统也有其自身的临界转速。组合转子与单个转子的临界转速间既有区别又有联 系，其间存在一定规律。如果各单个转子是由不同制造厂生产的，那么当制造厂给出各单个转子的临界转速后，利用这一规律，就可以估计组合后转子临界转速的分布情况。此外也可估算出在组合转子的每一阶主振型中，哪一个转子的振动特别显著。图1-7 (a)为A、B两个系统，图(b)为将其刚性连接。 理论推导证明，组合系统中各转子的各阶临界角速