转子动力学

固体力学的一个分支，主要研究转子-支承结构-基础系统在旋转状态下的振动、平衡和稳定性问题，尤其是研究处于柔性状态(即接近或超过临界转速运转状态)下的转子的横向振动问题。转子是涡轮机、电机等旋转式机械中的主要旋转部件。工程界和科学界关心转子振动的历史已有二百多年。1869年英国的W.J.M.兰金关于离心力(见相对运动)的论文和1889年法国的C.G.P.de拉瓦尔关于柔性轴的试验是研究这一问题的先导。随着近代工业的发展，逐渐出现了高速细长转子。由于它们常在柔性状态下工作，所以其振动和稳定性问题就越发重要。1974年在丹麦召开的国际转子动力学学术会议，是转子动力学发展过程中的重要里程碑。

转子动力学的研究内容主要有以下五个：

①临界转速 由于制造中的误差，转子各微段的质心一般对回转轴线有微小的偏离。在转子旋转时，由上述偏离造成的离心力会使转子产生横向振动。这种振动在某些转速上显得异常强烈，这些转速称为临界转速。临界转速问题是转子动力学中研究得比较完善的一个问题。

②通过临界转速的状态 转子的工作转速如果高于临界转速，则在启动或制动以后一定会通过临界转速。一般转子都是变速通过临界转速的，故通过临界转速的状态为不平稳状态。它主要在两个方面不同于固定在临界转速上旋转时的平稳状态：一是振幅的极大值比平稳状态的振幅极大值小，而且转速变得愈快，振幅的极大值愈小；二是振幅的极大值不象平稳状态那样发生在临界转速上。在不平稳状态下，转子上作用着变频干扰力，这给分析带来了困难。求解这类问题须用数值计算或非线性振动理论中的渐近方法或用级数展开法。

③动力响应 在转子的设计和运行中，常需知道在工作转速范围内，不平衡和其他激发因素引起的振动有多大，并把它作为转子工作状态优劣的一种度量。计算这方面的问题多采用从临界转速算法引伸出来的算法。

④动平衡 由于振动常起因于转子各微段质心对回转轴线的偏离，所以在机器制造或维修过程中，应按一定的精度消除这种不平衡。找出不平衡量的位置和大小并加以消除的操作称为动平衡。不考虑旋转系统变形的刚性转子的动平衡方法已很完善，并已规范化；而考虑旋转系统变形的柔性转子的动平衡原理和方法则是转子动力学研究的重点。

⑤转子稳定性 稳定性是指系统保持某一状态的性能。若受到微小的扰动后，系统对某一状态的偏离总能保持为小量，则这一状态是稳定的;否则是不稳定的。对转子来说，这一状态通常就是无横向振动的运转状态，它是转子运转的理想状态。通常总是希望这一状态是稳定的。不稳定一般是指在没有周期性干扰的情况下，转子产生强烈的横向振动。引起不稳定的因素有轴承油膜、阻尼、与转子有关联的流体效应以及转子的质量或弹性对于回转轴线不对称等。(见转子稳定性)

参考书目 The Flexible Rotor System Subcommitte，ASME，Flexible Rotor-Bearing System Dynamics， ASME，United Engineering Center，New York，1972.