转子动力学基础知识简介

DyRoBeS软件中某涡轮增压器模型

首先看一下转子动力学分析的一些基本概念。

1. 振动形式，按转子-轴承系统的输入，即振动原因可分为：

DyRoBeS软件中某转子强迫振动计算结果

DyRoBeS软件中某转子自激振动计算结果

2. 按转子—轴承系统的动力学参数的特性可分为：

3. 按振动位移的特征可分为：

实际上，采用线性化处理的方法，可以处理大部分旋转机械工程领域遇到的转子动力学问题，给出令人满意的解释。这是因为转子上作用着的所有力大部分是线性化或者可以线性化的，例如转子动力学中对转子-轴承系统稳定性问题的研究，一般采用8个线性化的刚度与阻尼特性系数的油膜力模型，就可以得到较为准确的分析结果，可以满足在工程领域中的各种应用。

因此，作为广大从事旋转机械转子动力学工程领域的技术人员以及初学者而言，可以将关注点放在线性转子动力学上。

小编并没有否定非线性转子动力学的意义，旋转机械中如果有非线性激励源的存在，出现线性转子动力学不太好解释的现象，比如转子裂纹等，那就需要进行非线性转子动力学分析。需要说明的是，对线性转子动力学知识体系建立的越深入、掌握的越全面，后续进行非线性转子动力学分析时上手才会更容易，认识才会更清晰，二者并不矛盾，主要看大家各自阶段的需求。

在转子横向振动、扭转振动以及轴向振动三种振动形式中，横向振动是最为常见的振动形式。可以先从线性转子动力学的横向振动入手做起。

而转子动力学是固体力学的一个分支，研究对象为旋转机械，研究其过各阶临界转速及其工作转速下的动力学特性等问题。比如，转子系统的动力学建模及分析计算方法，转子的临界转速，振型，不平衡响应，支承转子的各种轴承的动力学特性，转子应变能，转子动平衡，转子稳定性，密封动力学，转子系统的故障机理与诊断方法，转子系统的动力学设计，转子系统的非线性振动、分叉与混沌等问题。

简言之，就定义而言，两者的主要区别在于：结构动力学侧重于研究“不转”的结构件在某种载荷下的动力学反应；转子动力学主要研究“转动”的旋转机械工程领域的各种动力学问题。

其中，[M]、[C]和[K]分别是质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；{U}为广义位移向量矩阵，是时间t的函数，其上的点表示对时间的导数；{f}为外载荷向量矩阵。

转子动力学基本方程式如下：

其中，[M]、[C]和[K]分别是质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；{U}为广义位移向量矩阵，是时间t的函数，其上的点表示对时间的导数；{f}为外载荷向量矩阵；而[G]为陀螺矩阵，为实反对称矩阵，与转子的转动惯量以及转速等密切相关，是转子动力学分析的主要贡献者；[K]为刚度矩阵对称部分；[B]为刚度矩阵非对称部分（也有称作交叉耦合刚度矩阵），与旋转速度有关，是进行转子稳定性分析的重要参数。一般来讲，质量矩阵[M]，陀螺矩阵[G]，多与转子本身有关；而刚度矩阵[K]、阻尼矩阵[C]、交叉耦合刚度矩阵[B]，则多与轴承与密封有关。