轉(zhuǎn)子振動(dòng)的基本特性
旋轉(zhuǎn)機(jī)械的主要部件是轉(zhuǎn)子,其結(jié)構(gòu)型式雖然多種多樣,但對一些簡單的旋轉(zhuǎn)機(jī)械來說,為分析和計(jì)算方便,一般都將轉(zhuǎn)子的力學(xué)模型簡化為一圓盤裝在一無質(zhì)量的彈性轉(zhuǎn)軸上,轉(zhuǎn)軸兩端由剛性的軸承及軸承座支承。該模型稱為剛性支承的轉(zhuǎn)子,對它進(jìn)行分析計(jì)算所得到的概念和結(jié)論用于簡單的旋轉(zhuǎn)機(jī)械是適用的。由于做了上述種種簡化,若把得到的分析結(jié)果用于較為復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)機(jī)械時(shí)不夠精確,但基本上能夠說明轉(zhuǎn)子振動(dòng)的基本特性。
大多數(shù)情況下,旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子軸心線是水平的,轉(zhuǎn)子的兩個(gè)支承點(diǎn)在同一水平線上。設(shè)轉(zhuǎn)子上的圓盤位于轉(zhuǎn)子兩支點(diǎn)的中央,當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí),由于圓盤的重量使轉(zhuǎn)子軸彎曲變形產(chǎn)生靜撓度,即靜變形。此時(shí),由于靜變形較小,對轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的影響不顯著,可以忽略不計(jì),即認(rèn)為圓盤的幾何中心O′與軸線AB上O點(diǎn)相重合,如圖1-1所示。轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng)后,由于離心力的作用,轉(zhuǎn)子產(chǎn)生動(dòng)撓度。此時(shí),轉(zhuǎn)子有兩種運(yùn)動(dòng):一種是轉(zhuǎn)子的自身轉(zhuǎn),即圓盤繞其軸線AO′B的轉(zhuǎn)動(dòng);另一種是弓形轉(zhuǎn)動(dòng),即彎曲的軸心線AO′B與軸承聯(lián)線AOB組成的平面繞AB軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)。
盤的質(zhì)量以m表示,它所受的力是轉(zhuǎn)子的彈性力F,
F=-ka
式中,k為轉(zhuǎn)子的剛度系數(shù),a=OO′。圓盤的運(yùn)動(dòng)微分方程為
式中,X、Y為振動(dòng)幅度;φx、φy為相位。
由上式可知,圓盤或轉(zhuǎn)子的中心O′,在互相垂直的兩個(gè)方向作頻率為ωn 的簡諧振動(dòng)。在一般情況下,振幅X、Y不相等,O′點(diǎn)的軌跡為一橢圓。O′的這種運(yùn)動(dòng)是一種“渦動(dòng)”或稱“進(jìn)動(dòng)”。轉(zhuǎn)子的渦動(dòng)方向與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度ω同向時(shí),稱為正進(jìn)動(dòng);與ω反方向時(shí),稱為反進(jìn)動(dòng)。