轉速模擬
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
轉速模擬的實例教程
設計這樣的部件需要研究它的臨界轉速，就是使系統的振幅變得很大的速度，通常會導致故障。這篇文章讓我們通過使用 COMSOL Multiphysics? 軟件創建的轉子軸承系統模擬器，來探討如何找到各種轉子的臨界轉速。
什么是轉子的臨界轉速？
臨界轉速是指轉子的角速度與它的一個固有頻率相匹配。然而，找到靜止轉子的固有頻率還不足以確定臨界轉速。困難在于轉子的固有頻率取決于轉子的角速度。因此，通過考慮旋轉的影響來計算旋轉部件的固有頻率很重要。
我們可以使用 COMSOL 建立一個仿真 App，通過其底層模型來自動考慮這種旋轉的影響，該仿真 App 只顯示重要的設計參數作為輸入。接下來，讓我們來看看如何利用 COMSOL 案例庫中的一個 App 示例：轉子軸承系統模擬器，來找到各種旋轉系統的臨界轉速。
圖中演示了轉子軸承系統模擬器
探索轉子軸承系統模擬器仿真 App
一個典型的轉子系統有三個標準部件：
轉子，也叫軸
圓盤
軸承
一個轉子系統，包含一個轉子（軸）、圓盤和軸承。
大多數情況下，軸是一個實心或空心的圓柱體，上面安裝著各種部件。在轉子動力學術語中，這些安裝的部件通常被稱為圓盤，由于它們與軸相比具有很高的剛度，因此被模擬為剛性物體。在臨界轉速分析中，只有圓盤的慣性是重要的。軸是柔性單元，也有慣性。軸的完整規格需要考慮它的幾何尺寸和材料特性，如楊氏模量、泊松比和密度。軸承是支持軸的部件。這些部件由它們的等效剛度和阻尼系數來描述。
現在，讓我們看看這些信息是如何傳遞給 App 的。在該仿真 App 中，不同的部分用于不同的用途，包括：
輸入數據
評估結果
訪問信息
指定輸入數據的部分是轉子屬性、圓盤、軸承和研究參數。臨界轉速 部分用于評估模擬的轉子的臨界轉速。
展開 軸的兩端為軸承支撐，軸承的動力特性隨著轉速變化見下表。求該轉子結構渦動頻率、振型、臨界轉速。
假定軸承剛度為轉速（rad/s）的非線性函數，但阻尼不隨著轉速而改變（變阻尼的方法與變剛度一樣）。
2 結果對比
采用BEAM188單元模擬轉子結構，COMBI214模擬軸承。分別用ANSYS APDL和ANSYS Workbench模擬該例子作對比，可以看出APDL和Workbench的結果是一致的。
APDL結果
Workbench結果
3 APDL模擬過程
當軸承的動力特性隨轉速變化時，必須采用COMBI214單元來模擬軸承，COMBI214單元的實常數采用表數組定義，注意定義表數組的變量名項（VAR1）需為“OMEGS”，以表明數組隨著轉速而改變。具體命令流如下：
*dim,k11,table,7,1,1,omegs
k11(1,0)=0,200,400,600,800,1000,1200 !rad/s
k11(1,1)=1.6e6,2.0e6,4.8e6,8.8e6,1.3e7,1.8e7,2.3e7 !N/m
*dim,k22,table,7,1,1,omegs
k22(1,0)=0,200,400,600,800,1000,1200 !rad/s
k22(1,1)=2e6,3e6,6e6,1.1e7,1.7e7,2.3e7,3e7 !N/m
*dim,k12,table,7,1,1,omegs
k12(1,0)=0,200,400,600,800,1000,1200 !rad/s
k12(1,1)=-2e4,-2.4e4,-6.8e4,-1.2e5,-1.9e5,-2.6e5,-3.6e5 !
展開 恒線速說明：
G96恒線速控制
G97取消恒線速控制
G50控制最高轉速
代碼格式：G96S__，（S0000～S9999，前導零可省略）代碼功能：恒線速控制有效、給定切削線速度（米/分），取消恒轉速控制。
G96
為模態G 代碼，如果當前為G96 模態，可以不輸入G96。
代碼格式：G97S__；（S0000～S9999，前導零可省略）代碼功能：取消恒線速控制、恒轉速控制有效，給定主軸轉速（轉/分）。
G97 為模態G
代碼，如果當前為G97 模態，可以不輸入G97。
代碼格式：G50S__；（S0000～S9999，前導零可省略）代碼功能：設置恒線速控制時的主軸最高轉速限制值（轉/分）。
使用恒線速度切削時應注意的問題：
車床車削工件時，工件通常以主軸軸線為中心線進行旋轉，刀具切削工件的切削點可以看成圍繞主軸軸線作圓周運動，圓周切線方向的瞬時速率稱為切削線速度（通常簡稱線速度）。
不同材料的工件、不同材料的刀具要求的線速度不同。主軸轉速模擬電壓控制功能有效時，恒線速控制功能才有效。
在恒線速控制時，主軸轉速隨著編程軌跡（忽略刀具長度補償）的X 軸絕對坐標值的絕對值的變化，X 軸絕對坐標值的絕對值增大，主軸轉速降低，X 軸絕對坐標值的絕對值減小，主軸轉速提高，使得切削線速度保持為S 代碼值。
恒線速就是指直徑不一樣大時 它切削時轉速不一樣 ，直徑大的地方轉速就低，直徑小的地方轉速就高.車外圓,內徑,端面,用恒線速度好，紋路均勻 ，美觀光滑。使用恒線速控制功能切削工件，可以使得直徑變化的工件表面光潔度保持一致。
展開 同樣道理，變頻器的轉速模擬量給定如果因為電位器壞了，或者接錯線了，同樣會造成變頻器無法正常調速。
有個客戶的一部機器，變頻器啟動后，一直一個速度運行，他們以為變頻器壞了，換了一臺，依然是這樣，沒有辦法了，請我上門，我一開始也感覺很奇怪，一直保持一個速度，但是不是太快，外邊的速度給定電位器也是正常的，并沒有壞。
后來查看了圖紙，才發現到是啟動信號接到了點動模式上去了，這樣一啟動變頻器就工作在點動狀態，點動速度大多數是5%出廠值，所以會低速運行，我把線路改回來就正常了。
采用恒定轉速、不同溫度下脈動模擬分析，可
以得到每一個溫度工況下詳細的壓力脈動情況，根據導出的激振力進行振動分析也較好的符合現場運行的工況，但是按照２℃的溫度梯度需要做２５次分析，耗時較多，如果要做的更加精準，需要劃分更小的溫度梯度，耗時更多。
３.２ 調整壓縮機轉速脈動模擬分析
本文第２章節管系的氣柱固有頻率變化實際是
與聲速變化相關的也是在－９.８５％到８.１２％范圍內，調整壓縮機的轉速也是按照聲速的變化率９.８５％，另外考慮壓力變化、或管道長度準確性造成的影響，壓縮機的轉速范圍考慮為，實際為２９８～４４６ｒ／ｍｉｎ，通過本文第３.１節得到的出現最大的
脈動的溫度為－１３４℃，與調整壓縮機的轉速得到
的最大脈動進行比較，如圖８所示，兩者幾乎重合，因此采用不同的壓縮機轉速可以很好的識別出不同溫度下的最大脈動。與本文第３.１節不同的是，采用不同轉速方法最大脈動點是在３８７ｒ／ｍｉｎ得到的，這雖然與實際情況不相符，但只需要計算一次就可以得到，耗時較少，對脈動分析設計來說，與不同溫度下可以達到相同的效果，這也是ＡＰＩ６８８所推薦的做法。
４ 結論
（１）ＢＯＧ工藝參數變化范圍內，溫度對聲速
變化敏感性較大，壓力對聲速變化影響較小。
（２）采用恒定轉速、不同溫度脈動分析方法與
實際情況的脈動會更加接近，但這種分析方法耗時較多，根據ＡＰＩ６８８的建議可以采用改變壓縮機的轉速來代替工藝參數波動對壓力脈動模擬分析，并需要根據工藝參數的波動范圍來確定壓縮機的轉速范圍，以確保脈動分析的保守性，此方法耗時少，建議采用此方法。
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由 Meccanica 42 開發的 CamiL 測試臺，可精準復現車載相機傳感器的真實工作環境，支持相機與仿真系統相連的實時測試。
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固液懸浮模擬</p><p> · 對于需要讓固體顆粒均勻懸浮在液體中的過程（如結晶、生物發酵、礦物加工），可以模擬不同轉速下底部的顆粒懸浮情況（確定“離底懸浮”或“均勻懸浮”的臨界轉速），避免顆粒沉積導致的產品質量問題和設備損壞。
一般是 模擬轉速固定的旋轉機械引起的振動，或結構固有頻率處的振動。定頻振動主要用于耐 共振頻率振動和耐預定頻率振動。掃頻振動試驗的頻率將按一定的規律發 生變化，根據掃頻速度的不同可以分為線性掃頻和對數掃頻兩種。線性掃頻的頻率變化是線性的，即單位時間掃過多少赫茲，單位是 Hz/s 或 Hz/min， 這種掃描用于細找共振頻率的試驗。
３.２ 調整壓縮機轉速脈動模擬分析
本文第２章節管系的氣柱固有頻率變化實際是
與聲速變化相關的也是在－９.８５％到８.１２％范圍內，調整壓縮機的轉速也是按照聲速的變化率９.８５％，另外考慮壓力變化、或管道長度準確性造成的影響，壓縮機的轉速范圍考慮為，實際為２９８～４４６ｒ／ｍｉｎ，通過本文第３.１節得到的出現最大的
脈動的溫度為－１３４℃，與調整壓縮機的轉速得到
的最大脈動進行比較
對于每個轉速，模擬了包括部分負載到過載的流量范圍，并根據模擬結果計算了泵的壓力升高、扭矩和功率值。
圖4可以觀察到，對于3000和5000 rpm，瞬態模擬預測的壓力上升與試驗結果非常匹配（在10%以內）。然而，盡管額定流量和更高流量的MRF預測與實驗數據非常吻合，但對于較低流量，它在很大程度上高估了壓力上升，在本研究考慮的最低流量下超過20%。
圖2 不同網格下NASA Stage35的性能曲線
為驗證數值計算方法可靠，將100%轉速以及90%轉速下數值模擬得到的數據與實驗數據進行對比，實驗數據來自Lewis實驗中心單級跨聲速軸流壓縮機實驗臺。
旋轉部件是燃氣渦輪機、渦輪增壓器、泵、壓縮機、發電機和電動機等機器中的重要部件。設計這樣的部件需要研究它的臨界轉速，就是使系統的振幅變得很大的速度，通常會導致故障。這篇文章讓我們通過使用 COMSOL Multiphysics? 軟件創建的轉子軸承系統模擬器，來探討如何找到各種轉子的臨界轉速。
什么是轉子的臨界轉速？
臨界轉速是指轉子的角速度與它的一個固有頻率相匹配。然而，找到靜止轉子的固有頻率還不足以確定臨界轉速
在工業控制中，某些輸入量（溫度、壓力、流量、轉速等）是模擬量，某些執行機構（電動調節閥和變頻器等）要求PLC輸出模擬量信號，而PLC的CPU只能處理數字量。
模擬量I/O模塊的任務就是實現A/D和D/A。
PLC以模擬量方式控制變頻器的硬件連接
變頻器有一些電壓和電流模擬量輸入端子，改變這些端子的電壓或電流輸入值可以改變電動機的轉速，如果將這些端子與PLC的模擬量輸出端子連接，就可以利用PLC控制變頻器來調節電動機的轉速。模擬量是一種連續變化的量，利用模擬量控制功能可以使電動機的轉速連續變化（無級變速）。
