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轉子動力學ansys仿真流程方法工程中的回轉機械，如渦輪機、電機等，在運轉時經常由于轉軸的彈性轉子偏心而發生橫向彎曲振動。當轉速增至某個特定值時，振幅會突然加大，振動異常激烈，當轉速超過這個特定值時，振幅又會很快減小。使轉子發生激烈振動的特定轉速稱為臨界轉速。工程師要做的就是查找轉子系統的臨界轉速，從而將系統修改轉速或者添加一定的支撐，來避開臨界轉速。

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。

各轉子間的轉速比為1:3:2，各軸承剛度K11均為1E9N/m，K22均為2E9N/m。對此轉子系統進行模態分析和臨界轉速計算。(注：本例引用《ANSYS結構動力分析與應用》P291的6.4.4小節)多軸轉子的構造2.

筆者以某300 MW機組14 MW給水泵汽輪機轉子為例，分析在設計過程中轉子臨界轉速設置的合理性，并且用現場運行數據進行核算。1 臨界轉速定義及計算分析轉子動力學主要是研究具有軸向對稱特征的結構在旋轉過程中的振動行為。轉子的振幅隨轉速的增大而增大，到某一轉速時發生劇烈波動，轉子的振幅達到最大值，該轉速稱為轉子的臨界轉速。當轉速超過臨界轉速時，振幅又會逐漸減小。

轉子動力學為固體力學的分支。 主要研究轉子-支承系統在旋轉狀態下的振動、平衡和穩定性問題，尤其是研究接近或超過臨界轉速運轉狀態下轉子的橫向振動問題。轉子是渦輪機、電機等旋轉式機械中的主要旋轉部件。

：帶支承結構的復雜轉子分析轉子動力學系列（六）：考慮預應力的轉子動力學分析轉子動力學系列（五）：隨轉速變剛度和變阻尼的模擬轉子動力學系列（四）：不同軸承單元對比（COMBIN14和COMBI214）轉子動力學系列（三）：不同建模單元對比（BEAM188與SOLID186）轉子動力學系列（二）：不平衡響應分析轉子動力學系列（一）：臨界轉速與坎貝爾圖

3.2臨界轉速計算與分析轉子在不同支承剛度下的前3階臨界轉速值如表2所示。從表2可以看出，轉子臨界轉速均隨著階數增大而增加，同階模態下則隨著剛度的增大而增加。由于雙葉片環保泵的工作轉速為1470r/min，遠小于4種剛度下的前3階臨界轉速，由此可知轉子系統能夠安全穩定運行，不會發生共振。

另外，在較低階臨界轉速（第1階、第2階），不同的支承剛度對臨界轉速有較大的影響，而在較高階臨界轉速下，特別是第4、5階臨界轉速，支承剛度的變化對臨界轉速幾乎沒有影響。 氦氣輪機轉子的工作轉速為15000r/min，根據對臨界轉速的計算結果，得到工作轉速對向下臨界轉速的安全裕度為18.1%，對向上臨界轉速的安全裕度為78.2%。

若已知轉子的近似臨界轉速，對于相對簡單的轉子系統，我們可據此確定現場動平衡的首個試重配重位置：? 當轉子在亞臨界轉速范圍運行（遠低于第1臨界轉速）時，"高點"與"重點"位置相近，首個試重應置于高點反相180°處；? 對于簡單的單質量Jeffcott轉子，若運行轉速遠高于第一臨界轉速，則質量中心與最大位移（高點）存在相位差，此時試重應置于從電感探頭逆旋轉方向測量的φ角位置（此放置方式有違直覺

引起轉子臨界轉速下轉軸振動過大的原因： 轉子存在穩定的一階不平衡 轉子原來不平衡較大或存在彎曲，機組每次啟停在臨界轉速下都會產生顯著振動，這種不平衡量值和方向雖是穩定的，但當軸封間隙較小時，會引起轉軸徑向碰磨，而使轉子一階不平衡顯著增大。

在工程上，工作轉速低于第一階臨界轉速的轉子稱為剛性轉子，大于第一階臨界轉速的轉子稱為柔性轉子。由于轉子作高速旋轉運動，所以需要平衡。靜平衡主要用于平衡盤形轉子的慣性力；剛性轉子的動平衡可以通過通用平衡機來平衡慣性力和慣性力偶，消除轉子在彈性支承上的振動；柔性轉子的動平衡比較復雜，從原理上區分，有振型平衡法和影響系數法兩類。

設f為對結構響應有貢獻的最高階頻率（Hz），則積分時間步長△t應為： 模擬得到該轉子結構的前四階坎貝爾圖如下：從上圖可以得到一階反進動臨界轉速為2626rpm，一階正進動臨界轉速為3155rpm，臨界轉速一般是指正進動臨界轉速，因此在轉子結構啟動過程0~5000rpm的4s中，會越過一階臨界轉速，轉速約為3155rpm。

除了一些轉子動力學專業軟件（比如SAMCEF ROTOR,DYROBES,MADYN2000等）以外，大型綜合軟件比如MSC NASTRAN、ANSYS也可以用于轉子動力學特性計算，常見的臨界轉速、不平衡響應、扭振頻率以及穩態和瞬態特性計算均可計算。ANSYS經典版本可滿足臨界轉速、不平衡響應、扭振頻率以及穩態和瞬態特性計算。

求該轉子模型的渦動頻率、振型、臨界轉速；并對其進行優化設計，將一階正進動臨界轉速值固定在17000rpm。

</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202002/imgs/eca05c711a4f495198b7cdae37a57fa5.png"></p><p>所謂轉子的臨界轉速通常是指同步正向渦動時的臨界轉速。對于本算例的兩圓盤轉子系統，臨界轉速只有兩個，即1158r/min和3183r/min。

不平衡響應分析在轉子動力學特性分析中非常重要，它提供給我們兩個信息，一個是峰值轉速的大小，也稱作臨界轉速，另一個信息是過臨界時轉子-軸承系統響應。對于基于一維梁單元的轉子-軸承系統不平衡響應，在ANSYS WORKBENCH中一般是使用Harmonic Response模塊進行的。不平衡量是通過施加Rotating Force來實現的。

轉子動力學系列（十）：不平衡激勵下的啟動過程瞬態轉子動力學分析轉子動力學系列（九）：基于ANSYS Workbench的多軸轉子臨界轉速轉子動力學系列（八）：軸對稱實體單元Solid272/Solid273的應用轉子動力學系列（七）：帶支承結構的復雜轉子分析轉子動力學系列（六）：考慮預應力的轉子動力學分析轉子動力學系列（五）：隨轉速變剛度和變阻尼的模擬轉子動力學系列（四

轉子-軸承系統的橫向振動計算分析 通過分析轉子系統應變能、動能分布情況，判斷轉子振型，以及軸承、支撐、轉子及其零部件在不同振型下運動形態和特征； 通過臨界轉速分析，得到轉子臨界轉速與支承剛度變化規律； 通過伯德圖計算由不平衡力，軸彎曲或盤傾斜等原因引起的轉子系統的穩態同步響應，可直接在圖中顯示臨界轉速及工作轉速范圍，以方便校核工作轉速是否滿足API中關于隔離裕度的要求； 通過非線性諧波響應和瞬態響應分析能得到相應的軸心軌跡圖

●臨界速度圖● ? 臨界速度圖可用于顯示轉子臨界轉速相對于軸承剛度的演變 ? 水平刻度表示支撐剛度，垂直刻度表示轉子速度，rpm ? 顯示軸承剛度對臨界速度的影響 ? 繪制曲線，計算軸承平均恒定剛度的不同值的前幾個橫向臨界速度

油膜振蕩只有在機器運行轉速大于二倍轉子臨界轉速的情況下才可能發生。當轉速升至二倍臨界轉速時，渦動頻率非常接近轉子臨界轉速，因此產生共振而引起很大的振動。通常一旦發生油膜振蕩，無論轉速繼續升至多少，渦動頻率將總保持為轉子一階臨界轉速頻率。 轉子發生油膜振蕩時一般具有以下特征： ①．