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利用ANSYS进行转子动力特性计算屈文忠江汶清华大学工程力学系，100084[ 摘要 ] 本文利用大型有限元计算软件ANSYS5.5实现转子动力特性的计算。
该计算过程用命令流方式可实现柔性转子系统的临界转速和不平衡响应的计算。
[ 关键词 ] 有限元法；ANSYS软件；转子系统；动力特性转子动力学的理论研究和实验分析在国内外已相当成熟。
发展到今天，现代的计算方法可以分为两大类：传递矩阵法和有限元法。
计算转子临界转速必须能够考虑旋转结构涡动时产生的陀螺效应对转子临界转速的影响，这是转子临界转速计算同其他非旋转结构固有频率计算的差异所在。
大部分通用有限元计算软件不具备计算转子临界转速的功能。
本文利用ANSYS5.5计算了文献1(顾家柳等编著的《转子动力学》)中第68页的例子，命令流文件详细给出了其计算过程。
ANSYS计算转子动力学问题可用单元为BEAM4和PIPE16，其中的实常数设置为Keyoption(7)=1，实常数Spin=转子自转角速度(ω)rad/s。
选取DAMP方法求解特征值。
采用有限元方法计算转子临界转速时，转子会出现正进动和反进动。
由于陀螺效应的作用，随着转子自转角速度的提高，反进动固有频率将降低，而正进动固有频率将提高。
根据临界转速的定义，应只对正进动固有频率（Ωc）进行分析。
在后处理中首先剔除负固有频率，确定同一阶振型的正进动和反进动固有频率。
改变转子自转角速度（ω），计算出新的Ωc，最后画出Ωc～ω曲线。
Ωc～ω曲线与正进动等转速线的交点即为转子的临界转速值。
转子固有频率随转速变化的计算结果如表1所示。
表1 转子固有频率随转速的变化计算结果转速(rad/s) 第一阶正进动(Hz) 第一阶反进动(Hz)1 268.07677 268.0609710 268.14745 267.98942100 268.81721 267.23317200 269.48903 266.29788300 270.09388 265.24944400 270.64005 264.07318500 271.13476 262.75363600 271.58422 261.27522700 271.99383 259.62319800 272.36823 257.78468900 272.71144 255.750131000 273.02694 253.514401100 273.31775 251.077761200 273.58650 248.446281300 273.83547 245.631501400 274.06667 242.649721500 274.28184 239.520661600 274.48253 236.266171700 274.67009 232.908831722 274.70972 232.158651800 274.84573 229.470941900 275.01051 225.973672000 275.16537 222.43656由表1中数据可绘制出转子系统的compell图，如图1所示。
产品设计与应用基于ANS YS的磁悬浮轴承转子系统的动力学特性研究万金贵1,汪希平2,高琪1,张飞1(1.上海第二工业大学实验实训中心,上海201209;2.上海大学机电工程与自动化学院,上海200072)摘要:针对一个实际应用的磁悬浮支承柔性转子系统,进行多组参数条件下的有限元模态分析,分别得到系统的前8阶临界转速与模态振型。
将有限元计算结果与试验结果进行对比分析,验证了有限元分析的正确性。
通过对该磁悬浮转子系统的有限元分析表明:/轴承主导型0的低阶临界转速及振动模态是由轴承控制器各控制通道决定的;而/转子主导型0的高阶临界转速及振动模态符合传统的轴承转子系统动力学特性普遍规律。
关键词:转子系统;磁悬浮轴承;ANSYS;动力学特性;临界转速;模态振型中图分类号:T H133.3;O241.82文献标志码:A文章编号:1000-3762(2010)06-0001-05 R esearch on Dyna m ic Character istics of R otor Syste m Suppor tedby AM B B ased on ANS YS M oda l Ana lysisWAN Ji n-gui1,WANG X i-p i n g2,G AO Q i1,Z HANG Fe i1(1.P racti ca l Center,Shangha i Second P olytechn i c University,Shanghai201209,China;2.School ofM echatron i cs Engi neer i ng and Auto m atio n,Shangha iUn i versity,Shangha i200072,Ch i na)Abstr ac t:The fi n ite e l em ent m o da l analysis of the practical flex i ble rotor system supported by A MB is ca rried out ac2 cordi ng to diff e rent gro ups of para m eters.The first8-order cr iti ca l speeds and m ode shapes are sol ved respecti ve ly.The correctness of t he calculati on resu lts is tested and ver ifi ed by t he exper i m ents.The calculati on resu lts are d iscussed and t he dyna m ic characteristi cs of t he rotor syste m supported byA M B are su mmed up.That i s,the"bear i ng-do m i na2 ted"lo w-order critical speeds and vi brati on m odes are dec i ded by the A MB control channe,l and the"rot or-do m i na2 ted"hi gh-order cr iti ca l speeds and vibratio n m odes a re i n li ne with t he universa l la w of dy na m ics character i sti cs of t he conventi ona l beari ng rotor syste m.K ey word s:rotor syste m;ac ti ve m agne ti c beari ng;ANS YS;dy na m ic character i stics;critica l speed;m o de shape主动磁悬浮轴承(acti v e magnetic bearing, A MB)是利用电磁铁产生可控电磁力将转子悬浮支承的一种新型轴承,由于具有一系列独特的优点而引起人们的广泛关注[1]。
现代工业上旋转机械单机容量在不断增大，而转子直径不可能随其容量的增大而按比例增大。
高转速轻结构是近代高速旋转机械的发展和设计趋势。
本文使用ansys研究了电机转子动力学问题，得出ansys可以计算转子动力学问题。
1 引言转子动力学的研究，最早可追溯到十九世纪六十年代。
一个多世纪以来，随着大工业的发展，转子系统被广泛地应用于包括燃气轮机、航空发动机、工业压缩机等机械装置中，在电力、航空、机械、化工、纺织等领域中起着非常重要的作用。
因而，转子动力学有着极强的工程应用背景，其相关的研究工作也越来越受到人们的重视。
由于材质的不均匀，制造、加工及安装误差等，转子系统不可避免的存在着质量偏心，同时转子在工作过程中还可能产生热变形以及磨损和介质的姑附等现象，这些因素或多或少都会导致转子不平衡的增大从而使转子的不平衡振动增大。
由过大的不平衡量引起的转子系统的振动是十分有害的，它使机械的效率降低、载荷增加，使一些零部件易于磨损、疲劳而缩短寿命，较大的振动还会恶化操作人员的劳动环境，甚至会导致发生机毁人亡的严重事故。
消除或者减小转子系统的振动首先考虑是对转子进行平衡。
现代工业上旋转机械单机容量在不断增大，而转子直径不可能随其容量的增大而按比例增大。
高转速轻结构是近代高速旋转机械的发展和设计趋势。
转子设计和发展的这种趋势对转子的质量不平衡提出了严格的限制。
这种情况下，转子的动力学变得更加突出和重要。
本文使用ansys研究了某电机转子的动力学问题，为转子动力学设计找到了一个新的途径。
2 模型的建立及计算如图1所示，为电子转子的有限元模型，使用BEAM188单元模拟转子的轴，使用MASS21单元模拟转子，使用单元COMBI214模拟轴承。
图1 电机转子的有限元模型（不显示单元）图2 电机转子的有限元模型（显示单元）图3给出了Beam188 单元的几何简图。
Beam188单元适合于分析从细长到中等粗短的梁结构，该单元基于铁木辛哥梁结构理论，并考虑了剪切变形的影响。
转子--轴承--密封系统动力学特性研究的开题报告一、研究背景转子传动系统是机械传动系统的重要组成部分，广泛应用于机械工业中的泵、风机、压缩机、发电机等设备中。
转子传动系统的动力学特性对整个机械系统的稳定性和可靠性有着重要影响。
因此，对转子传动系统的动力学特性研究具有重要意义。
转子传动系统的核心是转子、轴承和密封系统。
转子的旋转会带来离心力和振动，而轴承则负责支撑转子并通过摩擦来消耗转子的能量。
密封系统则针对液体、气体等流体环境，对工作环境起到防尘、防水、防油等保护作用。
因此，转子、轴承和密封系统的动力学特性研究对于机械系统稳定性和可靠性的提升具有极其重要的意义。
二、研究目的本研究旨在深入了解转子、轴承和密封系统的动力学特性，探究它们之间的相互关系，为机械系统的稳定性、可靠性提升提供理论基础和应用参考。
具体目的如下：1.分析转子在不同转速下的振动特性与离心力特性，并研究不同轴承对转子的支撑效果；2.研究不同类型的轴承在转子传动系统中的摩擦特性和磨损特性，并对轴承的寿命进行分析；3.研究不同类型的密封系统在液体、气体等流体环境中的防止泄漏、防尘和防水等特性，并分析密封系统对转子传动系统的影响；4.综合分析转子、轴承和密封系统之间的相互影响与作用，探究机械系统的优化方法。
三、研究内容1. 转子的动力学分析（1）转子运动学模型的建立；（2）转子振动特性的研究与分析；（3）转子离心力的研究与分析。
2. 轴承的动力学研究（1）不同类型的轴承模型的建立；（2）轴承的摩擦特性和磨损特性分析；（3）轴承寿命分析。
3. 密封系统的动力学研究（1）不同类型的密封系统模型的建立；（2）密封系统的防止泄漏、防尘和防水等特性分析；（3）密封系统对转子传动系统的影响分析。
4. 转子、轴承和密封系统综合分析与优化（1）结合转子传动系统特点，综合分析转子、轴承和密封系统之间的相互影响；（2）从理论和实践出发，探索机械系统的优化方法。
基于ANSYS轴承试验台转子轴承系统临界转速计算冯贺;王建梅;王生龙;孟凡宁【摘要】基于ANSYS动力学模块对轴系高速旋转机构进行了模态分析,得到了模态频率随自转速度变化的坎贝尔图,进而获得了临界转速,并分析了不同类型联轴器对转子-轴承系统的临界转速和各阶模态的影响.结果分析表明:处于刚性联轴器下的转子-轴承系统一阶临界转速高于弹性联轴器系统,影响幅度为6%;不同类型联轴器对转子-轴承系统的高阶特征频率影响较大;刚性联轴器对转子-轴承系统的各阶正反进动模态的影响是线性的,而弹性联轴器的影响是非线性的;弹性联轴器一定程度上降低了由于转子弯曲振动而造成油膜轴承损坏的可能性.【期刊名称】《太原科技大学学报》【年(卷),期】2017(038)004【总页数】6页(P296-301)【关键词】转子-轴承系统;联轴器;有限元;模态分析;坎贝尔图;临界转速【作者】冯贺;王建梅;王生龙;孟凡宁【作者单位】太原科技大学冶金设备设计理论及技术山西省重点实验室,太原030024;太原科技大学冶金设备设计理论及技术山西省重点实验室,太原 030024;太原科技大学冶金设备设计理论及技术山西省重点实验室,太原 030024;太原科技大学冶金设备设计理论及技术山西省重点实验室,太原 030024【正文语种】中文【中图分类】TH133.4油膜轴承试验台属于大型旋转机械，临界转速计算是转子动力学特性的重要分析内容之一。
转子轴承系统在达到临界转速时，转子在不平衡质量等因素的激励下会产生很大的振动，严重的会导致机组破坏，影响油膜测试参数的准确度。
因此，在计算临界转速后，合理的设计和调整试验台所需运转工况；或者改变试验台的机械结构，使轴承试验台的运行处在一个相对稳定的状态下，增加转子轴承系统的稳定性，从而保证轴承参数测试的准确度显得至关重要。
联轴器是旋转机械的核心部件，广泛应用于航空航天、重型机械和矿山机械等诸多领域，也是轴承试验台机械结构的重要组成部分。
ANSYS转子动力学分析ANSYS转子动力学分析是一种通过ANSYS软件进行转子系统的动力学仿真分析方法。
转子动力学分析是用于研究和评估机械设备中转子系统动力学性能的一种方法。
它可以帮助工程师了解转子系统的受力、振动、疲劳寿命等关键参数，并优化设计以提高系统的稳定性和可靠性。
在进行ANSYS转子动力学分析时，首先需要建立转子系统的几何模型。
这可以通过CAD软件绘制转子的三维模型，然后将模型导入到ANSYS中进行后续分析。
在建立几何模型时，需要考虑转子的形状、尺寸、支撑结构等因素，并确定转子系统的边界条件。
建立几何模型后，需要定义转子的材料性质。
转子的材料性质对其受力和振动特性有着重要影响。
常见的转子材料包括金属、复合材料等。
在ANSYS中，可以通过指定材料的弹性模量、泊松比、密度等参数来定义转子的材料性质。
在进行ANSYS转子动力学分析时，需要考虑转子的受力和激振源。
转子受力包括离心力、惯性力、外部载荷等，可以通过动力学方程来描述。
而激振源可以是旋转不平衡、激励力等，可以通过在特定位置施加外部载荷来模拟。
转子动力学分析的关键步骤是求解转子系统的运动方程。
在ANSYS中，可以通过有限元方法来离散化转子系统，将其分解为有限数量的节点和单元，然后使用动力学方程对节点进行求解。
需要注意的是，转子系统通常是一个大型非线性动力学系统，需要进行迭代求解才能获得准确的结果。
在求解转子系统的运动方程后，可以通过后处理分析来获取有关转子动力学性能的参数。
常见的参数包括转子的振动幅值、振动速度、应力、疲劳寿命等。
这些参数可以用于评估转子系统的稳定性和可靠性，帮助工程师优化设计并提高系统的性能。
总之，ANSYS转子动力学分析是一种通过ANSYS软件进行转子系统的动力学仿真分析方法。
通过建立几何模型、定义材料性质、求解运动方程和后处理分析，可以评估转子系统的动力学性能，并优化设计以提高系统的稳定性和可靠性。
关于ansys做转子动力学问题若干思考（百思论坛）最近想学习一下ansys做转子动力学分析,看了点资料,有点自己感想还有一些别的网友的建议,个人认为比较不错的贴了出来一转子动力学插件:转子动力学插件演示版我已经用了基本上图形可以出来,由于版本原因例程和实际的对应有点问题,如果要有时间我可以把我做的过程,贴出来.难点:坎贝尔图我有些不太了解1 2 5 10频率还有一些刚度考虑的随转速在变化,有函数关系例子上提到了用matrix27模拟刚度,而它只用了刚度阻尼单元,好像没有考虑刚度x y 的交叉项,另外因为是演示版,节点有所限制总的来说不错!将来的要做的工作:滑动轴承模拟滚动轴承模拟挤压油膜阻尼器密封转定件接触(碰摩)电磁场耦合自润滑轴承(石墨)有感:各位学习ansys的高手,有没有兴趣自己开发上面单元,这是很有用的工作,我很感兴趣,但有碍于自己知识水平有限,尤其理论水平,有心无力,如果有对此感兴趣的希望一起研究研究;另外对于ansys做转子的动力学的书籍市场上几乎没有,呵呵希望能组织一些人力把这本书完成功在当代利在千秋提示:1 根据本人自己瞎琢磨,以及看论坛的各位高手的留言觉得做模态分析临界转速计算一般用实体单元的少由于不能考虑陀螺力矩shaft:可以采用beam系列模拟pipe系列也行这些能考虑陀螺力矩叶轮叶片:采用mass21模拟,计算转动惯量,质量通过实常数设置刚度阻尼陀螺质量矩阵:都可以采用matrix27模拟,当然也有用弹簧阻尼单元做的, 问题有过考虑油膜的非线性怎么模拟?2. 网友1:目前轴承计算,采用将刚度和阻尼的8个系数,以施加力和力矩的方式解决> 这个我没搞懂,如果那位给个例子3Q网友2: Pip16能考虑陀螺力矩的影响,实体单元没有角自由度因此不能考虑陀螺力矩的影响,如果你的转子没有类似大圆盘的部分或者大的转动部分在轴的接近轴向中心,或者转速不高,就不用考虑陀螺力矩的影响,可以先采用pipe16做一下看随着转速提高,陀螺力矩对固有频率的影响.网友3:可用于陀螺矩阵下列单元可用: Mass21\beam4\pipe16\beam188\beam189上面三个网友的解释,转自:simwe3 实体单元solid45我用过计算临界转速,其他的甚么都对称,计算出来的水平和竖直方向的固有频率差很多,不知道甚么原因,和用pipe16模拟的差很多,我觉得约束形式对临界转速影响很大,对于实体单元来说模拟轴承本身就不容易,所以个人倾向于用pipe16模拟轴,计算精度也不差,我做过实验一阶临界转速和实际转子系统几乎不差多少,二阶由于实验很难观察到所以这个没有对比,但是可以采用捶击法测出转子的各阶固有频率进行对比,这个我也大概试过,二阶还是差点!在simwe上的一篇文章计算转子的临界转速！！！! 计算临界转速/PREP7MP,EX,1,2.1e11MP,NUXY,1,0.3Mp,DENS,1,7850ET,1,COMBIN14ET,2,SOLID45R,1,0.1, , ,*afun,deg ! 设置角度为（度默认为弧度）r1=0.025/2r2=0.240/2l=0.025CYL4,0,0,0,0,r1,20VEXT,all, , ,0,0,l,,,,CSYS,1VGEN,18,all, , , ,20, , ,0CSYS,0VGEN,25,all, , , , ,l, ,0ASEL,NONECYL4,0,0,r1,0,r2,20VEXT,all, , ,0,0,l,,,,CSYS,1VGEN,18,all, , , ,20, , ,0VSEL,S,LOC,X,r1,r2VGEN, ,all, , , , ,10*l, , ,1ALLSEL,ALLNUMMRG,ALL, , , ,LOWNUMCMP,ALLLSEL,S,LOC,X,0,r1LSEL,A,LOC,X,r2LESIZE,all, , ,1, , , , ,0LSEL,INVELESIZE,all,l, , , , , , ,0MSHAPE,0,3DMSHKEY,1VSEL, , , ,allVSWEEP,allCM,rotor,VOLUCM,Erotor,ELEMsaveVSEL,S,LOC,Z,10*l,11*l!*/GODK,P51X, , , ,0,ALL, , , , , ,OMEGA,0,0,0,1CMOMEGA,EROTOR,100,0,0,,,, , , ,0另外希望大家推荐几个不错的论坛,我现在偶尔上上simwe,最近在刚结构注册了一个帐号好像7天以后才可以发言,现在还在等.大家要是看到有ansys做转子方面的文章论坛还有不错的帖子,希望大家跟贴我想学习一下呵呵谢谢大家!ansys10.0已将考虑了陀螺力矩,加上了这部分功能,可惜我为了装转子动力学插件,现在版本改回了8.1,希望用过10.0这个功能的可以讨论一下,那里不明白,那里懂了!如果有对这方面感兴趣的网友,看看这个帖子相当不错/vi ... 2407&highlight=simwe上的一个帖子【讨论】做转子动力学时：如何获得转子临界转速。
基于ANSYS的电机转子的动力学分析电机转子的动力学分析是电机设计过程中非常重要的一步，它可以帮助工程师优化电机的性能和可靠性。
在进行动力学分析时，通常使用工程仿真软件ANSYS来模拟和分析电机的运动和力学行为。
在进行电机转子的动力学分析时，首先需要确定电机的结构和材料参数。
这包括电机的转子形状、材料特性、叶轮和叶片的结构等。
然后，利用ANSYS软件进行有限元建模，将电机的各个部分进行离散化，确定有限元的节点数和单元类型。
在建立有限元模型时，需要考虑电机的几何形状、质量和惯性分布。
在建立完有限元模型之后，可以利用ANSYS中的动力学分析功能对电机进行力学行为的仿真。
动力学分析可以包括转子的自由振动、受迫振动、失稳分析等。
通过动力学分析，可以了解电机的固有频率、模态形状以及受激励时的响应特性，并根据分析结果进行电机结构参数的优化。
动力学分析还可以帮助工程师评估电机的可靠性和耐久性。
通过对电机在不同工况下的振动、应力、变形等进行分析，可以判断电机在长时间运行过程中是否会出现疲劳破坏、松动等问题。
在动力学分析中还可以考虑电机与周围环境的相互作用，比如电机在高速运转时的气动力、流体力学效应等。
除了动力学分析，ANSYS还可以进行热分析、磁场分析等多种物理场的耦合分析。
通过将转子的动力学分析与热分析、磁场分析等相结合，可以全面评估电机的性能和可靠性。
总之，基于ANSYS的电机转子的动力学分析对于电机设计和性能优化非常重要。
通过动力学分析，可以优化电机的结构参数，提高电机的振动和噪音性能，保证电机的可靠性和耐久性。
同时，动力学分析还可以帮助工程师深入了解电机的机械行为和响应特性，提供有效的设计指导和优化建议。
基于ANSYS的转子动力学分析1、题目描述如图1-1所示,利用有限原原理计算转子临界转速以及不平衡响应。
图1-1 转子示意图及尺寸2、题目分析采用商业软件ANSYS进行分析，转子建模时用beam188三维梁单元,该单元基于Timoshenko梁理论，考虑转动惯量与剪切变形的影响。
每个节点有6个(三个平动,三个转动)或7各自由度（第七个自由度为翘曲，可选）。
轴承用combine214单元模拟。
该单元可以模拟交叉刚度和阻尼。
只能模拟拉压刚度，不能模拟弯曲或扭转刚度。
该单元如图2-1所示，其有两个节点组成，一个节点在转子上，另一个节点在基础上。
图 2-1 combine214单元对于质量圆盘，可以用mass21单元模拟，该单元有6个自由度，可以模拟X,Y,Z 三个方向的平动质量以及转动惯性。
3、计算与结果分析 3.1 转子有限元模型建模时，采用钢的参数，密度取37800/kg m ，弹性模量取112.1110pa ，泊松比取0.3。
轴承刚度与阻尼如表1所示，不考虑交叉刚度与阻尼，且为各项同性。
表 3-1 轴承刚度与阻尼参数Kxx Kyy Cxx Cyy 4e7N/m4e7N/m4e5N.s/m4e5N.s/m将转子划分为93个节点共92个单元。
有限元模型如图3-1所示。
图3-1 转子有限元模型施加约束时，由于不考虑纵向振动与扭转振动，故约束每一节点的纵向与扭转自由度，同时约束轴承的基础节点。
施加约束后的模型如3-2所示。
图3-2 施加约束后的有限元模型3.1 转子临界转速计算在ANSYS中可以很方便的考虑陀螺力矩的影响。
考虑陀螺力矩时，由于陀螺矩阵是反对称矩阵，所以求取特征值时要用特殊的方法。
本文考虑陀螺力矩的影响，分析了在陀螺力矩的影响下，转子涡动频率随工作转速的变化趋势，其Campell图如图3-3所示。
同时给出了转子的前四阶正进动涡动频率与反进动涡动频率以及固有频率。
如表3-2所示。
表3-2 转子涡动频率随转速的变化Ω(rpm)010000200003000040000ω(Hz)54.73854.83355.02755.24855.478 F1ω(Hz)54.73854.13153.93853.71853.489 B1ω(Hz)174.12174.85175.61176.38177.14 2Fω(Hz)174.12173.31172.55171.78171.02 2Bω(Hz)301.97303.56305.18306.82308.46 3Fω(Hz)301.97300.35298.76297.19295.63 3Bω(Hz)484.00488.60493.24497.93502.65 F4ω(Hz)484.00479.44474.92470.45466.02 4B图3-3 转子Campell图从表3-2与图3-3可以看出,陀螺力矩提高了转子的正向涡动频率,降低了转子的反向涡动频率。
