陀螺效应：转子动力学与结构动力学的核心区别！

简言之：

1）转子的运动包含转子的自转和绕支点连线的进动(类似公转)，合称为转子的涡动。

2）由于转子的自转轴与支点连线存在夹角，所以产生惯性力矩，一般称为陀螺力矩或回转力矩。

3）陀螺力矩对转子的弯曲刚度产生影响，进而改变转子的固有频率和临界转速。

     

单圆盘转子是理解转子动力学的基础。假设转轴为无质量的弹性轴，圆盘为有质量的刚性盘。

     

假设为刚性支撑（铰接），圆盘在转轴中部。进行仿真分析：

1）不考虑陀螺效应。

模态频率如下：

     

第一阶弯曲振型如下：

     

2）考虑陀螺效应。

     

临界转速：陀螺效应对临界转速无影响。因为圆盘的自转轴与支点连线的夹角为0，不存在陀螺力矩。

     

圆盘偏置如下：

     

1）不考虑陀螺效应

模态频率如下：

     

2）考虑陀螺效应

临界转速：陀螺效应对临界转速产生影响。

     

什么场景下需要考虑陀螺效应？即什么场景下需要考虑转速影响？

如果转子的转速远低于临界转速，即刚性转子问题，无需考虑转速影响。相反，则为柔性转子问题，需要考虑转速影响。

当转速过快，或转子过长过柔，才可能涉及柔性转子问题。

对于一般电机，即使转速达到20000rpm，转频则为333Hz，转子的一阶弯曲频率远大于333Hz，所以和转子动力学没啥关系，属于常规的结构动力学问题。

对于大型汽轮机、大型离心机、航空发动机。转速快，转子长，这时候就属于转子动力学的研究对象了。