为探讨高效高负荷高通流能力风机的关键气动设计技术及其内部流动机理,本文完成了一台压比为1.20,载荷系数为0.83的轴流风机设计。详细研究了流量系数、反力度等设计参数的影响规律,并给出了相应的选取原则;分析了叶片负荷调整、叶片弯曲、叶片端弯对叶栅内流动、级匹配、级性能的影响,给出了高负荷轴流风机三维叶片设计的基本原则;此外,本文还开发了S1流面协同优化方法,有效地降低了静叶损失,提高了风机裕度。

液体火箭发动机涡轮泵中,环形小间隙密封引入的刚度、阻尼系数会随转子运行转速发生变化,体现为弱耦合效应,进而对转子系统的动力学特性产生影响。为获得密封耦合效应对涡轮泵转子系统动力学特性的影响,基于有限单元法及矩阵运算方法推导了转子—密封耦合系统动力学方程,提出了考虑密封动力学系数随涡轮泵运行工况变化的耦合计算方法,获得了密封耦合效应对转子系统临界转速以及不平衡响应的影响。结果表明:考虑密封后,转子系统前两阶临界转速显著增大,其中二阶转速增大幅度更为显著;随着涡轮端支承刚度的增加,密封对一阶转速的影响增强,一阶转速增大幅度由8.13增加到37.42;密封阻尼的引入使得转子系统各关键部件不平衡响应显著降低,降低幅度达到50以上。

文章主要对加工中心用永磁同步电主轴动态特性进行分析计算,进而提高电主轴在工作状态下的稳定性。以额定功率为22kW的永磁同步电主轴为例,运用加时间因子的传递矩阵方法和双重步QR求解方式结合,计算出转子的临界转速。通过与ANSYS工程软件的计算结果进行对比,加时间因子的传递矩阵方法更为节省时间。永磁同步电主轴在旋转过程当中会产生动态偏心,进而产生不平衡磁拉力。文中提出了考虑不平衡磁拉力的传递矩阵法对电主轴模型进行不平衡响应分析,并计算了转子系统对数衰减率。发现电主轴样机一阶反向涡动的对数衰减率下降趋势明显,稳定性裕度较小,易导致轴系失稳。

通过对某带式输送机减速器输入轴系转子系统进行受力分析,得到其数学模型,并讨论了齿轮和带轮由于具有偏心不平衡质量而产生的不平衡响应。利用有限元分析软件ANSYS建立其有限元模型,得到了不平衡响应中的轴系轴线的幅频特性曲线和轴线轨迹。通过分析可知输入轴系的额定转速低于一阶临界转速,转子主轴属于刚性转子。ANSYS仿真分析结果和理论计算结果吻合较好。

文中研究了压缩机转子临界转速和不平衡响应的分析计算。电机在旋转过程中产生的径向不平衡磁拉力,作用在转子上,会对其临界转速产生影响。利用有限元法提取了电机气隙径向磁密,合成不平衡磁拉力,并计算在不平衡磁拉力影响下的压缩机转子临界转速;计算转子对于某些位置上的不平衡量的敏感程度;求解轴承-转子系统频率方程并求得复频率,画出了复特征值对应的对数衰减率曲线,分析了轴系的稳定性。

叶片飞脱引起的转子不平衡瞬态响应是备受关注的重要问题之一。为研究某小型发动机叶片飞脱后的不平衡响应，在高速旋转试验台上进行叶片飞脱试验，测量转子的位移数据，并用高速相机记录叶片飞脱过程。运用传递矩阵法建立了单盘双支承转子系统的运动方程，用Newmark—β法积分求解，模拟了转子在双叶片顺序飞脱下的不平衡响应。试验和计算结果表明，叶片飞脱后的转子振动存在剧烈振荡、慢速涡动和平稳振动三个阶段。

整体齿轮增速式压缩机由于其结构紧凑、效率高而在现代流程工业中得到广泛的应用，然而由于该类型压缩机为多平行轴系结构，其轴承载荷随着压缩机负荷而发生变化，使得该类转子的动力学分析异常复杂。本文以某实际压缩机组为研究对象，建立了齿轮一轴承一转子的弯曲一扭转耦合系统有限元模型。首先对未耦合的单转子进行刚性支撑下的模态分析和弹性支撑下的不平衡响应分析，并同实测结果对比以确定分析结果的可靠性。在此基础上，研究并揭示了轴承载荷导致的刚度系数变化对转子临界转速和不平衡响应的影响规律，同时对比分析不平衡振动在各个转子之间的传递特性。研究结果表明转子振动幅值会随着压缩机负荷的增加而增加，而齿轮啮合刚度会增大转子振动对不平衡的敏感程度。本论文研究结果可为齿轮增速式离心压缩机的设计以

临界转速及不平衡响应分析是采用转子动力学研究转子系统动态特性的基础。以斜盘式轴向柱塞泵-电机组转子系统为研究对象，通过Riccati传递矩阵法、Prohl传递矩阵法和有限元法分别对转子系统进行了临界转速的计算，结果表明电机轴及联轴器的存在降低了轴向柱塞泵．电机组转子系统的临界转速，并证明了Riccati传递矩阵法在计算大型转子系统的优势；此外，通过模拟流量脉动及侧向径向压力引起的转子不平衡状态，得到转子系统的不平衡响应特性，结果可表明，流量脉动及侧向径向压力主要激发了转子系统的二阶固有频率，其不平衡响应最剧烈处位于转子系统两端。