旋转部件是燃气轮机、涡轮增压器、泵、压缩机、发电机和电机等机器中的重要元件。设计这样一个部件需要研究它的临界速度，也就是系统中振动幅度变大的速度——通常会导致故障。让我们探索如何通过使用COMSOL多物理软件创建的转子轴承系统模拟器找到各种转子的临界速度。
转子的临界速度是多少?
A临界速率转子的角速度与其固有频率之一相匹配。然而，找到静止转子的固有频率不足以确定临界速度。真正的挑战来自这样一个事实，即转子的固有频率取决于转子角速度。因此，通过考虑旋转的影响来计算旋转部件的固有频率是很重要的。
这种效果可以自动包含在COMSOL应用程序的底层模型中，它只显示重要的设计参数作为输入。让我们看看如何使用应用程序库中的一个例子来找到各种旋转系统的临界速度:转子轴承系统模拟器。
1:001:00演示转子轴承系统模拟器的视频。
探索转子轴承系统模拟器应用
典型的转子系统有三个标准组件:
1.转子，也称为轴
2.磁盘
3.轴承
一种转子系统，包括转子(轴)、盘和轴承。
在大多数情况下，轴是实心或空心圆柱体，其上安装有各种部件。在转子动力学术语中，这些安装的部件通常被称为圆盘，它们被建模为刚性物体，因为与轴相比，它们具有较高的刚度。因此，在临界速度分析中，只有圆盘的惯性特性才是重要的。轴是柔性元件，也有惯性。完整的轴规格要求其几何尺寸和材料特性，如杨氏模量、泊松比和密度。轴承是支撑轴的部件。这些部件由它们的等效刚度和阻尼系数来描述。
现在，让我们看看这些信息是如何传递给应用程序的。该应用程序中有不同用途的不同部分，包括:
* 输入数据
* 评估结果
* 访问信息
指定输入数据的部分有转子属性,磁盘,承受，和研究参数。这临界速度截面用于评估模型转子的临界速度。这几何状态和信息部分分别包含关于几何图形和求解器的信息。在应用程序的右侧面板上，可以访问转子的几何图形、旋转图和坎贝尔图。顶部功能区中提供了各种项目来执行应用程序中的不同操作。
转子轴承系统模拟器的用户界面。
在转子属性节中，可以指定转子(轴)的几何尺寸及其材料属性。有两种方法可以指定转子的材料属性:
1.从包含标准材料列表的组合框中选择转子材料。在这种情况下，材料属性会自动指定给转子，与选定的材料相对应。
2.在上面提到的组合框中选择用户定义的选项，然后指定转子的材料属性。
这转子属性部分，包含列表中的材料(左)和用户定义的材料(右)。
这磁盘节有一个组合框，可以指定磁盘的几何尺寸和密度，也可以直接指定惯性属性。磁盘的属性可以以表格数据的形式给出，表格中的每一行都代表磁盘。您可以在转子上添加尽可能多的行。如果几何尺寸则可以指定盘的位置、外径、厚度和密度。为惯性特性，可以指定位置、质量、极坐标和直径惯性矩。
这磁盘截面，显示通过几何尺寸(左)以及质量和惯性矩(右)指定的属性。
输入到表中的数据可以保存到文件中供以后使用。此外，如果您有适当格式的磁盘数据文本文件，它可以直接导入到磁盘表，从而简化了输入数据的过程。
您可以在中指定轴承的刚度和阻尼系数承受部分。本节同样需要表格输入，每行代表一个轴承。交叉耦合刚度(kyz和kzy)和阻尼系数(cyz和czy)也可以指定(如果有的话)。这些系数在确定轴承稳定性方面起着重要作用。像磁盘一样，轴承的表格输入具有保存数据以备以后使用以及从文本文件导入数据的优点。
这承受部分。
设置完系统属性后，可以通过更新几何图形来评估要分析的转子系统。
这研究参数部分提供了指定转子最大角速度的输入，以及角速度从零到最大值的参数扫描步骤。您还可以指定应用程序要计算的自然频率数量。
这研究参数截面用于指定角速度和本征频率信息。
计算临界速度
如上所述，转子的临界速度是通过获得固有频率与其角速度的变化来确定的。为此，在建立模型后，首先通过单击计算按钮。因此，在制图法窗口中，您可以看到模型化转子系统的旋转、轨道和坎贝尔图。在坎贝尔图中，临界速度是指频率等于角速度的点。换句话说，临界速度是本征频率曲线与ω=ω曲线，如下所示。
在坎贝尔图中，临界速度标记为点(浅蓝色)。
在底层模型中，没有计算临界速度的直接方法。这是您利用应用程序构建器的能力的地方。使用方法编辑器(在应用程序生成器中可用)，您可以轻松编写自己的方法来计算临界速度。这是在转子轴承系统模拟器中完成的。下图显示了计算临界速度的代码截图。
该代码显示了临界速度的计算方法。
然后，计算的临界速度在临界速度部分显示为表格。
这临界速度部分。
将应用程序引入设计过程
像这样简单的应用程序可以帮助设计者迅速为他们的设计找到一个好的起点。此外，该应用允许他们测试各种配置，而不需要在实验上花费过多的钱。应用程序也使这种调查变得方便，因为它们隐藏了技术细节，同时突出了设计过程中的重要参数。这为设计者提供了可访问性和灵活性来控制设计参数和评估他们的发现，只需点击几下鼠标，无需担心潜在的技术细节。
应用程序不仅限于简单的物理建模。应用程序的底层模型可以尽可能复杂，同时模拟多种物理。在方法编辑器的帮助下，应用程序本身可以进一步扩展模型，使模拟更接近现实。
