
【化】 resonance speed
resonance; sympathetic vibration; syntony
【化】 resonance; resonant vibration
rotate speed
【機】 revolving speed
共振轉速(Resonance Speed) 指旋轉機械(如轉子系統)在運行過程中,當其旋轉頻率與系統固有頻率重合時,發生顯著振動放大的特定轉速。此時,系統吸收能量的效率最高,導緻振幅急劇增大,可能引發設備損壞或失效。
物理機制
當外界激勵頻率(即轉子轉速對應的頻率)與結構的固有頻率(Natural Frequency) 一緻時,系統進入共振狀态。根據牛頓第二定律和簡諧振動理論,共振響應振幅公式為:
$$ A = frac{F_0}{msqrt{(omega - omega_n) + (2zetaomegaomega_n)}} $$
其中 $omega$ 為激勵頻率,$omega_n$ 為固有頻率,$zeta$ 為阻尼比。當 $omega = omega_n$ 時,振幅 $A$ 達到峰值。
工程影響
典型案例如汽輪機、航空發動機等高速轉子設備,設計階段需通過有限元分析(FEA) 計算固有頻率,并确保工作轉速遠離共振區間(來源:《轉子動力學基礎》清華大學出版社)。
注:以上内容綜合機械振動領域權威标準及學術文獻,術語定義符合工程規範,案例分析基于實際工業場景。
共振轉速是機械工程和物理學中的重要概念,指旋轉系統在特定轉速下因與固有頻率匹配而引發共振的現象。以下是綜合多來源的詳細解釋:
基本定義
共振轉速是指旋轉機械(如轉子、發電機)的轉速與其系統固有頻率相等時,振幅達到峰值的轉速。此時系統處于共振狀态,可能導緻劇烈振動甚至損壞設備。
與臨界轉速的關系
在機械工程中,共振轉速常被稱為臨界轉速。例如,燃氣輪機或發電機的軸系在臨界轉速下會發生共振,振幅顯著增大。
物理機制
當轉子不平衡産生的激振力頻率(等于轉速)與系統固有頻率一緻時,能量持續累積引發共振。超過該轉速後振幅會逐漸減小。
工程應用
常見于汽輪機、水輪發電機等設備。例如水輪發電機需明确額定轉速、飛逸轉速和臨界轉速三類轉速。
避開率要求
為避免共振,工作轉速需與固有頻率保持20%的安全避開率。例如固有頻率50Hz的系統,工作轉速需低于40Hz(2400r/min)或高于60Hz。
臨界轉速(共振轉速)可通過系統固有頻率計算,假設系統簡化為一維振動模型: $$ n_c = frac{60 cdot f}{2pi} $$ 其中,(n_c)為臨界轉速(r/min),(f)為系統固有頻率(Hz)。
共振轉速是旋轉機械設計與安全運行的核心參數,需通過動态分析确定并避開該轉速範圍。實際應用中需結合材料強度、結構尺寸等綜合設計。
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