转子动力学导论

第1章 绪论 001
1.1 转子动力学的基本概念 001
1.1.1 旋转机械 001
1.1.2 转子 002
1.1.3 转子的振动 003
1.1.4 转子动力学 003
1.2 转子动力学的研究内容 004
1.2.1 转子的动力学建模与计算 004
1.2.2 转子的临界转速计算 004
1.2.3 转子的不平衡响应 005
1.2.4 轴承的动力学特性 006
1.2.5 转子的稳定性 006
1.2.6 转子的平衡技术 007
1.3 转子动力学的发展概况 007
1.4 转子动力学的研究现状与展望 009
1.4.1 转子的动力学设计 009
1.4.2 转子的动力学特性 009
1.4.3 转子的平衡技术 009
1.4.4 转子振动噪声和参数识别 010
1.4.5 转子的振动控制技术 010
1.4.6 转子动力学的发展方向 010

第2章 单圆盘转子的动力学建模与计算 011
2.1 单圆盘转子的模型与求解 011
2.1.1 刚性支承的单圆盘转子 011
2.1.2 刚性支承的单圆盘转子的运动微分方程 013
2.1.3 运动微分方程的解法 013
2.1.4 单圆盘转子的动力学求解 015
2.2 单圆盘转子的涡动与进动 016
2.2.1 转子的涡动 016
2.2.2 转子的进动 017
2.2.3 单圆盘转子的涡动特性 018
2.2.4 外部阻尼对转子涡动的影响 019
2.3 单圆盘转子的不平衡响应与临界转速 021
2.3.1 质量偏心转子的运动微分方程 021
2.3.2 单圆盘转子的不平衡响应 022
2.3.3 单圆盘转子的临界转速 023
2.3.4 外部阻尼对转子不平衡响应的影响 024
2.4 转子的陀螺效应 026
2.4.1 转动坐标系下转子的涡动 026
2.4.2 陀螺力矩 028
2.4.3 考虑陀螺力矩时转子的运动微分方程 035
2.4.4 陀螺力矩对转子临界转速的影响 039
2.5 单圆盘转子算例 042
2.5.1 单圆盘转子的进动角速度计算 042
2.5.2 单圆盘转子的振型计算 045
2.6 弹性支承对转子临界转速的影响 047
2.6.1 弹性支承的单圆盘转子模型 047
2.6.2 弹性支承对转子运动的影响 050

第3章 多圆盘转子的动力学建模与计算 052
3.1 多圆盘转子的模型 052
3.1.1 振动系统的柔度影响系数 053
3.1.2 达朗贝尔原理 056
3.1.3 多圆盘转子的运动微分方程 057
3.2 多圆盘转子的动力学求解 061
3.2.1 多自由度系统的特征值和模态振型 061
3.2.2 多圆盘转子特征值的性质 065
3.2.3 多圆盘转子的主振动 067
3.3 多圆盘转子的临界转速 071
3.3.1 共振与临界转速的关系 071
3.3.2 多圆盘转子临界转速的解法 072
3.3.3 多圆盘转子算例 074
3.4 多圆盘转子的不平衡响应 077
3.4.1 运动微分方程法求解多圆盘转子的不平衡响应 078
3.4.2 模态叠加法求解多圆盘转子的不平衡响应 079

第4章 转子的传递矩阵计算方法 086
4.1 转子的集总质量模型 086
4.1.1 转子质量的离散化 086
4.1.2 滑动轴承的动力学模型 090
4.1.3 转子支承的简化 092
4.2 传递矩阵 095
4.2.1 传递矩阵的建立方法 095
4.2.2 带弹性支承的刚性薄圆盘的传递矩阵 099
4.2.3 圆盘与轴段组合部件的传递矩阵 100
4.3 弹性支承转子的Prohl 传递矩阵法 101
4.3.1 临界转速的Prohl 传递矩阵解法 101
4.3.2 转子模态振型的Prohl 传递矩阵解法 105
4.4 传递矩阵法的拓展与改进 106
4.4.1 刚性支承转子的Prohl 传递矩阵法 106
4.4.2 利用剩余力矩求解转子的临界转速 109
4.4.3 Porhl 传递矩阵法的优缺点 110
4.4.4 Riccati 传递矩阵法 111
4.4.5 Riccati 传递矩阵法的改进 114
4.5 传递矩阵法的转子算例 119

第5章 转子的平衡技术 123
5.1 转子不平衡的基本概念 123
5.1.1 不平衡量及其分布 123
5.1.2 刚性转子和挠性转子 125
5.1.3 静不平衡、偶不平衡与动不平衡 127
5.1.4 转子不平衡的产生原因 128
5.2 刚性转子的平衡技术 128
5.2.1 刚性转子的平衡原理 128
5.2.2 刚性转子的通用平衡机 131
5.2.3 刚性转子的现场平衡 133
5.2.4 刚性转子的平衡品质 136
5.3 挠性转子的平衡技术 138
5.3.1 挠性转子的模态平衡法 138
5.3.2 挠性转子的影响系数平衡法 146
5.3.3 挠性转子的轴系现场平衡 148
5.4 其他平衡技术 150
5.4.1 小二乘影响系数法 150
5.4.2 模态响应圆法 152
5.4.3 谐分量法 154
5.4.4 挠性转子的平衡策略与准则 155

第6章 旋转机械的振动测试与故障诊断 157
6.1 概述 157
6.1.1 旋转机械的振动类型 157
6.1.2 旋转机械振动测试的作用 159
6.1.3 旋转机械振动测试的内容 159
6.2 旋转机械的振动测试 160
6.2.1 旋转机械振动测试系统的结构 160
6.2.2 传感器的选用 161
6.2.3 旋转机械的振动测量方式 170
6.2.4 旋转机械常用的振动测试技术 172
6.2.5 旋转机械振动评定标准 179
6.3 旋转机械的振动图谱分析与故障诊断方法 182
6.3.1 频谱图 182
6.3.2 三维频谱图 187
6.3.3 轴心位置图 188
6.3.4 轴心轨迹图 190
6.3.5 伯德图与极坐标图 195
6.3.6 振动趋势图 198

附录A 转子动力学算例的Matlab 程序 200
附录A.1 三自由度简支梁的模态计算 200
附录A.2 刚性支承单圆盘转子的临界转速与模态振型计算 202
附录A.3 弹性支承单圆盘转子的临界转速与模态振型计算 204
附录A.4 双圆盘转子的临界转速与模态振型计算 206
附录A.5 Prohl 传递矩阵法计算转子的临界转速与模态振型 209

附录B 转子动力学术语中英文对照 212

参考文献 216