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第1章 转子动力学的基本知识1

1.1 转子动力学的发展及其内容2

1.2 转子的模态特性3

1.2.1 振动系统的模态3

1.2.2 转子的模态5

1.2.3 圆盘的转动惯量对转子模态的影响9

1.2.4 算例11

1.2.5 支承刚度对转子模态的影响13

1.3 转子的临界转速14

1.3.1 转子的临界转速14

1.3.2 轴系的临界转速和振型15

1.4 转子的不平衡响应16

1.4.1 单圆盘转子的幅频特性与相频特性17

1.4.2 同步正进动的特点19

1.4.3 不平衡响应的确定20

1.5 转子的稳定性20

1.5.1 自激振动的机理21

1.5.2 机组油膜失稳事故亲历23

1.5.3 油膜轴承的工作状态25

1.5.4 油膜轴承的失稳机理27

1.5.5 油膜失稳的过程，从油膜涡动到油膜振荡28

1.5.6 油膜失稳的治理30

1.5.7 其他一些失稳因素的分析31

1.5.8 自激振动与强迫振动的对比34

参考文献35

第2章 转子的平衡37

2.1 转子不平衡的原因及其影响38

2.2 刚性转子与挠性转子38

2.3 刚性转子的平衡原理和平衡方法39

2.3.1 刚性转子的不平衡形式39

2.3.2 刚性转子的平衡原理40

2.3.3 平衡机平衡41

2.3.4 现场平衡43

2.3.5 现场平衡的方法——影响系数法43

2.3.6 刚性转子的平衡品质45

2.4 挠性转子的平衡原理和方法47

2.4.1 挠性转子不平衡的特点47

2.4.2 模态平衡法48

2.4.3 影响系数法48

2.5 实际挠性转子的平衡策略和评定准则49

参考文献51

第3章 转子动力学设计53

3.1 转子动力学设计的意义和目标54

3.2 转子动力学设计的内容55

3.3 转子动力学设计的流程55

3.4 设计实例58

3.4.1 转子的基本数据和建模58

3.4.2 无阻尼固有频率和临界转速59

3.4.3 阻尼固有频率和临界转速61

3.4.4 不平衡响应计算与评价63

3.4.5 稳定性的补充计算64

3.4.6 不同轴承支承的转子的稳定性比较65

3.5 若干设计方法的讨论67

3.5.1 逆向设计67

3.5.2 相似设计68

3.5.3 转子设计的相似准则69

参考文献73

第4章 转子动力学的计算分析75

4.1 转子动力学计算分析的特点76

4.2 转子-支承系统的建模77

4.3 无阻尼转子系统的计算分析82

4.3.1 典型构件的传递矩阵83

4.3.2 Prohl传递矩阵法计算临界转速和振型85

4.3.3 Riccati传递矩阵法计算临界转速和振型87

4.3.4 Riccati传递矩阵法的奇点及其消除89

4.3.5 无阻尼转子系统的不平衡响应的计算91

4.3.6 实例1——空气压缩机的临界转速和临界负荷92

4.3.7 实例2——汽轮发电机组轴系的临界转速96

4.3.8 实例3——搅拌机轴的设计优化97

4.4 有阻尼转子系统的计算分析101

4.4.1 振动量的复数表示101

4.4.2 Riccati传递矩阵法计算固有频率和稳定性102

4.4.3 有阻尼转子系统的不平衡响应的计算106

4.4.4 实例4——高速离心机结构参数的优化109

4.4.5 实例5——提高200MW汽轮发电机组轴系的稳定性112

4.5 轴系扭转振动的计算分析116

4.5.1 扭转振动固有频率和振型的计算116

4.5.2 扭转振动瞬态响应的计算118

4.5.3 实例6——600MW汽轮发电机组轴系的扭转振动设计120

4.6 轴系各轴承安装标高及负荷分配124

4.6.1 轴系理想的安装状态125

4.6.2 轴系实际的安装状态及轴承标高的计算125

4.6.3 实例7——某燃气-蒸汽轮发电机组轴系各轴承安装标高的确定126

4.7 复杂转子系统动力特性的计算128

4.7.1 复杂转子系统的计算模型128

4.7.2 复杂转子系统动力特性的计算方法——双重传递矩阵法130

4.7.3 实例8——某航空发动机双转子系统的临界转速134

参考文献137

第5章 转子动力学有关的规范和标准139

5.1 规范和标准的重要性140

5.2 与设计有关的规范140

5.2.1 关于转子的临界转速140

5.2.2 关于转子的平衡品质和不平衡响应140

5.2.3 关于转子系统的对数衰减率141

5.2.4 关于品质因子Q141

5.2.5 关于扭转振动143

5.3 与验收和运行有关的标准144

5.3.1 GB/T 6075在非转动部件上测量和评价机器的机械振动144

5.3.2 GB/T 11348旋转机械转轴径向振动的测量和评定146

参考文献148

第6章 转动机械的振动测试151

6.1 振动测试在转动机械设计中的作用152

6.2 振动测量框图152

6.3 常用的几种振动测量传感器153

6.3.1 磁电速度传感器153

6.3.2 压电加速度传感器155

6.3.3 涡流位移传感器157

6.4 转动机器振动测点的布置和测量参数160

6.5 转动机械振动测试的几个特殊问题162

6.5.1 频率分析162

6.5.2 基频测量163

6.5.3 相位测量163

6.5.4 转速测量165

6.6 转动机械振动的图示165

6.6.1 定转速状态的图形165

6.6.2 变转速状态的图形167

6.7 与转动机械设计有关的振动试验171

6.7.1 试验模态分析171

6.7.2 转子固有频率的测定171

6.7.3 轴承座动刚度的测试173

6.7.4 轴承油膜动力系数的测定173

参考文献174

第7章 转动机械的状态监测与故障诊断175

7.1 状态监测与故障诊断的作用和内容176

7.2 监测仪器系统177

7.2.1 监测仪器系统的分类177

7.2.2 监测仪器系统选用的原则178

7.3 故障诊断的方法介绍179

7.3.1 频谱分析法179

7.3.2 趋势分析法186

参考文献187

第8章 转子动力学计算程序包ROTDYN介绍189

8.1 无阻尼转子系统动力计算程序TBROTOR190

8.2 有阻尼转子系统动力计算程序ROTSTB200

8.3 复杂转子系统动力计算程序SHAFTS210

8.4 转子扭转振动计算程序TORVIB218

8.5 转子平衡计算程序BALANCE226

8.6 轴系各轴承安装标高计算程序ROTLINE230

8.7 绘制平面图形程序DRAW2D236

8.8 绘制立体图形程序DRAW3D240

名词索引243