高等机械系统动力学——检测与分析

《高等机械系统动力学：检测与分析》为适应现代机械产品和结构的动力学分析及动态设计需要，结合作者多年的科研和教学实践撰写而成。《高等机械系统动力学：检测与分析》主要阐述高等机械系统的动力学检测与分析。《高等机械系统动力学：检测与分析》共7章，主要内容包括绪论、机械振动测试与信号分析、旋转机械参数的测试与识别、机械设备的故障监测与分析方法、旋转机械的故障机理与诊断、发动机动力学、机床动力学等。

前言
第1章 绪论 1
1.1 动力学及其理论体系 1
1.1.1 动力学概念 1
1.1.2 机械系统动力学的理论体系 2
1.2 机械系统的动态特性分析 3
1.3 机械系统的动力学参数测试与识别 4
1.4 机械系统的状态监测与故障诊断 5
1.4.1 机械系统的状态监测与评估 5
1.4.2 故障诊断及其基本任务 6
1.4.3 故障诊断的性能指标 6
1.4.4 故障的范畴与分类 8
1.4.5 故障诊断技术的基本环节和应用范围 9
1.4.6 故障诊断的实施方法与常用的故障诊断方法 10
1.5 机械装备的动态分析与动态设计 13
第2章 机械振动测试与信号分析 14
2.1 振动测试的目的和任务 14
2.2 机械振动测试的力学原理 16
2.2.1 相对式测量法 17
2.2.2 惯性式测量法 18
2.3 振动测试传感器 20
2.3.1 振动测试传感器的技术指标及选用原则 20
2.3.2 振动测试传感器的类型 22
2.3.3 振动测试传感器的安装 25
2.4 振动测试仪器设备 27
2.4.1 电信号的中间变换装置 27
2.4.2 振动测量仪器 33
2.5 振动信号的描述与采集 35
2.5.1 动态信号及其描述 35
2.5.2 振动信号的采集和调理 50
2.6 振动信号的处理与分析 52
2.6.1 振动信号处理与分析的内容 53
2.6.2 特征量的提取与表征 57
2.6.3 信号的幅域分析 59
2.6.4 信号的时域分析 62
2.6.5 信号的频域分析 68
2.6.6 时频分析方法 75
2.6.7 互功率谱密度与相干分析 83
2.6.8 倒频谱分析 86
2.6.9 细化分析 90
2.6.10 时间序列分析 96
2.6.11 瞬态信号的处理与分析 106
第3章 旋转机械参数的测试与识别 110
3.1 滑动轴承油膜动特性系数识别 110
3.1.1 实验台及测试系统 110
3.1.2 识别原理及方法 112
3.1.3 现场识别 114
3.1.4 油膜参数识别实例 116
3.2 滚动轴承动刚度的测试 118
3.2.1 非旋转状态下滚动轴承动力特性测试 118
3.2.2 定转速下滚动轴承动力特性测试 119
3.2.3 由转子支承系统频响特性确定滚动轴承的动力特性 119
3.2.4 滚动轴承动力特性的直接测试 122
3.3 挤压油膜阻尼器动力特性的测试 126
3.3.1 挤压油膜阻尼器动力特性的一般分析 126
3.3.2 在旋转状态下测定挤压油膜阻尼器的动力特性 128
3.3.3 在非旋转状态下模拟挤压油膜阻尼器实际工作条件的测试 129
3.4 转子系统边界参数的识别 133
3.4.1 有限元模型的边界参数识别 133
3.4.2 边界元模型的边界参数识别 135
3.5 旋转机械的参数检测 145
3.5.1 旋转机械的转速检测 145
3.5.2 旋转机械的振动相位检测 146
第4章 机械设备的故障监测与分析方法 148
4.1 灰色诊断分析方法 148
4.1.1 灰色诊断方法的概念 149
4.1.2 灰色关联度及其故障诊断方法 149
4.1.3 灰色诊断分析方法的应用 152
4.2 模糊诊断分析方法 155
4.2.1 模糊诊断的信息处理 155
4.2.2 故障诊断的模糊模式识别方法 161
4.2.3 故障诊断的模糊综合评判方法 163
4.2.4 故障诊断的模糊聚类分析 167
4.3 模式识别分析方法 169
4.3.1 模式识别方法 169
4.3.2 模式识别理论 170
4.3.3 故障诊断过程的实施 179
4.4 神经网络分析方法 180
4.4.1 神经网络的思想方法及基本模型 180
4.4.2 神经网络故障诊断分析方法 183
4.5 智能诊断系统 188
4.5.1 旋转机械故障诊断系统知识的表示与管理 189
4.5.2 智能故障诊断系统推理方法 192
4.6 变速旋转机械转子的状态监测 195
4.6.1 非稳态信号 195
4.6.2 非稳态信号的Kalman 滤波法 197
4.6.3 非稳态信号的自适应滤波法 197
4.6.4 时域滤波与角域分析 202
第5章 旋转机械的故障机理与诊断 205
5.1 齿轮的故障机理与诊断 205
5.1.1 齿轮箱的失效与振动测定 205
5.1.2 齿轮故障的特征 209
5.1.3 齿轮故障的简易诊断方法 213
5.1.4 齿轮故障的精密诊断方法 217
5.2 滚动轴承的故障机理与诊断 228
5.2.1 滚动轴承的失效与振动测定 228
5.2.2 滚动轴承的振动特征 230
5.2.3 滚动轴承故障的振动信号分析诊断 235
5.2.4 滚动轴承故障的声发射诊断 241
5.2.5 滚动轴承故障的油液分析诊断 242
5.2.6 滚动轴承故障的其他诊断方法 244
5.3 转子系统的故障机理与诊断 246
5.3.1 转子不平衡的故障机理与诊断 248
5.3.2 转子弯曲的故障机理与诊断 252
5.3.3 转子不对中的故障机理与诊断 257
5.3.4 油膜涡动和油膜振荡的故障机理与诊断 267
5.3.5 旋转失速的故障机理与诊断 276
5.3.6 喘振的故障机理与诊断 281
5.3.7 动静件摩擦的故障机理与诊断 285
5.3.8 转子过盈配合件过盈不足的故障机理与诊断 290
5.3.9 转子支承系统连接松动的故障机理与诊断 293
5.3.10 密封和间隙动力失稳的故障机理与诊断 297
5.3.11 转轴具有横向裂纹的故障机理与诊断 301
5.4 汽轮发电机组故障诊断与治理 305
5.4.1 汽轮发电机组的故障分类与激振力分析 306
5.4.2 机组设计问题引起的故障诊断与治理 311
5.4.3 机组运动问题引起的故障诊断与治理 317
5.4.4 机组耦合问题引起的故障诊断与治理 324
5.4.5 自激振动类故障的诊断与治理 327
5.4.6 转子系统的失稳故障诊断与治理 333
第6章 发动机动力学 342
6.1 发动机动力学概述 342
6.1.1 发动机的性能指标 342
6.1.2 发动机分类 343
6.2 发动机转子的振动 349
6.2.1 单圆盘对称转子的振动 349
6.2.2 带有弯曲轴和非圆轴转子的振动 361
6.2.3 支承各向异性时转子的振动 368
6.2.4 盘偏置时转子的振动 378
6.3 转子振动的进动分析 388
6.3.1 转子的轴心轨迹——正、反进动分解 388
6.3.2 转子运动的进动比函数 391
6.3.3 转子进动轨迹的全息进动分析 396
6.3.4 转子进动分析的廖氏定理 397
6.3.5 典型故障条件下转子的进动特征 405
6.4 发动机高压转子的结构动力学设计 406
6.4.1 高压转子的动力学模型与振动模态 406
6.4.2 转子两阶临界转速的上界估计方法 409
6.4.3 高压转子的抗振设计 412
6.4.4 高压转子动力学设计实例 422
6.4.5 弹性支承刚度估计与测试 428
6.5 发动机转子振动的可容模态和减振设计 430
6.5.1 简单柔性转子的可容模态设计 431
6.5.2 一般柔性转子的可容模态设计 438
6.5.3 双转子系统的可容模态设计 447
6.6 双转子系统的振动和设计 456
6.6.1 双转子系统的模型和运动方程 457
6.6.2 双转子系统的不平衡响应和拍振现象 458
6.6.3 带弹性支承和阻尼器的双转子振动 461
6.6.4 刚性转子和柔性转子设计 462
6.6.5 中介轴承对转子运动的影响 463
6.6.6 带中介轴承的对转双转子的振动 477
第7章 机床动力学 481
7.1 机床动力学概述 481
7.1.1 机床的加工性能与动态特性 481
7.1.2 机床的动力分析和动态设计 482
7.1.3 机床动力分析的基本内容 483
7.1.4 机床动态设计的基本方法 485
7.1.5 机床动态设计的基本步骤 487
7.1.6 机床中的各种振动 488
7.2 机床结构的动力学理论模型 489
7.2.1 集中参数模型 489
7.2.2 分布质量梁模型 498
7.2.3 机床动力特性的模态表达式 502
7.2.4 模态参数的识别方法 508
7.2.5 机床动力学模型参数的识别 515
7.3 机床部件的动力学分析 518
7.3.1 主轴部件动力特性的分析与评价 518
7.3.2 主轴部件动力特性的计算方法 520
7.3.3 主轴部件的传递矩阵法 526
7.3.4 传动链的扭转振动 535
7.3.5 进给系统的动刚度 543
7.3.6 进给系统的自激振动 547
7.4 机床结合部的动力学分析 553
7.4.1 机床螺栓结合部动力学模型 555
7.4.2 机床锥配合结合部动力学模型 562
7.4.3 滚动导轨结合部动力学模型 567
7.4.4 滚动功能部件结合部动力学模型 572
7.4.5 机床轴承部件结合部动力学模型 577
7.4.6 考虑结合部的机床动力学模型实例 580
7.5 机床结构动力特性的综合分析与动态设计 582
7.5.1 机床结构动力特性的综合 582
7.5.2 机床结构动态优化设计原理 595
7.6 切削过程的动力特性和自激振动 603
7.6.1 动态切削力的确定方法 603
7.6.2 金属切削过程中的自激振动 610
7.6.3 动态切削过程和切削参数的变化效应 617
7.6.4 金属切削加工过程的稳定性 625
7.6.5 金属磨削加工过程的稳定性 644
7.6.6 提高机床加工稳定性的途径 654
参考文献 665