本書為適應現(xiàn)代機械產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)的動力學分析及動態(tài)設(shè)計需要，結(jié)合作者多年的科研和教學實踐撰寫而成。本書主要闡述高等機械系統(tǒng)的動力學檢測與分析。全書共7章，主要內(nèi)容包括緒論、機械振動測試與信號分析、旋轉(zhuǎn)機械參數(shù)的測試與識別、機械設(shè)備的故障監(jiān)測與分析方法、旋轉(zhuǎn)機械的故障機理與診斷、發(fā)動機動力學、機床動力學等。
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目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 動力學及其理論體系 1
1.1.1 動力學概念 1
1.1.2 機械系統(tǒng)動力學的理論體系 2
1.2 機械系統(tǒng)的動態(tài)特性分析 3
1.3 機械系統(tǒng)的動力學參數(shù)測試與識別 4
1.4 機械系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷 5
1.4.1 機械系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測與評估 5
1.4.2 故障診斷及其基本任務 6
1.4.3 故障診斷的性能指標 6
1.4.4 故障的范疇與分類 8
1.4.5 故障診斷技術(shù)的基本環(huán)節(jié)和應用范圍 9
1.4.6 故障診斷的實施方法與常用的故障診斷方法 10
1.5 機械裝備的動態(tài)分析與動態(tài)設(shè)計 13
第2章 機械振動測試與信號分析 14
2.1 振動測試的目的和任務 14
2.2 機械振動測試的力學原理 16
2.2.1 相對式測量法 17
2.2.2 慣性式測量法 18
2.3 振動測試傳感器 20
2.3.1 振動測試傳感器的技術(shù)指標及選用原則 20
2.3.2 振動測試傳感器的類型 22
2.3.3 振動測試傳感器的安裝 25
2.4 振動測試儀器設(shè)備 27
2.4.1 電信號的中間變換裝置 27
2.4.2 振動測量儀器 33
2.5 振動信號的描述與采集 35
2.5.1 動態(tài)信號及其描述 35
2.5.2 振動信號的采集和調(diào)理 50
2.6 振動信號的處理與分析 52
2.6.1 振動信號處理與分析的內(nèi)容 53
2.6.2 特征量的提取與表征 57
2.6.3 信號的幅域分析 59
2.6.4 信號的時域分析 62
2.6.5 信號的頻域分析 68
2.6.6 時頻分析方法 75
2.6.7 互功率譜密度與相干分析 83
2.6.8 倒頻譜分析 86
2.6.9 細化分析 90
2.6.10 時間序列分析 96
2.6.11 瞬態(tài)信號的處理與分析 106
第3章 旋轉(zhuǎn)機械參數(shù)的測試與識別 110
3.1 滑動軸承油膜動特性系數(shù)識別 110
3.1.1 實驗臺及測試系統(tǒng) 110
3.1.2 識別原理及方法 112
3.1.3 現(xiàn)場識別 114
3.1.4 油膜參數(shù)識別實例 116
3.2 滾動軸承動剛度的測試 118
3.2.1 非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下滾動軸承動力特性測試 118
3.2.2 定轉(zhuǎn)速下滾動軸承動力特性測試 119
3.2.3 由轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)頻響特性確定滾動軸承的動力特性 119
3.2.4 滾動軸承動力特性的直接測試 122
3.3 擠壓油膜阻尼器動力特性的測試 126
3.3.1 擠壓油膜阻尼器動力特性的一般分析 126
3.3.2 在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下測定擠壓油膜阻尼器的動力特性 128
3.3.3 在非旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下模擬擠壓油膜阻尼器實際工作條件的測試 129
3.4 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)邊界參數(shù)的識別 133
3.4.1 有限元模型的邊界參數(shù)識別 133
3.4.2 邊界元模型的邊界參數(shù)識別 135
3.5 旋轉(zhuǎn)機械的參數(shù)檢測 145
3.5.1 旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)速檢測 145
3.5.2 旋轉(zhuǎn)機械的振動相位檢測 146
第4章 機械設(shè)備的故障監(jiān)測與分析方法 148
4.1 灰色診斷分析方法 148
4.1.1 灰色診斷方法的概念 149
4.1.2 灰色關(guān)聯(lián)度及其故障診斷方法 149
4.1.3 灰色診斷分析方法的應用 152
4.2 模糊診斷分析方法 155
4.2.1 模糊診斷的信息處理 155
4.2.2 故障診斷的模糊模式識別方法 161
4.2.3 故障診斷的模糊綜合評判方法 163
4.2.4 故障診斷的模糊聚類分析 167
4.3 模式識別分析方法 169
4.3.1 模式識別方法 169
4.3.2 模式識別理論 170
4.3.3 故障診斷過程的實施 179
4.4 神經(jīng)網(wǎng)絡分析方法 180
4.4.1 神經(jīng)網(wǎng)絡的思想方法及基本模型 180
4.4.2 神經(jīng)網(wǎng)絡故障診斷分析方法 183
4.5 智能診斷系統(tǒng) 188
4.5.1 旋轉(zhuǎn)機械故障診斷系統(tǒng)知識的表示與管理 189
4.5.2 智能故障診斷系統(tǒng)推理方法 192
4.6 變速旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子的狀態(tài)監(jiān)測 195
4.6.1 非穩(wěn)態(tài)信號 195
4.6.2 非穩(wěn)態(tài)信號的Kalman 濾波法 197
4.6.3 非穩(wěn)態(tài)信號的自適應濾波法 197
4.6.4 時域濾波與角域分析 202
第5章 旋轉(zhuǎn)機械的故障機理與診斷 205
5.1 齒輪的故障機理與診斷 205
5.1.1 齒輪箱的失效與振動測定 205
5.1.2 齒輪故障的特征 209
5.1.3 齒輪故障的簡易診斷方法 213
5.1.4 齒輪故障的精密診斷方法 217
5.2 滾動軸承的故障機理與診斷 228
5.2.1 滾動軸承的失效與振動測定 228
5.2.2 滾動軸承的振動特征 230
5.2.3 滾動軸承故障的振動信號分析診斷 235
5.2.4 滾動軸承故障的聲發(fā)射診斷 241
5.2.5 滾動軸承故障的油液分析診斷 242
5.2.6 滾動軸承故障的其他診斷方法 244
5.3 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的故障機理與診斷 246
5.3.1 轉(zhuǎn)子不平衡的故障機理與診斷 248
5.3.2 轉(zhuǎn)子彎曲的故障機理與診斷 252
5.3.3 轉(zhuǎn)子不對中的故障機理與診斷 257
5.3.4 油膜渦動和油膜振蕩的故障機理與診斷 267
5.3.5 旋轉(zhuǎn)失速的故障機理與診斷 276
5.3.6 喘振的故障機理與診斷 281
5.3.7 動靜件摩擦的故障機理與診斷 285
5.3.8 轉(zhuǎn)子過盈配合件過盈不足的故障機理與診斷 290
5.3.9 轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)連接松動的故障機理與診斷 293
5.3.10 密封和間隙動力失穩(wěn)的故障機理與診斷 297
5.3.11 轉(zhuǎn)軸具有橫向裂紋的故障機理與診斷 301
5.4 汽輪發(fā)電機組故障診斷與治理 305
5.4.1 汽輪發(fā)電機組的故障分類與激振力分析 306
5.4.2 機組設(shè)計問題引起的故障診斷與治理 311
5.4.3 機組運動問題引起的故障診斷與治理 317
5.4.4 機組耦合問題引起的故障診斷與治理 324
5.4.5 自激振動類故障的診斷與治理 327
5.4.6 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的失穩(wěn)故障診斷與治理 333
第6章 發(fā)動機動力學 342
6.1 發(fā)動機動力學概述 342
6.1.1 發(fā)動機的性能指標 342
6.1.2 發(fā)動機分類 343
6.2 發(fā)動機轉(zhuǎn)子的振動 349
6.2.1 單圓盤對稱轉(zhuǎn)子的振動 349
6.2.2 帶有彎曲軸和非圓軸轉(zhuǎn)子的振動 361
6.2.3 支承各向異性時轉(zhuǎn)子的振動 368
6.2.4 盤偏置時轉(zhuǎn)子的振動 378
6.3 轉(zhuǎn)子振動的進動分析 388
6.3.1 轉(zhuǎn)子的軸心軌跡——正、反進動分解 388
6.3.2 轉(zhuǎn)子運動的進動比函數(shù) 391
6.3.3 轉(zhuǎn)子進動軌跡的全息進動分析 396
6.3.4 轉(zhuǎn)子進動分析的廖氏定理 397
6.3.5 典型故障條件下轉(zhuǎn)子的進動特征 405
6.4 發(fā)動機高壓轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)動力學設(shè)計 406
6.4.1 高壓轉(zhuǎn)子的動力學模型與振動模態(tài) 406
6.4.2 轉(zhuǎn)子兩階臨界轉(zhuǎn)速的上界估計方法 409
6.4.3 高壓轉(zhuǎn)子的抗振設(shè)計 412
6.4.4 高壓轉(zhuǎn)子動力學設(shè)計實例 422
6.4.5 彈性支承剛度估計與測試 428
6.5 發(fā)動機轉(zhuǎn)子振動的可容模態(tài)和減振設(shè)計 430
6.5.1 簡單柔性轉(zhuǎn)子的可容模態(tài)設(shè)計 431
6.5.2 一般柔性轉(zhuǎn)子的可容模態(tài)設(shè)計 438
6.5.3 雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的可容模態(tài)設(shè)計 447
6.6 雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動和設(shè)計 456
6.6.1 雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的模型和運動方程 457
6.6.2 雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不平衡響應和拍振現(xiàn)象 458
6.6.3 帶彈性支承和阻尼器的雙轉(zhuǎn)子振動 461
6.6.4 剛性轉(zhuǎn)子和柔性轉(zhuǎn)子設(shè)計 462
6.6.5 中介軸承對轉(zhuǎn)子運動的影響 463
6.6.6 帶中介軸承的對轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子的振動 477
第7章 機床動力學 481
7.1 機床動力學概述 481
7.1.1 機床的加工性能與動態(tài)特性 481
7.1.2 機床的動力分析和動態(tài)設(shè)計 482
7.1.3 機床動力分析的基本內(nèi)容 483
7.1.4 機床動態(tài)設(shè)計的基本方法 485
7.1.5 機床動態(tài)設(shè)計的基本步驟 487
7.1.6 機床中的各種振動 488
7.2 機床結(jié)構(gòu)的動力學理論模型 489
7.2.1 集中參數(shù)模型 489
7.2.2 分布質(zhì)量梁模型 498
7.2.3 機床動力特性的模態(tài)表達式 502
7.2.4 模態(tài)參數(shù)的識別方法 508
7.2.5 機床動力學模型參數(shù)的識別 515
7.3 機床部件的動力學分析 518
7.3.1 主軸部件動力特性的分析與評價 518
7.3.2 主軸部件動力特性的計算方法 520
7.3.3 主軸部件的傳遞矩陣法 526
7.3.4 傳動鏈的扭轉(zhuǎn)振動 535
7.3.5 進給系統(tǒng)的動剛度 543
7.3.6 進給系統(tǒng)的自激振動 547
7.4 機床結(jié)合部的動力學分析 553
7.4.1 機床螺栓結(jié)合部動力學模型 555
7.4.2 機床錐配合結(jié)合部動力學模型 562
7.4.3 滾動導軌結(jié)合部動力學模型 567
7.4.4 滾動功能部件結(jié)合部動力學模型 572
7.4.5 機床軸承部件結(jié)合部動力學模型 577
7.4.6 考慮結(jié)合部的機床動力學模型實例 580
7.5 機床結(jié)構(gòu)動力特性的綜合分析與動態(tài)設(shè)計 582
7.5.1 機床結(jié)構(gòu)動力特性的綜合 582
7.5.2 機床結(jié)構(gòu)動態(tài)優(yōu)化設(shè)計原理 595
7.6 切削過程的動力特性和自激振動 603
7.6.1 動態(tài)切削力的確定方法 603
7.6.2 金屬切削過程中的自激振動 610
7.6.3 動態(tài)切削過程和切削參數(shù)的變化效應 617
7.6.4 金屬切削加工過程的穩(wěn)定性 625
7.6.5 金屬磨削加工過程的穩(wěn)定性 644
7.6.6 提高機床加工穩(wěn)定性的途徑 654
參考文獻 665
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