高等转子动力学

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出版者:机械工业出版社
作者:闻邦椿等
出品人:
页数:494
译者:
出版时间:1999-08
价格:52.00
装帧:平装
isbn号码:9787111069119
丛书系列:
图书标签:
  • 转子
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具体描述

本书系全国十余所著名高等院校教授集体编著的高水平学术著作,详

细地介绍了转子动力学的计算分析方法、轴承的动力特性、转子系统的稳定

性、转子系统的机电耦联振动、旋转机械的参数测试与识别、故障转子的动

力特性、旋转机械故障诊断技术、旋转机械现场故障分析与治理、转子动力

学研究展望等,书的内容基本上反映了作者在这些研究领域中积累的经验

与贡献。

本书对于电力、核能、石化、机械、航空与航天等部门中,从事旋转机械

的动力设计、振动分析与排除振动故障的工程技术人员,是-本有较大指导

作用或参考价值的书籍,也是高校教师和研究生以及有关科技人员从事转

子动力学课题研究的重要参考著作。

《电机设计与制造基础》 导言:机械能转换的基石 本书旨在为读者提供电机设计与制造领域的全面基础知识,深入探讨从基本原理到实际应用的各个环节。在当今对能源效率和可持续发展日益关注的时代,电机的设计与制造技术不仅是工业进步的核心驱动力,更是实现电气化未来的关键。本书结构严谨,内容详实,力求在理论深度与工程实践之间搭建一座坚实的桥梁。 第一部分:电磁基础与电机理论 本部分将奠定读者理解电机工作原理的理论基础。我们将从麦克斯韦方程组出发,回顾静电场和静磁场的经典理论,随后过渡到交变电磁场和时变系统的分析。 第一章:电磁场基础回顾 矢量分析与场论: 介绍微分算子(梯度、散度、旋度)及其在物理场描述中的应用。 麦克斯韦方程组: 详细阐述了四个基本方程在不同介质中的形式,并重点讨论了法拉第电磁感应定律在电机反电动势产生中的核心作用。 边界条件与镜像法: 讲解理想导体、绝缘体边界上的电磁场分布规律,为后续分析复杂结构中的磁通分布提供工具。 第二章:磁路与磁性材料 电机性能的优劣在很大程度上取决于磁路的合理设计。本章专注于磁路分析方法和关键材料的特性。 磁路分析法: 详细介绍磁路欧姆定律、磁阻概念及其在直流电机和变压器初步设计中的应用。探讨漏磁现象及其对计算精度的影响。 磁性材料特性: 深入分析铁磁材料的B-H 曲线、磁滞现象、剩磁与矫顽力。重点介绍硅钢片(如取向硅钢和无取向硅钢)的损耗特性(涡流损耗和磁滞损耗)及其与交流频率和磁通密度的关系。 永磁体技术: 概述稀土永磁材料(如NdFeB、SmCo)的性能指标,包括矫顽力、剩磁和最大磁能积,并探讨温度对永磁体性能的影响。 第三章:电动机工作原理 本章将聚焦于交流和直流电机运行的基本物理过程。 旋转磁场理论: 详细推导三相对称绕组在电源激励下产生的旋转磁场的速度、方向和合成磁通,这是交流电机分析的基石。 电磁转矩的产生: 基于洛伦兹力和安培定律,推导电机转矩的一般表达式,并分析转矩的产生机制(磁阻转矩与相互作用转矩)。 等效电路模型建立: 针对不同类型的电机(如异步机、同步机),推导其稳态和暂态运行下的单相等效电路,明确各元件(励磁支路、等效负载支路)的物理意义。 第二部分:电机设计与性能优化 本部分将从工程角度出发,指导读者如何根据特定需求,进行电机的初步设计、参数计算和性能评估。 第四章:电机主要参数设计 电机的设计是一个多目标优化过程,涉及电磁负荷、尺寸确定和材料选择的权衡。 比功率与比磁荷: 介绍比功率(单位体积或重量的输出功率)的概念,并阐述比磁荷和比电荷对电机尺寸和效率的影响。 定子与转子几何尺寸确定: 依据输出功率、转速和额定电压,计算电机的有效长度和外径比,并讨论铁心长度对散热和体积的影响。 绕组设计与嵌装: 详细介绍集中绕组和分布式绕组的结构,计算槽满率、节距系数和分布系数,并分析它们对谐波和反电动势的影响。 第五章:损耗与效率分析 电机的能源效率是当前设计的核心指标。本章重点分析损耗的构成与抑制措施。 铜耗分析: 计算绕组电阻、集肤效应(趋肤深度)对交流电阻的影响,以及集电环或滑环处的附加损耗。 铁耗精确计算: 阐述如何利用材料特性曲线和磁场分布,计算不同频率下的铁损,并探讨如何通过优化叠片厚度来降低涡流损耗。 机械损耗与杂散损耗: 分析风摩阻力、轴承摩擦等机械损耗,并介绍杂散损耗(如槽内漏磁引起的附加损耗)的估算方法。 第六章:冷却与温升计算 可靠性要求电机在长期运行中不超过其绝缘等级所允许的最高温度。 散热通路分析: 识别电机内部主要的散热路径(绕组到铁心、铁心到机壳、机壳到环境)。 集总参数法温升计算: 建立简化的热等效电路,利用传热学原理计算稳态和瞬态温升,并探讨风扇、油冷等主动冷却方式的效果。 绝缘系统选择: 根据计算出的温升和工作环境,介绍不同绝缘等级(如F级、H级)所采用的绝缘材料及其耐热性能。 第三部分:制造工艺与质量控制 优质的设计必须辅以精密的制造工艺才能转化为可靠的产品。本部分聚焦于关键制造环节。 第七章:铁心制造与加工 铁心的精度直接决定了气隙均匀性和磁路闭合的优劣。 冲片工艺: 详细介绍高速冲压技术,包括模具设计、材料的剪切变形对材料磁性能的影响,以及叠压过程中片间绝缘的处理。 铁心装配与压紧: 探讨轴向压紧和径向压紧对铁心气隙和局部磁饱和的影响,介绍真空浸漆固化工艺的作用。 槽绝缘处理: 介绍定子槽绝缘的制作工艺,包括绝缘纸的铺设、折边处理和绝缘性能测试。 第八章:绕组嵌线与绝缘 绕组的嵌装质量对电机的电气性能和可靠性至关重要。 嵌线技术: 分类介绍手工嵌线、机嵌和自动嵌线工艺,重点分析多层集中绕组的紧密排列技术。 绕组端部处理: 探讨线圈端部结构(如波形、鸡爪型),及其对漏磁、电阻和机械强度的影响。 整体浸渍与绝缘处理: 详细介绍真空压力浸渍(VPI)工艺的流程、真空度控制和树脂的选择,确保绕组内部无空隙,提高抗湿热老化能力。 第九章:装配、测试与标准 关键装配环节: 讲解轴承的安装精度、气隙的测量与调整,以及转子动平衡的必要性。 性能测试方法: 介绍电机的主要性能试验,包括空载试验(测量空载损耗和励磁参数)、负载试验(确定效率和功率因数)以及堵转试验(测量堵转阻抗和转矩特性)。 行业标准与规范: 对比介绍国际(IEC)和国内(GB)关于电机效率等级(如IE3/IE4)和试验方法的标准要求。 结语 本书内容覆盖了电机从理论推导到工程实践的全链条知识体系。通过对电磁理论的深入理解、对设计参数的精确计算以及对制造工艺的严格控制,读者将具备独立设计和评估各类电机系统的能力,为未来的电机技术创新奠定坚实基础。

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目录信息

目 录
前言
第1章 转子动力学的计算分析方法
1转子动力学计算的特点
2转子-支承系统的建模
3具有各向同性支承的转子系统的计算分析
3.1典型构件的传递矩阵
3.2转子系统的临界转速和振型的计算
3.3RicCati传递矩阵法的奇点及其消除方法
3.4转子系统的不平衡响应的计算
3.5计算分析实例和计算程序框图
4具有各向异性支承的转子系统的计算分析
4.1振动量的复数表示,复振幅和复频率
4.2用Riccati传递矩阵法计算转子系统的固有频率和稳定性
4.3转子系统的不平衡响应的计算
4.4计算分析实例和计算程序框图
5用传递矩阵法求解转子系统的瞬态响应
5.1Riccati传递矩阵法和Newmark-β法的结合
5.2实例――240MW水轮发电机组轴系的瞬态响应
6传递矩阵-阻抗耦合法
6.1复杂转子系统的分割原则
6.2具有特殊支承的单转子系统临界转速的分析计算
6.3复杂转子支承系统临界转速的分析计算
6.4算例
7传递矩阵-分振型综合法
7.1分振型综合法
7.2约束模态的求法
7.3模态截阶及误差
7.4算例
8传递矩阵.直接积分法
8.1运动方程的导出
8.2临界转速与稳态不平衡响应的计算
8.3稳定性分析
8.4瞬态响应的分析
8.5算例
9关于盘、轴单元的传递矩阵及数值积分差分格式的讨论
9.1轴单元传递矩阵与梁轴有限元的关系
9.2改进的轴单元传递矩阵
9.3盘的瞬态传递矩阵
9.4数值积分的差分格式
参考文献
第2章 轴承的动力特性
1滑动轴承的动力特性
1.1固定瓦径向滑动轴承的油膜刚度和阻尼系数
1.2可倾瓦径向滑动轴承的油膜刚度和阻尼系数
1.3动静力润滑径向滑动轴承的油膜刚度和阻尼系数
1.4推力滑动轴承的油膜刚度和阻尼系数
2滚动轴承的动力特性
2.1滚动轴承的接触应力与变形
2.2滚动轴承的弹性流体动力润滑
2.3滚动轴承的负荷分布
2.4滚动轴承的刚度和阻尼系数
3挤压油膜阻尼器轴承的动力特性
3.1几种常见的阻尼器结构
3.2挤压油膜阻尼器的雷诺方程
3.3挤压油膜轴承压力边界条件
3.4挤压油膜力、油膜刚度和油膜阻尼
3.5考虑油膜惯性力影响时的挤压油膜力及其线性化表达式
参考文献
第3章 转子系统的动力稳定性
1稳定性理论和稳定性判据
1.1Lyapunov运动稳定性
1.2稳定性判据
1.3稳定性裕度
1.4非线性稳定性准则和非线性稳定性裕度
2扰动力的一般线性化模型及稳定性分析
2.1一般线性化模型
2.2扰动力分类
2.3稳定性分析举例
2.4陀螺系统
2.5循环系统
3蓖齿密封的动力特性系数
3.1基本方程的建立
3.2方程的求解
3.3蓖齿密封的动力特性系数
4材料与结构内阻尼
4.1线性粘弹性物质的普遍本构关系
4.2几种简单的粘弹模型
4.3普遍运动方程
4.4集聚参数(多盘)转子系统的普遍运动方程
4.5静载荷下粘弹转轴的静变形
4.6动力稳定性
4.7三参数模型下粘弹转轴的动力失稳
4.8内耗失稳的物理解释
4.9结构内阻尼
5油膜失稳
5.1油膜失稳现象
5.2油膜失稳的力学机理
5.3油膜线性失稳后振动的发展过程及其破坏机理
6内腔积液及充液转子
6.1二维理想自旋流体的扰动运动方程
6.2扰动流体对转子的反馈力公式
6.3充液转子作圆涡动的条件
6.4充液转子的动力稳定性
7碰摩引起的转子失稳
7.1单盘转子的全周碰摩稳定性分析
7.2多盘转子系统的全周碰摩稳定性分析
参考文献
第4章 转子系统的电磁激励与机电耦联振动
1机电耦联振动的特点
2发电机转子系统的电磁激发振动
2.1作用在发电机转子上的电磁力
2.2转子轴系由非线性电磁力激发的参数共振
3电动机转子系统的电磁激发振动
3.1电磁参数对转子强迫共振的影响
3.2高速异步电动机的参数共振与强迫共振的联合
4转子系统的机电耦联非线性振动
4.1数学模型
4.2方程组的解
4.3理论结果的分析及其与实验结果的比较
参考文献
第5章 旋转机械参数的测试和识别
1滑动轴承油膜动特性系数识别
1.1试验台及测试系统
1.2识别原理及方法
1.3现场识别
1.4油膜参数识别实例
2滚动轴承动刚度的测试
2.1滚动轴承动刚度测试的意义
2.2非旋转状态下滚动轴承动力特性测试
2.3定转速下滚动轴承动力特性测试
2.4由转子支承系统频响特性确定滚动轴承的动力特性
2.5滚动轴承动力特性的直接测试
3挤压油膜阻尼器动力特性的试验测定
3.1挤压油膜阻尼器动力特性的一般分析
3.2在旋转状态下测定挤压油膜
阻尼器的动力特性
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
4转子系统边界参数的识别
4.1有限元模型的边界参数识别
4.2边界元模型的边界参数识别
参考文献
第6章 故障转子的动力特性
1转子系统的失稳
1.1失稳机理与特点
1.2油膜失稳
1.3叶尖间隙气动力引起的失稳
1.4转子系统失稳的实例
2裂纹转子
2.1振动微分方程
2.2裂纹轴的刚度模型
2.3裂纹转子的动力特性
3转子的弯曲故障
3.1转子弯曲故障的类型
3.2轴弯曲故障的振动特征
4转子不对中
4.1转子不对中故障机理分析
4.2不对中故障的特征
参考文献
第7章 旋转机械故障诊断技术
1设备的监测与诊断
1.1机器振动的测量
1.2振动信号分析
1.3应用实例
1.4旋转机械状态监测与诊断技术的发展趋向
2模糊诊断
2.1模糊诊断的信息处理
2.2故障诊断的模糊模式识别方法
2.3故障诊断的模糊综合评判方法
2.4故障诊断的模糊聚类分析
3模式识别诊断
3.1模式识别方法
3.2模式识别的基本理论
3.3实例――某航空发动机振动监测及故障诊断系统
4神经网络故障诊断技术
4.1神经网络的思想方法及基本模型
4.2神经网络故障诊断方法
5智能诊断系统
5.1旋转机械故障诊断系统知识的表示与管理
5.2智能故障诊断系统推理方法
6变速旋转机械转子的状态监测
6.1非稳态信号
6.2非稳态信号的Kalman滤波法
6.3非稳态信号的自适应滤波法
6.4时域滤波与角域分析
参考文献
第8章 旋转机械振动故障的分析与治理
1航空发动机台架试车振动故障的分析与处理
1.1批量生产航空发动机台架试车振动故障的分析与处理
1.2研制中航空发动机台架试车振动故障的分析与处理
2汽轮发电机组现场故障的诊断及治理之一――强迫振动类故障
2.1引起强迫振动的激振力分析
2.2机组失衡故障的诊断与治理
2.3轴承座刚度不足的诊断与治理
2.4机组摩擦故障的诊断与治理
2.5转子中心孔进油故障的诊断与治理
2.6励磁机振动问题的分析与治理
2.7发电机转子热弯曲故障的诊断与治理
3汽轮发电机组现场故障的诊断及治理之二――自激振动类故障
3.1机组汽流激振故障的诊断与治理
3.2200MW机组油膜振荡故障的诊断与综合治理
参考文献
第9章 转子动力学研究展望
1转子动力学性能优化设计
1.1大型汽轮发电机组轴系动力学性能优化设计
1.2航空发动机转子动力学优化设计
2转子系统振动的主动控制
2.1转子振动主动控制的研究
2.2控制目的、目标函数、控制器设计
2.3转子系统振动的H00控制
2.4可控挤压油膜轴承
2.5反旋流控制
3电磁轴承-转子系统
3.1五自由度电磁轴承-转子系统
3.2电磁轴承的作用力
3.3电磁铁线圈的端电压方程
3.4电磁轴承支承的刚性转子系统的运动方程
3.5系统控制策略的选择
3.6系统状态方程
3.7控制器参数设计
4转子的自动平衡技术
4.1自动平衡装置的主要类型
4.2HIT2型自动平衡头简介
4.3自动平衡方法
5转子动力学中的若干非线性问题
5.1非线性研究的重要性、特点和研究方法
5.2支承松动
5.3转子-挤压油膜轴承系统的非线性问题
5.4碰摩转子系统的动力特性
5.5裂纹转子
5.6参数慢变的转子系统
参考文献
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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坦白说,这本书的阅读门槛不低,它要求读者具备扎实的微积分和线性代数基础,但一旦跨过这道坎,眼前的世界豁然开朗。作者在论证过程中所展现出的逻辑连贯性和严密性,是令人叹服的。它不是那种为了凑字数而铺陈的论述,每一个段落、每一句话都仿佛是经过精密计算后才放置在此处的。我发现,书中的一些高级主题,例如复杂系统的稳定性分析,作者的处理方式非常优雅,他巧妙地利用了某些看似不相关的数学工具,最终构建出了一个宏大而统一的理论框架,让人拍案叫绝。这种跨学科的思维整合能力,是这本书最宝贵的一点。此外,书末提供的参考文献列表也极为详尽和前沿,显示出作者对该领域最新研究动态的全面掌握,为有志于继续深造的读者指明了清晰的方向。这本书无疑是一座知识的高峰,攀登的过程虽有挑战,但顶峰的风景绝对值得。

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这本书的封面设计简洁有力,散发着一种古典与现代交织的质感,让人立刻联想到严谨的学术精神。装帧的工艺非常考究,纸张的厚度适中,手感温润,即便是长时间翻阅,眼睛也不会感到过分疲劳。我原本以为这是一本晦涩难懂的专业书籍,但翻开扉页后,那种清晰的逻辑和严密的结构立刻吸引了我。作者的行文风格如同精准的机械结构图,每一个概念的引入都恰到好处,不急不躁,仿佛在引导读者一步步登上知识的阶梯。特别是前几章对基本概念的梳理,简直是教科书级别的范本,即便是对相关领域有一定了解的读者,也能从中获得新的启发。书中的插图和示意图更是精妙绝伦,复杂的三维运动被分解成了易于理解的二维投影,极大地降低了理解门槛。我尤其欣赏作者在叙述中流露出对这门学科深沉的热爱,这种热情是能够穿透纸张,感染到读者的,让人对即将展开的深度探讨充满了期待。总而言之,从物质形态到内在布局,这本书都展现出极高的专业水准和匠人精神。

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阅读这本书的过程,就像是跟随一位经验丰富的大师进行了一场漫长而精密的学术考察。作者的论述并非堆砌公式和定理,而是充满了一种对物理现象本质的深刻洞察。他似乎总能找到最直观的角度去解释那些看似抽象的运动规律,这一点在关于非线性振动的部分体现得尤为明显。我发现,作者在处理理论推导时,总会穿插一些历史性的背景介绍,这不仅丰富了内容,更让读者明白这些知识是如何一步步被构建起来的,极大地增强了阅读的代入感和历史厚重感。书中引用的案例似乎都经过了精挑细选,它们并非空中楼阁般的理想模型,而是紧密贴合实际工程需求的场景,使得理论的价值得以立刻凸显。读完一个章节,我常常会合上书本,在脑海中重新模拟那些运动过程,那种清晰的画面感是其他很多教材难以提供的。这本书的价值在于,它不仅教你“是什么”,更深入地探讨了“为什么是这样”,这种探究式的阅读体验令人回味无穷。

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这本书的排版设计无疑是花了心思的,每一页的留白都恰到好处,使得复杂的数学表达式和图表得以充分呼吸,避免了信息过载带来的压迫感。我注意到,作者在关键的定理证明后面,经常会附带一个简短的“工程意义”或“物理启示”的总结,这个设计非常人性化。它像一座桥梁,连接了抽象的数学世界和具体的工程应用,让读者能够迅速从理论的“深井”中抽身出来,审视其在实际中的作用。特别是涉及到数值模拟和计算方法的章节,作者没有简单地罗列算法,而是用一种批判性的眼光分析了不同方法的适用范围和局限性,这种严谨和审慎的态度,对于培养未来研究人员的科学素养至关重要。我个人认为,对于已经掌握基础知识的进阶学习者而言,这本书提供的思考深度是远远超过一般入门教材的。它鼓励的不是被动接受,而是主动质疑和深入探索。

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从图书馆借阅这本厚重的著作时,我原本预估这将是一场与枯燥公式的苦战。然而,这本书的叙述节奏掌握得十分老练,它知道何时应该放慢脚步详述细节,何时又可以果断地推进到下一个理论层面。作者在探讨某些高维动力学行为时,引入了一些非常新颖的比喻和类比,这些比喻虽然不直接出现在严谨的数学推导中,却极大地帮助我建立了对物理图像的直观认知,有效地避免了在纯粹的符号运算中迷失方向。我尤其欣赏其章节之间的过渡处理,衔接得天衣无缝,使得整个知识体系的构建过程显得水到渠成,没有任何生硬的跳跃感。这本书的价值在于,它不仅是理论的阐述者,更是一位耐心的引导者,它没有将读者抛弃在复杂的数学迷宫中,而是始终提供清晰的指示牌,确保每一步的理解都是牢固且深刻的。这绝对是一本可以反复研读,每次都能挖掘出新层次洞见的宝典。

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