高等机械系统动力学：结构与系统

　　《高等机械系统动力学——结构与系统》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——结构与系统》主要阐述高等机械系统动力学的结构与系统。《高等机械系统动力学——结构与系统》共6章，主要内容包括机械系统动力学概述、齿轮结构动力学、凸轮结构动力学、轴承动力学、转子动力学分析方法与模型、转子系统动力学分析与控制等。

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目录
前言
第1章 机械系统动力学概述 1
1.1 机械结构与机械系统 1
1.2 常见的机械系统动力学问题 1
1.3 机械系统的动力学模型 3
1.3.1 刚性元件 3
1.3.2 弹性元件 3
1.3.3 阻尼 4
1.3.4 流体润滑动压轴承 5
1.3.5 机械系统动力学模型的选择 5
1.4 机械系统动力学分类 6
第2章 齿轮结构动力学 9
2.1 齿轮结构动力学概述 9
2.1.1 齿轮结构及其动力学特征 9
2.1.2 齿轮结构动力学的基本问题 10
2.1.3 齿轮结构的激励类型和性质 13
2.1.4 齿轮动载荷和动载系数 16
2.2 轮齿啮合动态激励基本原理 23
2.2.1 轮齿啮合综合刚度及其计算方法 23
2.2.2 轮齿啮合刚度动态激励原理 27
2.2.3 轮齿啮合误差动态激励原理 31
2.2.4 齿轮副啮合时的冲击激励原理 36
2.3 齿轮结构的动态分析模型 40
2.3.1 齿轮结构的扭转型分析模型 41
2.3.2 齿轮结构的啮合耦合型分析模型 46
2.3.3 齿轮结构的转子耦合型分析模型 56
2.3.4 齿轮结构的全耦合型分析模型 61
2.3.5 齿轮结构的动态子结构分析模型 62
2.4 齿轮结构的动态特性 68
iv 高等机械系统动力学——结构与系统
2.4.1 齿轮结构的动力稳定性 68
2.4.2 齿轮结构的固有特性 76
2.4.3 齿轮结构的动态响应 80
2.5 齿轮机构间隙非线性动力学 87
2.5.1 单自由度振-冲结构的非线性振动 87
2.5.2 多自由度振-冲结构的非线性振动 92
2.5.3 单自由度齿轮结构的间隙非线性振动 97
2.5.4 齿轮 -转子-轴承系统的间隙非线性振动 111
第3章 凸轮结构动力学 115
3.1 凸轮结构动力学概述 115
3.1.1 凸轮结构及其分类 115
3.1.2 凸轮结构动力学的影响因素及其基本问题 124
3.1.3 凸轮结构动力学模型的建立方法 128
3.2 往复式运动凸轮结构的动力学分析 146
3.2.1 从动件弹性凸轮结构的刚柔耦合动力学模型 146
3.2.2 摆动从动件凸轮结构的刚柔耦合动力学模型 150
3.2.3 考虑轴扭转及弯曲的动力学模型 152
3.2.4 凸轮结构的变系数动力学模型 156
3.3 平行分度凸轮结构的动力学分析 163
3.3.1 平行分度凸轮结构的廓形曲线方程 163
3.3.2 外平动分度凸轮结构的刚柔耦合动力学模型 168
3.3.3 内平动分度凸轮结构的刚柔耦合动力学模型 174
3.3.4 同轴式活齿凸轮分度结构的刚柔耦合动力学模型 181
3.4 圆柱分度凸轮结构的动力学分析 187
3.4.1 圆柱分度凸轮的廓形曲面方程 187
3.4.2 圆柱凸轮结构的三自由度刚柔耦合动力学模型 192
3.4.3 考虑间隙和柔性轴的圆柱分度凸轮结构动力学模型 193
3.4.4 圆柱凸轮结构的机电耦合动力学模型 197
3.5 弧面分度凸轮结构的动力学分析 202
3.5.1 弧面分度凸轮结构的啮合原理和啮合面方程 203
3.5.2 滚子齿式弧面分度凸轮结构的动力学模型 208
3.5.3 滚珠型弧面分度凸轮结构的动力学模型 217
3.5.4 包络蜗杆分度凸轮结构的动力学模型 237
第4章 轴承动力学 244
4.1 滚动轴承的动力学分析 244
4.1.1 滚动轴承的接触应力与变形 244
4.1.2 滚动轴承的弹性流体动力润滑 249
4.1.3 滚动轴承的负荷分布 252
4.1.4 滚动轴承的动力学系数 255
4.2 滚动轴承对转子系统稳定性的影响及振动控制 257
4.2.1 圆柱滚子轴承的动力学模型 257
4.2.2 滚动轴承支承的转子系统动力学模型 269
4.2.3 滚动轴承引起的转子系统共振 273
4.2.4 转子异常振动的影响因素 276
4.2.5 轴承转子系统的振动控制 279
4.3 滑动轴承的动力学分析 285
4.3.1 滑动轴承的分类、特点和结构组成 285
4.3.2 固定瓦径向滑动轴承的油膜刚度和阻尼 288
4.3.3 可倾瓦径向滑动轴承的油膜刚度和阻尼 299
4.3.4 动静力润滑径向滑动轴承的油膜刚度和阻尼系数 312
4.3.5 推力滑动轴承的油膜刚度和阻尼系数 316
4.4 挤压油膜阻尼器轴承的动力特性 321
4.4.1 几种常见的阻尼器结构 321
4.4.2 挤压油膜阻尼器的雷诺方程 322
4.4.3 挤压油膜轴承的压力边界条件 324
4.4.4 挤压油膜力、油膜刚度和油膜阻尼 326
4.4.5 考虑油膜惯性力影响的挤压油膜力及其线性化表达式 332
4.5 动压滑动轴承对转子系统稳定性的影响 335
4.5.1 单质量弹性转子 337
4.5.2 油膜失稳机理 341
4.5.3 系统参数的影响 343
4.5.4 常用径向滑动轴承的稳定性比较 347
4.5.5 可倾瓦径向滑动轴承的非本质稳定 351
4.5.6 径向滑动轴承、推力轴承支承的单质量弹性转子的稳定性 354
4.6 电磁轴承及带电磁轴承转子的动力学特性 360
4.6.1 主控式磁悬浮轴承的结构 361
4.6.2 PD反馈控制下电磁轴承控制器及转子系统的运动方程 363
4.6.3 PD反馈控制下转子运动方程的解 364
4.6.4 PID反馈控制下转子系统的振动特性 366
4.6.5 电磁轴承的影响因素与控制目标 367
4.6.6 带磁力轴承的柔性转子 369
第5章 转子动力学分析方法与模型 375
5.1 转子动力学概述 375
5.1.1 旋转机械及其分类 375
5.1.2 转子系统的类型及特点 375
5.1.3 旋转机械振动及其振动的基本特性 376
5.1.4 转子动力学的研究内容 379
5.1.5 转子支承系统的建模 380
5.2 转子动力学的分析方法 383
5.2.1 各向同性支承转子的分析计算 383
5.2.2 各向异性支承转子的分析计算 394
5.2.3 系统瞬态响应的传递矩阵法 401
5.2.4 传递矩阵-阻抗耦合法 406
5.2.5 传递矩阵-分振型综合法 414
5.2.6 传递矩阵-直接积分法 420
5.3 转子系统基本模型与物理效应 429
5.3.1 扰动力的线性化模型 429
5.3.2 黏弹性材料的本构模型 437
5.3.3 转子系统的普遍运动方程 440
5.3.4 动力稳定性与动力失稳 444
5.3.5 内耗失稳与结构内阻尼 448
5.3.6 转子系统的陀螺效应 450
5.3.7 内摩擦和滞后效应 454
5.3.8 转子系统的偏差 458
5.4 转子系统集中参数模型 459
5.4.1 刚性支承单盘对称转子模型 459
5.4.2 刚性支承单盘偏置转子模型 468
5.4.3 弹性支承单盘对称转子模型 480
5.4.4 弹性支承单盘偏置转子模型 485
5.4.5 刚性支承多盘转子模型 492
5.4.6 弹性支承多盘转子模型 502
5.5 转子系统分布质量模型 507
5.5.1 Rayleigh梁-轴模型 507
5.5.2 Timoshenko梁-轴模型 514
5.5.3 多段连续质量阶梯轴模型 523
5.5.4 弹性盘-柔性轴转轴系统模型 528
第6章 转子系统动力学分析与控制 536
6.1 转子系统动力学特性的演化规律 536
6.1.1 转子系统模型与运动控制方程 536
6.1.2 周期解的稳定性 539
6.1.3 转子系统振动响应演化方式 542
6.2 内腔积液及充液转子的动力学特性 545
6.2.1 二维理想自旋流体的扰动运动方程 546
6.2.2 扰动流体对转子的反馈力公式 548
6.2.3 充液转子做圆涡动的条件 550
6.2.4 充液转子的动力稳定性 551
6.2.5 碰摩引起的单盘转子失稳 555
6.2.6 碰摩引起的多盘转子失稳 562
6.3 转子系统的自激励因素和稳定性裕度 567
6.3.1 转轴材料的内摩擦 567
6.3.2 干摩擦 575
6.3.3 动压密封力 582
6.3.4 叶轮偏心力引起的流体激励力 592
6.3.5 系统的稳定性裕度 594
6.4 转子系统的电磁激励与机电耦联振动 604
6.4.1 机电耦联振动的特点 604
6.4.2 发动机转子系统的电磁激发振动 605
6.4.3 电动机转子系统的电磁激发振动 619
参考文献 633