张超，华北电力大学机械工程系机械电子教研室副主任，副教授，主要从事大型旋转机械设备状态监测与故障诊断方面的教学与科研工作。作为主要研究人员参与了“风火打捆下汽轮发电机组轴系振动机理及机电耦合故障诊断方法研究”“机-网耦合作用下风力发电机传动系统故障机理与诊断方法研究”“发电机三维气隙偏心与定转子绕组短路耦合故障的机电交叉特性分析及其诊断方法研究”“发电机内部复合故障时机组轴系振动机理与故障诊断研究”“电网冲击下超(超)临界汽轮发电机组轴系-叶片弯扭耦合振动特性的研究”等多项国家自然科学基金面上项目的研究，主研和参与了多项设备故障诊断的横向项目研究与开发，主要包括辽宁东方发电有限公司“汽轮发电机组振动远程故障诊断系统”，山东聊城鲁能热电有限公司“振动信号测试采集分析系统”，河北省电力勘探设计研究院“西柏坡电厂#5机励磁间振动故障诊断”，呼和浩特市博泵销售有限公司“旋转机械振动信号测试采集与分析系统”，大唐（通辽）霍林河新能源有限公司“风电机组振动监测与分析系统”，东北电网有限公司齐齐哈尔超高压局“齐齐哈尔超高压局500kV管母线振动、挠度在线监测装置科研项目”；主研的“风力发电机主轴刹车片摩擦性能试验系统”科研项目通过2013年省级鉴定，鉴定结果为国际先进，并获得2015年度河北省科技进步三等奖。公开发表学术论文20余篇，其中以一作身份发表SCI收录论文1篇，EI收录论文6篇。参编出版教材1部；多次指导大学生参加“挑战杯”、“大学生创新创业项目”等，获得省级二等奖1项；获得发明专利授权1项，实用新型专利授权4项，软件著作权4项。

第1章 绪论 001
1.1 转子动力学的基本概念 001
1.1.1 旋转机械 001
1.1.2 转子 002
1.1.3 转子的振动 003
1.1.4 转子动力学 003
1.2 转子动力学的研究内容 004
1.2.1 转子的动力学建模与计算 004
1.2.2 转子的临界转速计算 004
1.2.3 转子的不平衡响应 005
1.2.4 轴承的动力学特性 006
1.2.5 转子的稳定性 006
1.2.6 转子的平衡技术 007
1.3 转子动力学的发展概况 007
1.4 转子动力学的研究现状与展望 009
1.4.1 转子的动力学设计 009
1.4.2 转子的动力学特性 009
1.4.3 转子的平衡技术 009
1.4.4 转子振动噪声和参数识别 010
1.4.5 转子的振动控制技术 010
1.4.6 转子动力学的发展方向 010

第2章 单圆盘转子的动力学建模与计算 011
2.1 单圆盘转子的模型与求解 011
2.1.1 刚性支承的单圆盘转子 011
2.1.2 刚性支承的单圆盘转子的运动微分方程 013
2.1.3 运动微分方程的解法 013
2.1.4 单圆盘转子的动力学求解 015
2.2 单圆盘转子的涡动与进动 016
2.2.1 转子的涡动 016
2.2.2 转子的进动 017
2.2.3 单圆盘转子的涡动特性 018
2.2.4 外部阻尼对转子涡动的影响 019
2.3 单圆盘转子的不平衡响应与临界转速 021
2.3.1 质量偏心转子的运动微分方程 021
2.3.2 单圆盘转子的不平衡响应 022
2.3.3 单圆盘转子的临界转速 023
2.3.4 外部阻尼对转子不平衡响应的影响 024
2.4 转子的陀螺效应 026
2.4.1 转动坐标系下转子的涡动 026
2.4.2 陀螺力矩 028
2.4.3 考虑陀螺力矩时转子的运动微分方程 035
2.4.4 陀螺力矩对转子临界转速的影响 039
2.5 单圆盘转子算例 042
2.5.1 单圆盘转子的进动角速度计算 042
2.5.2 单圆盘转子的振型计算 045
2.6 弹性支承对转子临界转速的影响 047
2.6.1 弹性支承的单圆盘转子模型 047
2.6.2 弹性支承对转子运动的影响 050

第3章 多圆盘转子的动力学建模与计算 052
3.1 多圆盘转子的模型 052
3.1.1 振动系统的柔度影响系数 053
3.1.2 达朗贝尔原理 056
3.1.3 多圆盘转子的运动微分方程 057
3.2 多圆盘转子的动力学求解 061
3.2.1 多自由度系统的特征值和模态振型 061
3.2.2 多圆盘转子特征值的性质 065
3.2.3 多圆盘转子的主振动 067
3.3 多圆盘转子的临界转速 071
3.3.1 共振与临界转速的关系 071
3.3.2 多圆盘转子临界转速的解法 072
3.3.3 多圆盘转子算例 074
3.4 多圆盘转子的不平衡响应 077
3.4.1 运动微分方程法求解多圆盘转子的不平衡响应 078
3.4.2 模态叠加法求解多圆盘转子的不平衡响应 079

第4章 转子的传递矩阵计算方法 086
4.1 转子的集总质量模型 086
4.1.1 转子质量的离散化 086
4.1.2 滑动轴承的动力学模型 090
4.1.3 转子支承的简化 092
4.2 传递矩阵 095
4.2.1 传递矩阵的建立方法 095
4.2.2 带弹性支承的刚性薄圆盘的传递矩阵 099
4.2.3 圆盘与轴段组合部件的传递矩阵 100
4.3 弹性支承转子的Prohl 传递矩阵法 101
4.3.1 临界转速的Prohl 传递矩阵解法 101
4.3.2 转子模态振型的Prohl 传递矩阵解法 105
4.4 传递矩阵法的拓展与改进 106
4.4.1 刚性支承转子的Prohl 传递矩阵法 106
4.4.2 利用剩余力矩求解转子的临界转速 109
4.4.3 Porhl 传递矩阵法的优缺点 110
4.4.4 Riccati 传递矩阵法 111
4.4.5 Riccati 传递矩阵法的改进 114
4.5 传递矩阵法的转子算例 119

第5章 转子的平衡技术 123
5.1 转子不平衡的基本概念 123
5.1.1 不平衡量及其分布 123
5.1.2 刚性转子和挠性转子 125
5.1.3 静不平衡、偶不平衡与动不平衡 127
5.1.4 转子不平衡的产生原因 128
5.2 刚性转子的平衡技术 128
5.2.1 刚性转子的平衡原理 128
5.2.2 刚性转子的通用平衡机 131
5.2.3 刚性转子的现场平衡 133
5.2.4 刚性转子的平衡品质 136
5.3 挠性转子的平衡技术 138
5.3.1 挠性转子的模态平衡法 138
5.3.2 挠性转子的影响系数平衡法 146
5.3.3 挠性转子的轴系现场平衡 148
5.4 其他平衡技术 150
5.4.1 最小二乘影响系数法 150
5.4.2 模态响应圆法 152
5.4.3 谐分量法 154
5.4.4 挠性转子的平衡策略与准则 155

第6章 旋转机械的振动测试与故障诊断 157
6.1 概述 157
6.1.1 旋转机械的振动类型 157
6.1.2 旋转机械振动测试的作用 159
6.1.3 旋转机械振动测试的内容 159
6.2 旋转机械的振动测试 160
6.2.1 旋转机械振动测试系统的结构 160
6.2.2 传感器的选用 161
6.2.3 旋转机械的振动测量方式 170
6.2.4 旋转机械常用的振动测试技术 172
6.2.5 旋转机械振动评定标准 179
6.3 旋转机械的振动图谱分析与故障诊断方法 182
6.3.1 频谱图 182
6.3.2 三维频谱图 187
6.3.3 轴心位置图 188
6.3.4 轴心轨迹图 190
6.3.5 伯德图与极坐标图 195
6.3.6 振动趋势图 198

附录A 转子动力学算例的Matlab 程序 200
附录A.1 三自由度简支梁的模态计算 200
附录A.2 刚性支承单圆盘转子的临界转速与模态振型计算 202
附录A.3 弹性支承单圆盘转子的临界转速与模态振型计算 204
附录A.4 双圆盘转子的临界转速与模态振型计算 206
附录A.5 Prohl 传递矩阵法计算转子的临界转速与模态振型 209

附录B 转子动力学术语中英文对照 212

参考文献 216