译者序

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涡轮增压技术在提高发动机动力性、经济性，降低废气排放和噪声等方面具有无可比拟的优势，因此被广泛应用于多个工业领域。涡轮增压器的结构复杂，工作环境恶劣，涉及气动、传热、结构、振动、噪声等多个领域，属于典型的多学科耦合系统。涡轮增压器的转子系统长时间工作在高速、高温等极端条件下，极易受到外部激励力、不平衡激励力等因素影响而产生共振，导致转子结构损坏。因此，了解转子动力学、热力学、流体力学、轴承动力学、摩擦学等相关内容，掌握涡轮增压器转子动力学响应与特性，形成转子动力学分析方法及转子系统设计方法，建立转子、轴承与增压器设计平台，可以有效满足涡轮增压器开发和应用需求。本书立足于基础理论，机理分析与工程实践并重，既可用于车用涡轮增压器转子动力学方向，也可用于船舶、电站、交通运输等涡轮机械转子动力学领域。

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原著者于 1988 年在德国卡尔斯鲁厄理工学院机械工程专业获得博士学位，2007 年开始在博世马勒公司负责涡轮增压系统的转子动力学、轴承和设计平台研究。*Rotordynamics of Automotive Turbochargers (Second Edition)* 一书是原著者多年技术积累和工程实践经验的总结，系统介绍了转子动力学的基础理论、车用涡轮增压器的转子动力学特性、轴承动力学、增压器平台设计等内容，为涡轮增压器转子系统设计与振动噪声控制提供了理论基础和依据。

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本书共 10 章，分别介绍了涡轮增压的基本概念、涡轮增压器热力学、涡轮增压器振动、转子动力学行为的稳定性分析、涡轮增压器的线性转子动力学、涡轮增压器的轴承动力学、涡轮增压器的非线性转子动力学、涡轮增压器的转子动平衡、油膜轴承中的应用摩擦学、涡轮增压器试验台设计。曹贻鹏负责第 4～7 章的翻译工作，刘扬负责第 8 章和第 10 章的翻译工作，刘晨负责第 1～3 章和第 9 章的翻译工作并对全书进行统稿。张新玉教授对译稿进行了审校，在此表示衷心感谢。研究生张润泽、杨国栋、孙昌宏、丛仁宏、陈志强、马泽群、杜林声、展旭等在本书翻译的过程中做了大量基础性工作，在此一并表示感谢。

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本书的出版得到了工业和信息化部高技术船舶科研项目 ;船用低速机工程（一期）研制 ?船用低速机增压器研制 的资助，在此深表感谢。

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由于译者水平有限，书中难免有疏漏与不足，敬请读者谅解，并不吝指正。

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译 者

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2025 年 8 月

本书共10章。第1章概述了涡轮增压器的基本概念及其在小型化发动机上的应用；第2章介绍了涡轮增压器热力学的基本概念；第3章介绍了涡轮增压器振动，并对其振动特性进行了说明；第4章介绍了转子动力学行为的稳定性分析，给出了计算方法及相应的算例；第5章详述了涡轮增压器的线性转子动力学；第6章论述了涡轮增压器轴承动力学；第7章详述了涡轮增压器非线性转子动力学；第8章探讨了涡轮增压器转子平衡，给出了不同方法并进行了对比；第9章介绍了油膜轴承中的应用摩擦学；第10章介绍了如何进行涡轮增压器型谱设计。

目录

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第 1 章 涡轮增压概述

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1.1 概述

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1.2 涡轮增压器在小型化发动机中的应用

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1.3 增压空气压力的调节

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1.4 小型发动机的进气压力需求

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参考文献

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第 2 章 涡轮增压器热力学

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2.1 热力学特性

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2.2 压气机和涡轮的效率

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2.3 涡轮增压器方程

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2.4 涡轮增压器的响应时间

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2.5 增压器匹配

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参考文献

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第 3 章 涡轮增压器的振动

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3.1 概述

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3.2 涡轮增压器的振动模态

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3.3 涡轮增压器的振动特性

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3.3.1 频域特性

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3.3.2 时域特性

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3.4 涡轮增压器的线性振动和非线性振动

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3.5 转子轨迹的测量

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3.5.1 涡流传感器工作原理

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3.5.2 转子轨迹测量

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3.5.3 转子轨迹研究实例

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3.6 实例研究

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参考文献

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第 4 章 转子动力学行为的稳定性分析

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4.1 概述

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4.2 线性转子动力学的稳定性分析

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4.2.1 自由振动响应的特征值

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4.2.2 特征值计算实例

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4.2.3 基于劳斯ndash;赫尔维茨 (Routhndash;Hurwitz) 判据的稳定性分析

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4.3 非线性转子动力学的稳定性分析

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4.3.1 自治系统中的振动方程

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4.3.2 基于分岔理论的稳定性分析

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4.3.3 霍普夫分岔理论特性

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4.3.4 霍普夫分岔的分类

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4.3.5 分岔的坐标变换

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4.3.6 振动方程的雅可比矩阵

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4.3.7 亚临界霍普夫分岔的研究实例

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4.3.8 奈马克ndash;萨克 (Neimarkndash;Sacker) 环面分岔的稳定性

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4.3.9 非自治系统的振动方程

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参考文献

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第 5 章 涡轮增压器的线性转子动力学

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5.1 概述

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5.2 线性转子动力系统的振动响应

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5.3 柔性转子的轴承力

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5.4 转子系统的陀螺效应

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5.5 涡轮增压器的振动方程

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5.6 加速过程的瞬态响应

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5.7 基于坎贝尔图的频率分析

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5.8 线性转子动力学计算

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参考文献

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第 6 章 涡轮增压器的轴承动力学

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6.1 概述

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6.2 雷诺方程

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6.3 斯特里贝克曲线对应的润滑方式

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6.4 推力轴承

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6.4.1 工作原理

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6.4.2 转子推力载荷计算

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6.4.3 推力轴承设计

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6.4.4 推力轴承的影响参数

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6.5 径向滑动轴承

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6.5.1 油膜轴承理论

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6.5.2 轴颈上的非线性轴承力

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6.5.3 浮环轴承

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6.5.4 浮环轴承的影响参数

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6.6 滚动轴承

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6.6.1 滚动轴承的特性

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6.6.2 带挤压油膜阻尼器的球轴承

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6.6.3 轴承缺陷相关频率

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参考文献

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第 7 章 涡轮增压器的非线性转子动力学

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7.1 转子动力学的边界条件

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7.2 带有浮环轴承的转子振动方程

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7.3 同步振动和异步振动

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7.4 瀑布图中的频率分析

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7.5 涡轮增压器的油膜涡动和油膜振荡

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7.5.1 油膜涡动的根本原因

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7.5.2 失稳阈值

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7.6 振动调制

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7.6.1 非线性振动系统响应

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7.6.2 调制边带频率

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7.7 车用涡轮增压器的空气噪声

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7.7.1 噪声的分类

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7.7.2 不平衡啸叫噪声和油膜涡动噪声

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7.8 离散傅里叶变换中的混叠和奈奎斯特频率

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7.8.1 离散傅里叶变换

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7.8.2 离散傅里叶变换中的混叠

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7.8.3 奈奎斯特频率

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7.9 非线性转子动力学的计算

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7.9.1 两相雷诺润滑方程

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7.9.2 非线性转子动力学计算结果

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参考文献

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第 8 章 涡轮增压器的转子动平衡

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8.1 进行转子动平衡的原因

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8.2 转子动平衡的分类

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8.3 刚性转子的两平面低速动平衡

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8.4 柔性转子的两平面高速动平衡

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8.4.1 振型平衡理论

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8.4.2 影响系数法

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8.4.3 振型平衡法和影响系数法的对比

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参考文献

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第 9 章 油膜轴承中的应用摩擦学

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9.1 概述

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9.2 润滑油特性

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9.3 润滑油的高温、高剪切黏度

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9.4 润滑油黏度指数

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9.5 斯特里贝克 (Stribeck) 曲线

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9.6 表面纹理参数

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9.6.1 表面高度形貌

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9.6.2 表面摩擦学参数

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9.7 轴承的弹性和塑性变形

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9.7.1 正应力

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9.7.2 剪应力

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9.7.3 轴承摩擦力

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9.7.4 轴承摩擦功

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9.7.5 莫尔应力圆图

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9.8 油膜轴承的磨损机理

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参考文献

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第 10 章 涡轮增压器试验台设计

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10.1 概述

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10.2 内燃机的市场分析

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10.3 压气机和涡轮叶轮的尺寸计算

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10.4 转轴直径的计算

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10.5 增压器试验台的轴承壳和转子系统结构设计

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参考文献

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附录 A 惯性坐标与进动坐标的变换

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附录 B 计算常用对数值 X 对应的值 x

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附录 C 带复系数的特性方程求解

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附录 D 正态分布密度函数和概率函数

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延伸阅读