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具有非线性支承刚度的轴承—转子系统非线性动力学研究

张利芹  
【摘要】:滚动轴承作为一种重要的机械基础部件,广泛应用于机械工程的各个领域。随着计算机技术和非线性动力学理论的发展,特别是旋转机械的高速化发展,过去滚动轴承按刚性支承处理的思路过分简化了转子系统的动力学问题,往往不能得到足够准确的解答。滚动轴承支承的高速转子系统的动力特性在很大程度上取决于其轴承的特性,尤其是轴承的径向非线性刚性特性。为了保证滚动轴承支承的转子系统稳定安全运转,有必要研究滚动轴承非线性刚性对系统分岔、混沌等动力特性的影响。本文的研究对象是深沟球轴承支承的水平刚性转子系统,分析滚动轴承在不同径向间隙时转子的非线性动力学行为,对转子系统进行数值计算,模拟转子系统复杂的非线性现象。 取球轴承的径向内部间隙为主要研究参数,分析了平衡和不平衡这两种转子系统的动力学响应特性。计算结果表明,系统在某些参数域中可能发生倍周期分岔、拟周期和混沌运动,用数值积分方法得到系统在某些特殊参数域中的分岔图、轴心轨迹图、相图和Poincaré图。 对于平衡转子系统,转子的运动形态在很大程度上取决于滚动轴承的径向内部间隙。随着间隙的增大,不稳定区和混沌响应区变宽,同时位移响应的峰值增大即轴承的动态刚度减小。 不平衡转子系统的非线性是由于赫兹接触和轴承的径向间隙引起的,系统的激励频率为振动频率和转子的旋转频率。数值计算结果表明,当轴承—转子系统的转速变化时,动态响应出现了失稳现象。 本文通过数值计算和对计算结果的分析,为滚动轴承—转子系统在设计方面提供理论基础。


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