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《具有不平衡-碰摩耦合故障的转子-滚动轴承系统非线性动力》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、振动与冲击第27卷第4期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCKVol.27No.42008具有不平衡-碰摩耦合故障的转子-滚动轴承系统非线性动力学研究陈果(南京航空航天大学民航学院,南京210016)摘要:建立了滚动轴承支承下的转子系统的不平衡-碰摩耦合故障动力学模型。在滚动轴承模型中,充分考虑了滚动轴承间隙、滚动轴承的滚珠与滚道的非线性赫兹接触力以及由滚动轴承支撑刚度变化而产生的VC(Varyingcom2pliance)振动,在转子系统中,考虑了不平衡和转静碰摩耦合故障。运用数值积分方法获取了系统的非线性动力响应,分析了转子旋转速度、滚动轴
2、承间隙、碰摩刚度、转子偏心量对系统动力响应的影响,研究了系统分叉与混沌特征分析,发现了通往混沌的倍周期分叉和阵发性分叉途径。关键词:转子动力学;滚动轴承;不平衡;碰摩;混沌;分叉中图分类号:O322文献标识码:A目前,在转子动力学的研究中,充分考虑了轴承的平衡力在所有转速范围内为常力,因此与实际情况也影响因素,逐渐形成了转子-轴承动力学研究方向,其存在较大差距。研究工作主要表现为两方面,一方面,针对滑动轴承,有鉴于此,本文将建立滚动轴承支承下的转子不进行了滑动轴承非线性油膜力下裂纹转子运动分析、平衡与碰摩耦合故障的非线性动力学模型。不仅综合碰摩转子运动分析、
3、基础松动转子运动分析等单一和考虑了不平衡、轴承间隙、VC振动、以及非线性赫兹接[1]耦合故障机理分析。另一方面,针对滚动轴承,进行触力等因素,而且还将不平衡力作为随转速变化的力[2-6]了滚动轴承支承下的碰摩、松动等故障机理分析。考虑。研究了转子转速、轴承间隙、碰摩刚度以及转子其中,关于在滑动轴承支承下的转子动力学研究较为偏心量对系统响应的影响,用分叉图、频谱图、相平面深入,而关于滚动轴承支承下的转子动力学研究中,虽图及Poincaré映射图来对系统响应进行分叉和混沌特然转子建模很详细,但滚动轴承的建模却很简单,仅仅征分析。获取了通往混沌的多种途径。考虑了非
4、线性赫兹接触力的影响,没有考虑轴承间隙1转子-滚动轴承系统的不平衡-碰摩耦合和由于滚珠和滚道的接触位置变化引起的轴承总体刚故障动力学模型度周期变化所导致的参数激振(该振动也称为VC振动:Varyingcompliancevibration),因此与实际情况存在111系统动力学方程一定的差距。在专门研究滚动轴承振动的文献中,尽图1为本文建立一个含不平衡和碰摩故障的转管对滚动轴承的建模很详细,但其未能与转子振动进子-滚动轴承动力学模型,在模型中,转子两端由2个行很好的结合,转子对轴承的影响基本上是通过静载相同的滚动轴承支承。其中,O1、O2、O3分别为轴承几[7
5、][8]荷的方式施加在轴承上,Fukata,Mevel和Guyader何中心、转子几何中心、转子质心;mrp:转子在圆盘处的的研究没有考虑转子不平衡对系统所产生的激振,仅等效集中质量;mrL、mrR:转子在左右两端轴承处的转子仅考虑了由刚度变化引起的参数激振(VC振动);Kim集中质量;crp、crb:转子在圆盘处、轴承处的阻尼系数;k:[9,10]和Noah考虑了不平衡力,而未考虑VC振动,同时他们仅仅考虑了轴承的间隙非线性。Tiwari和Gup2[11]ta的研究虽然将不平衡、轴承间隙、VC振动、以及非线性赫兹接触力进行了综合考虑,但所考虑的不图1转子-
6、滚动轴承系统不平衡-碰摩耦合故障动力学模型示意图收稿日期:2007-01-18作者陈果男,副教授,1972年生44振动与冲击2008年第27卷弹性轴的刚度;kr:碰摩刚度;δ:转子圆盘和静子的间设轴承中滚珠在内外滚道之间等距排列,滚珠与隙,e:质量偏心量;FyL、FxL:左端轴承的支承反力;FyR、滚道之间为纯滚动。设一滚珠与外圈接触点的线速度FxR:右端轴承的支承反力;Px、Py:碰摩力在x和y方向为VOut,与内圈接触点的线速度为Vln,轴承外圈的旋转的分量。角速度为ωOuter,轴承内圈的旋转角速度为ωlnner,外滚由牛顿第二定理,可以得到系统运动微
7、分方程:道半径为R,内滚道半径为r,则···mrpxrp+crpxrp+k(xrp-xrL)+k(xrp-xrL)=VOut=ωOuter×RVln=ωlnner×r2则,保持架(即滚珠中心)线速度为:VCage=(VOut+Vln)/mrpeωcos(ωt)+Px···2,由于外圈固定,因此有VOut=0,则VCage=Vln/2=mrpyrp+crpyrp+k(yrp-yrL)+k(yrp-yrL)=(ωlnner×r)/2。所以,保持架的角速度为:2mrpeωsin(ωt)-mrpg+PyVCage(ωlnner×r)/2ωCage==···(R+r)
8、/2(R+r)/2mrRxrR+crbxrR+k(x
