高速列车轴箱轴承-转子系统非线性动力学行为分析

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1、密级：公开工学硕士学位论文高速列车轴箱轴承-转子系统非线性动力学行为分析NonlinearDynamicBehaviorAnalysisofAxleBoxBearingRotorSystemforHighSpeedTrain培养单位：机械工程学院专业：车辆工程研究生：王宝森指导教师：刘永强副教授二○一八年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石家庄铁道大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工

2、作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)作者签名：日期：导师签名：日期：摘要近些年来，我国高速铁路事业蓬勃发展。轴箱轴承作为高速列车走行部的关键部位，一

3、旦发生故障，将会直接影响高速列车的运行状态，极易导致事故的发生。利用非线性理论研究含故障轴承的非线性动力学行为，有助于发现隐藏在系统内的本质规律，揭示故障产生机理和演化规律，为高速动车组轴箱轴承的设计、检修和维护提供理论依据。首先，分析了轴承的振动机理，介绍了滚动轴承的实际故障种类和故障原因，并给出了轴承的经典故障特征频率公式；介绍了利用Runge-Kutta法对系统进行数值求解的基本思想；详细说明了分岔和混沌的基本概念和利用分岔和混沌理论对系统运动状态进行分析的基本方法；其次，建立了含外圈故障的高速列车轴箱轴承-转子系统非线性动力学模型，考虑了非线性赫兹接

4、触力、轴承径向间隙和转子质量偏心引起的不平衡激励等非线性因素，并通过实验对模型的有效性进行了验证。对系统进行数值求解得到系统的振动响应，分析了轴承内圈转速和故障尺寸对系统响应的影响，找到了通往混沌运动的环面破裂、倍周期分岔和阵发性途径。最后，深入分析了系统响应随故障尺寸等参数的变化趋势，利用峭度和信息熵两种统计量进行了系统特征分析。研究结果表明，峭度和信息熵两种统计量与故障尺寸变化趋势存在对应关系，一方面验证了模型的正确性，另一方面也发现轴承外圈振动位移的峭度值与轴承故障尺寸之间存在复杂的非线性对应关系，并在固定转速和不同转速两种情况下对这种对应关系进行了分

5、析，最后通过实验对分析结果进行了验证。轴承-转子系统动力学分析结果对研究列车轴箱轴承故障的产生机理和演化规律具有一定的价值，可以对实际的轴承检修和维护提供理论指导。对轴承外圈振动响应的统计量特征分析为故障诊断提供了新的判断依据，为发展故障诊断算法提供了新的思路。关键词：高速列车；轴箱轴承；故障尺寸；非线性动力学；统计特征AbstractInrecentyears,China'shigh-speedrailwaybusinessisbooming.Oncetheaxleboxbearing,keypartofhigh-speedtrainisoutoforde

6、r,therunningstateofhigh-speedtrainwillbechangeddirectly,whicheasilyleadstotheseriousaccident.Thebearingwithfailurewillshowcomplexnonlineardynamicbehaviorduringoperation.Theessentiallawshiddeninthesystem,themechanismoffailuregenerationandthelawofevolutionwillbefoundeasilybyestablish

7、ingthenonlineardynamicmodelofhigh-speedtrainaxleboxbearingrotorsystemandusingthenonlineartheorytostudythemotionstateofthesystem,whichprovidesthetheoreticalbasisforthedesign,overhaulingandmaintenanceofaxleboxbearingofhighspeedEMU.Firstly,thevibrationmechanismofthebearingisanalyzed,t

8、hepracticalfaulttypesandca