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.pdfVIP

振 动 与 冲 击 第27卷第4期 JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK 具有不平衡一碰摩耦合故障的转子一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一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(Varying corn— pliance)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：0322 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、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 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 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Poincar~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。 考虑了非线性赫兹接触力的影响，没有考虑轴承间隙 1 转子一滚动轴承系统的不平衡一碰摩耦合 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：Varying compliance vibration)，因此与实际情况存在 1．1 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 子一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，O。、O 、O，分别为轴承几 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；m ：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；m也、m ：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；c 、c ：转子在圆盘处、轴承处的阻尼系数；k： 和Noah[ ，m 考虑了不 平衡力，而未考虑VC Y 振动，同时他们仅仅 考虑了轴承的间隙非 线性。Tiwari和 Gup— R ta l 的研究虽然将不