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《具有不平衡-碰摩耦合故障的轉(zhuǎn)子-滾動(dòng)軸承系統(tǒng)非線性動(dòng)力》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、振動(dòng)與沖擊第27卷第4期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCKVol.27No.42008具有不平衡-碰摩耦合故障的轉(zhuǎn)子-滾動(dòng)軸承系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)研究陳果(南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院,南京210016)摘要:建立了滾動(dòng)軸承支承下的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不平衡-碰摩耦合故障動(dòng)力學(xué)模型。在滾動(dòng)軸承模型中,充分考慮了滾動(dòng)軸承間隙、滾動(dòng)軸承的滾珠與滾道的非線性赫茲接觸力以及由滾動(dòng)軸承支撐剛度變化而產(chǎn)生的VC(Varyingcom2pliance)振動(dòng),在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中,考慮了不平衡和轉(zhuǎn)靜碰摩耦合故障。運(yùn)用數(shù)值積分方法獲取了系統(tǒng)的非線性動(dòng)力響應(yīng),分析了轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度、滾動(dòng)軸
2、承間隙、碰摩剛度、轉(zhuǎn)子偏心量對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響,研究了系統(tǒng)分叉與混沌特征分析,發(fā)現(xiàn)了通往混沌的倍周期分叉和陣發(fā)性分叉途徑。關(guān)鍵詞:轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué);滾動(dòng)軸承;不平衡;碰摩;混沌;分叉中圖分類號(hào):O322文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A目前,在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的研究中,充分考慮了軸承的平衡力在所有轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)為常力,因此與實(shí)際情況也影響因素,逐漸形成了轉(zhuǎn)子-軸承動(dòng)力學(xué)研究方向,其存在較大差距。研究工作主要表現(xiàn)為兩方面,一方面,針對(duì)滑動(dòng)軸承,有鑒于此,本文將建立滾動(dòng)軸承支承下的轉(zhuǎn)子不進(jìn)行了滑動(dòng)軸承非線性油膜力下裂紋轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)分析、平衡與碰摩耦合故障的非線性動(dòng)力學(xué)模型。不僅綜合碰摩轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)分析、
3、基礎(chǔ)松動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)分析等單一和考慮了不平衡、軸承間隙、VC振動(dòng)、以及非線性赫茲接[1]耦合故障機(jī)理分析。另一方面,針對(duì)滾動(dòng)軸承,進(jìn)行觸力等因素,而且還將不平衡力作為隨轉(zhuǎn)速變化的力[2-6]了滾動(dòng)軸承支承下的碰摩、松動(dòng)等故障機(jī)理分析?？紤]。研究了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、軸承間隙、碰摩剛度以及轉(zhuǎn)子其中,關(guān)于在滑動(dòng)軸承支承下的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究較為偏心量對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的影響,用分叉圖、頻譜圖、相平面深入,而關(guān)于滾動(dòng)軸承支承下的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究中,雖圖及Poincaré映射圖來對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行分叉和混沌特然轉(zhuǎn)子建模很詳細(xì),但滾動(dòng)軸承的建模卻很簡(jiǎn)單,僅僅征分析。獲取了通往混沌的多種途徑。考慮了非
4、線性赫茲接觸力的影響,沒有考慮軸承間隙1轉(zhuǎn)子-滾動(dòng)軸承系統(tǒng)的不平衡-碰摩耦合和由于滾珠和滾道的接觸位置變化引起的軸承總體剛故障動(dòng)力學(xué)模型度周期變化所導(dǎo)致的參數(shù)激振(該振動(dòng)也稱為VC振動(dòng):Varyingcompliancevibration),因此與實(shí)際情況存在111系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程一定的差距。在專門研究滾動(dòng)軸承振動(dòng)的文獻(xiàn)中,盡圖1為本文建立一個(gè)含不平衡和碰摩故障的轉(zhuǎn)管對(duì)滾動(dòng)軸承的建模很詳細(xì),但其未能與轉(zhuǎn)子振動(dòng)進(jìn)子-滾動(dòng)軸承動(dòng)力學(xué)模型,在模型中,轉(zhuǎn)子兩端由2個(gè)行很好的結(jié)合,轉(zhuǎn)子對(duì)軸承的影響基本上是通過靜載相同的滾動(dòng)軸承支承。其中,O1、O2、O3分別為軸承幾[7
5、][8]荷的方式施加在軸承上,Fukata,Mevel和Guyader何中心、轉(zhuǎn)子幾何中心、轉(zhuǎn)子質(zhì)心;mrp:轉(zhuǎn)子在圓盤處的的研究沒有考慮轉(zhuǎn)子不平衡對(duì)系統(tǒng)所產(chǎn)生的激振,僅等效集中質(zhì)量;mrL、mrR:轉(zhuǎn)子在左右兩端軸承處的轉(zhuǎn)子僅考慮了由剛度變化引起的參數(shù)激振(VC振動(dòng));Kim集中質(zhì)量;crp、crb:轉(zhuǎn)子在圓盤處、軸承處的阻尼系數(shù);k:[9,10]和Noah考慮了不平衡力,而未考慮VC振動(dòng),同時(shí)他們僅僅考慮了軸承的間隙非線性。Tiwari和Gup2[11]ta的研究雖然將不平衡、軸承間隙、VC振動(dòng)、以及非線性赫茲接觸力進(jìn)行了綜合考慮,但所考慮的不圖1轉(zhuǎn)子-
6、滾動(dòng)軸承系統(tǒng)不平衡-碰摩耦合故障動(dòng)力學(xué)模型示意圖收稿日期:2007-01-18作者陳果男,副教授,1972年生44振動(dòng)與沖擊2008年第27卷彈性軸的剛度;kr:碰摩剛度;δ:轉(zhuǎn)子圓盤和靜子的間設(shè)軸承中滾珠在內(nèi)外滾道之間等距排列,滾珠與隙,e:質(zhì)量偏心量;FyL、FxL:左端軸承的支承反力;FyR、滾道之間為純滾動(dòng)。設(shè)一滾珠與外圈接觸點(diǎn)的線速度FxR:右端軸承的支承反力;Px、Py:碰摩力在x和y方向?yàn)閂Out,與內(nèi)圈接觸點(diǎn)的線速度為Vln,軸承外圈的旋轉(zhuǎn)的分量。角速度為ωOuter,軸承內(nèi)圈的旋轉(zhuǎn)角速度為ωlnner,外滾由牛頓第二定理,可以得到系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微
7、分方程:道半徑為R,內(nèi)滾道半徑為r,則···mrpxrp+crpxrp+k(xrp-xrL)+k(xrp-xrL)=VOut=ωOuter×RVln=ωlnner×r2則,保持架(即滾珠中心)線速度為:VCage=(VOut+Vln)/mrpeωcos(ωt)+Px···2,由于外圈固定,因此有VOut=0,則VCage=Vln/2=mrpyrp+crpyrp+k(yrp-yrL)+k(yrp-yrL)=(ωlnner×r)/2。所以,保持架的角速度為:2mrpeωsin(ωt)-mrpg+PyVCage(ωlnner×r)/2ωCage==···(R+r)
8、/2(R+r)/2mrRxrR+crbxrR+k(x
