卫星陀螺仪滚动轴承—转子系统非线性振动分析

发布时间：2017-07-02 01:02

  本文关键词：卫星陀螺仪滚动轴承—转子系统非线性振动分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：陀螺仪是构成卫星导航系统的基础核心器件,其性能在很大程度上依赖于陀螺仪滚动轴承-转子系统的性能。随着卫星技术的迅猛发展,陀螺仪转子系统正朝着高转速、轻质量等方向发展。这种设计要求成为陀螺仪转子系统频发各种失稳现象的关键因素。由于转子系统的强非线性和复杂性,早期线性化理论和方法已不能满足现代转子系统的设计和分析。开展陀螺仪转子系统的非线性振动研究具有重大的理论意义及工程应用价值。本文以卫星陀螺仪滚动轴承-转子系统为研究对象,首先基于滚动轴承运动学分析以及赫兹弹性接触理论和弹性流体润滑理论,建立了考虑非线性轴承力和油膜影响的陀螺仪滚动轴承-转子系统非线性动力学分析模型,采用Runge-Kutta算法求解系统在不同参数时的分岔图、Poincaré图、频谱图、相图和轴心轨迹,分析了不同参数对转子系统非线性振动的影响,并依据系统的最大Lyapunov指数进一步验证系统的非线性特性。研究表明,随着转子系统结构参数和工作参数的变化,系统的响应中表现出丰富的周期和非周期(拟周期或混沌)振动,并且存在倍周期分岔和拟周期分岔的现象。因此,选择合理的参数,如转速、阻尼、径向游隙、滚动体数、径向力等,可有效地提高系统的稳定性。其次建立了含表面波纹度的滚动轴承-转子系统模型,分别研究滚动轴承内、外圈滚道的波纹度在不同幅值与波数时,以及转子在不同转速情况下系统的非线性振动特性。研究表明,随着波纹度波数的不断增加,系统的振动强度也随之增大,且当波数与滚动体数目相同时,系统出现严重振动。考虑外滚道表面波纹度的影响时,系统主要通过倍周期分岔进入混沌。考虑内滚道表面波纹度的影响时,转子系统的振动频率与波数和滚动体数之间存在函数关系。综合考虑内、外圈滚道波纹度的影响时,随着转速的不断升高,系统表现出拟周期响应和混沌运动,主要通过拟周期分岔进入混沌。最后采用自制的试验装置,进行径向力与系统固有频率关系的试验,验证了所建立动力学分析模型的准确性。由试验获取的试验数据和理论分析数据可知,随着径向力的增大,系统固有频率逐渐增大,且径向力越大,试验数据和理论分析数据吻合得越好。
【关键词】：卫星陀螺仪 滚动轴承-转子系统 非线性振动 表面波纹度 混沌
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN967.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 研究的背景及应用价值9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 滚动轴承-转子系统动力学研究现状10-13
• 1.2.2 滚动轴承-转子系统非线性振动研究现状13-14
• 1.3 研究的主要内容14-15
• 第2章 陀螺仪转子系统结构特点及其非线性振动分析的理论基础15-23
• 2.1 陀螺仪转子系统的结构特点15-16
• 2.2 赫兹接触理论16-17
• 2.3 弹性流体动力润滑理论17-18
• 2.4 非线性振动的基本理论18-23
• 2.4.1 分岔与混沌18-20
• 2.4.2 混沌振动的分析方法20-22
• 2.4.3 通往混沌的途径22-23
• 第3章 卫星陀螺仪转子系统的非线性振动特性分析23-49
• 3.1 引言23
• 3.2 滚动轴承-转子系统非线性动力学模型23-30
• 3.2.1 滚动轴承运动学分析23-25
• 3.2.2 滚动轴承的刚度25-28
• 3.2.3 非线性接触力的计算28-30
• 3.2.4 滚动轴承-转子系统动力学方程30
• 3.3 陀螺仪转子系统非线性振动分析30-48
• 3.3.1 转速对转子系统动力学响应的影响32-37
• 3.3.2 阻尼对转子系统动力学响应的影响37-40
• 3.3.3 游隙对转子系统动力学响应的影响40-43
• 3.3.4 滚动体数目对转子系统的影响43-44
• 3.3.5 径向力对转子系统的影响44-47
• 3.3.6 润滑油对转子系统的影响47-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第4章 考虑滚道表面波纹度对陀螺仪滚动轴承-转子系统非线性振动的影响49-63
• 4.1 系统动力学模型49-51
• 4.1.1 考虑表面波纹度的滚动轴承-转子系统模型49-51
• 4.1.2 非线性Hertz接触力51
• 4.1.3 系统动力学微分方程51
• 4.2 转子系统非线性振动分析51-61
• 4.2.1 外滚道波纹度对转子系统的影响52-57
• 4.2.3 内滚道波纹度对转子系统的影响57-59
• 4.2.4 综合考虑内、外圈滚道波纹度对转子系统的影响59-61
• 4.3 本章小结61-63
• 第5章 径向力与滚动轴承-转子系统固有频率关系的试验63-71
• 5.1 试验目的63
• 5.2 轴承径向力测试装置63-65
• 5.3 试验方案65-66
• 5.3.1 获取试验数据的方案65-66
• 5.3.2 获取理论分析数据的方案66
• 5.4 试验的结果与分析66-70
• 5.5 本章小结70-71
• 第6章 总结与展望71-73
• 6.1 总结71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-78
• 攻读学位期间的研究成果78

【参考文献】

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本文编号：508021