球轴承—转子系统变柔度振动的分岔与滞后行为

发布时间：2017-10-11 19:24

  本文关键词：球轴承—转子系统变柔度振动的分岔与滞后行为

  更多相关文章： 球轴承 VC振动 非线性动力学 HB-AFT方法 接触共振 分岔机理

【摘要】：滚动轴承包含三类基本的非线性因素即变柔度(varying compliance,VC)、轴承游隙以及滚珠与滚道之间的赫兹接触,因此轴承及其转子系统本质上属于非线性系统。大量研究指出轴承非线性可以给转子系统带来丰富的非线性运动响应特征比如超谐、亚谐振动、双稳态乃至混沌行为,这对于轴承及其转子系统的运动稳定性及疲劳寿命有重要的影响。滚动轴承变柔度是由于轴承在运转时滚珠随保持架公转过程中轴承承载区周期性时变引起的,因而滚动轴承VC振动是轴承系统不可避免的参激振动源。研究滚动轴承的VC振动以及轴承间隙和接触非线性对VC振动的影响对于揭示轴承作为非线性机械件对其转子系统的作用有重要的意义,而且相关研究有助于轴承自身参数的动力学优化设计。轴承及其转子系统的滞后突跳行为是轴承支承非线性可以诱发的典型非线性振动现象,其滞后冲击作用对系统构件的裂纹衍生和疲劳寿命都有直接影响,因此在理论和工程技术领域轴承VC振动滞后突跳行为都被充分重视与研究。另外,由于轴承及其转子系统包含丰富的分岔与混沌振动特征,很多学者针对不同轴承型号、各类轴承-转子系统的非线性响应特征进行了计算,可是对于其产生的物理机理研究较少,比如对滚动轴承典型的振动阵发性的内在机制研究几乎没有。总之,有关滚动轴承系统的本质非线性特征的研究还有待深入展开。由于轴承是一个复杂的包括描述各个滚珠与滚道接触与否的多分段、强非线性系统,传统的解析研究方法对该系统分析是有极大困难的。以经典的谐波平衡法为基础发展而来的半解析半数值的谐波平衡-频时转换(harmonic balance and alternating frequency/time domain,简称HB-AFT)法中的AFT技术可以避开对微分方程中复杂非线性项的积分、级数展开和截断等解析处理过程,所以能够方便求得非线性系统的稳态谐波响应。因此我们采用HB-AFT方法对球轴承VC振动复杂运动的演化过程进行了深入分析。对于包含赫兹接触非线性、轴承间隙非线性的经典两自由度深沟球轴承模型的VC振动,本文从以下几方面进行了研究工作:1.以HB-AFT方法为基本研究手段,并基于同伦延拓技术,实现对球轴承系统VC振动的周期解分枝的自动追踪,并尝试把HB-AFT方法与Hsu求解Floquet稳定性的算法结合起来。该求解策略避开了微分方程的数值积分计算,给出从求解系统VC周期响应及其稳定性分析的全套频域方法,从而实现快速而精确的对系统VC振动动力学响应及其分岔行为的分析。2.接触共振可以给系统带来软的滞后跳跃行为,本文将提出滚动轴承赫兹接触共振的概念,并对滚动轴承接触共振展开深入研究,分析轴承VC振动突跳行为的内在机理及其影响因素。3.从耦合内共振角度,研究轴承VC振动在一阶共振区常见的倍周期分岔的触发机制,进而阐明在该共振区发生倍周期分岔后伴随更为复杂运动的原因,并且分析轴承间隙对轴承系统耦合作用的影响。4.给出轴承VC振动复杂运动的产生及演化过程,对球轴承VC振动从周期运动到准周期运动乃至混沌的分岔机理进行细化研究,进而探索其振动阵发性等混沌行为产生机制。总之,本文从非线性动力学角度出发,基于国内外近年来大量研究工作展开,涉及到轴承VC振动的滞后突跳、分岔和混沌运动这些典型的非线性行为以及相关分析方法等多个目前该领域的前沿问题,并且试图深入研究系统非线性动力学响应及其分岔、混沌行为的耦合作用机理,相信相关结果对于轴承乃至轴承转子系统的复杂非线性振动的机理探索和方法研究具有一定的价值。
【关键词】：球轴承 VC振动 非线性动力学 HB-AFT方法 接触共振 分岔机理
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O322
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第1章 绪论13-30
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义13-15
• 1.1.1 课题来源13
• 1.1.2 研究目的与意义13-15
• 1.2 滚动轴承动力学研究模型概述15-17
• 1.3 滚动轴承非线性及其VC振动研究现状17-19
• 1.4 赫兹接触共振及其滞后行为研究现状19-21
• 1.5 动力系统稳态响应求解及HB-AFT方法概述21-25
• 1.5.1 常微分方程稳态响应求解方法概述21-23
• 1.5.2 HB-AFT方法及其发展概述23-25
• 1.6 参激系统的稳定性及单值矩阵的计算25-28
• 1.6.1 参激系统的Floquet稳定性25-27
• 1.6.2 单值矩阵的计算27-28
• 1.7 本文的主要研究内容28-30
• 第2章 周期响应分析的HBM-Hsu方法30-46
• 2.1 引言30
• 2.2 球轴承VC振动运动方程30-32
• 2.3 HB-AFT方法求解系统VC周期响应32-35
• 2.4 系统VC周期响应的稳定性分析35-38
• 2.5 高速球轴承VC振动与分岔行为38-44
• 2.5.1 数值积分方法及计算模型有效性验证38-39
• 2.5.2 SKF6002球轴承VC周期1运动及其稳定性39-41
• 2.5.3 SKF6002球轴承VC周期2运动及其稳定性41-44
• 2.6 本章小结44-46
• 第3章 球轴承VC振动的接触共振与滞后行为46-63
• 3.1 引言46
• 3.2 球轴承的接触共振条件46-48
• 3.3 嵌入弧长延拓的HB-AFT方法48-51
• 3.4 球轴承VC振动接触主共振研究51-62
• 3.4.1 VC振动接触共振的滞后行为51-56
• 3.4.2 滞后行为的影响因素分析56-59
• 3.4.3 共振区间VC周期运动的分岔行为59-62
• 3.5 本章小结62-63
• 第4章 球轴承VC振动分岔机理及其混沌运动63-85
• 4.1 引言63
• 4.2 轴承VC振动倍周期分岔机理研究63-70
• 4.3 轴承VC振动通向混沌运动的途径70-81
• 4.3.1 准周期解环面倍化混沌71-76
• 4.3.2 阵发III型混沌76-79
• 4.3.3 VC混沌振动的激变行为79-81
• 4.4 轴承间隙对内共振的影响81-83
• 4.5 本章小结83-85
• 结论85-88
• 参考文献88-97
• 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果97-99
• 致谢99-100
• 个人简历100

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王龙;;三自由度含间隙塑性碰撞振动系统的分岔与混沌[J];机械;2014年01期

2 冷淑香,崔颖,黄文虎,刘占生,夏松波;线性与非线性油膜力模型下转子振动稳定性对比研究[J];汽轮机技术;2003年05期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 马震岳;张雷克;;非线性转子—轴承系统动力学的研究现状与展望[A];水电设备的研究与实践——第十七次中国水电设备学术讨论会论文集[C];2009年

2 刘华;李占峰;赵薇;;基于小波模糊网络的汽轮机组振动故障诊断[A];2009中国控制与决策会议论文集（3）[C];2009年

中国博士学位论文全文数据库 前6条

1 胡清华;轴承—转子系统的非线性动力学分析与优化研究[D];大连理工大学;2011年

2 曹树谦;高维复杂转子系统非线性动力学的若干现代问题研究[D];天津大学;2003年

3 丁千;材料阻尼、密封力激励下转子系统失稳机理的非线性分析[D];天津大学;1997年

4 姚红良;故障旋转机械动力学及诊断技术中若干问题的研究[D];东北大学;2006年

5 周艳;非线性动力系统双Hopf分叉及在工程中的应用[D];北京工业大学;2013年

6 李超;一类碰撞振动系统的响应研究[D];西北工业大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 郎需光;Jeffcott转子系统油膜失稳的可靠性及灵敏度分析[D];吉林大学;2006年

2 李健;非光滑动力系统胞映射计算方法和粘滞运动研究[D];湖南大学;2007年

3 宋晓光;齿轮滚动轴承柔性转子系统多故障耦合机理及辨识研究[D];华东理工大学;2013年

4 黄志东;碰撞振动系统的动力学研究[D];兰州交通大学;2013年

5 王明轩;非光滑机械系统的动力学研究[D];兰州交通大学;2013年

6 苏芳;一类含间隙机械系统的动力学研究[D];兰州交通大学;2013年

7 姜春霞;振动冲击系统的动力学及其在轨道车辆中的应用[D];兰州交通大学;2014年

8 赵琳燕;分段光滑机械系统的周期振动与分岔[D];兰州交通大学;2014年

，

本文编号：1014310