[发明专利]一种转子-轴承多源激励非线性系统建模方法

权利要求书

1.一种转子-轴承多源激励非线性系统建模方法，其特征在于，包括：

根据集中参数法原理，建立转子-轴承系统的弯扭耦合动力学模型，计算转子-轴承系统结构参数；

根据转子-轴承系统的弯扭耦合动力学模型，计算制造参数内部激励力；

根据转子-轴承系统的弯扭耦合动力学模型，计算装配参数内部激励力；

引入计算得到的转子-轴承系统结构参数、制造参数内部激励力和装配参数内部激励力，并根据质心运动定理和动量矩定理，建立转子-轴承系统的动力学微分方程；所述制造参数内部激励力包括：转子偏心产生的内部激励和轴承初始游隙产生的内部激励；所述转子偏心引起的横向激励力f_ex、垂向激励力f_ey以及激励力矩T_e分别为：

式中，m为转盘质量，g为重力加速度，e为偏心距，为转盘转角；其中所述装配参数内部激励力包括：花键不对中量产生的内部激励和工作游隙变化产生的内部激励；当动态振动位移发生在任意转盘转角时，花键不对中量所造成的横向激励力f_hx和垂向激励力f_hy分别为：

式中，F_X和F_Y分别为将花键不对中产生的动态啮合力分解的分力。

2.根据权利要求1所述的转子-轴承多源激励非线性系统建模方法，其特征在于，转子-轴承系统结构参数包括：转子的集中质量和转动惯量，以及主轴的轴段的弯曲刚度、弯曲阻尼、扭转刚度和扭转阻尼。

3.根据权利要求2所述的转子-轴承多源激励非线性系统建模方法，其特征在于，主轴的轴段的弯曲刚度的计算式为：

式中，E为材料的弹性模量，I_z为轴段横截面对其中性轴的惯性矩；l为轴段长度；

主轴的轴段的弯曲阻尼的计算式为：

式中，ξ_s为弯曲阻尼比，根据实际材料取0.03-0.1，J_m、J_p分别为轴段两端的转动惯量；

主轴的轴段的扭转刚度的计算式为：

式中，G为材料的剪切弹性模量，I_p为轴段横截面对圆心的极惯性矩；

主轴的轴段的扭转阻尼的计算式为：

式中，ξ_t为扭转阻尼比，根据实际材料取0.005-0.075，J_m、J_p分别为轴段两端的转动惯量。

4.根据权利要求1所述的转子-轴承多源激励非线性系统建模方法，其特征在于，轴承在横向的激励力f_x和垂向的激励力f_y分别为：

式中，k_c为接触刚度，N₀为滚动体个数，H_j为接触系数，θ_j为第j个滚动体经过时间t后转过的角度，δ_j为轴承第j个滚动体在角位移θ_j处与滚道的径向接触变形量，n为常数，对于球轴承n＝3/2，对于滚子轴承n＝10/9。

5.根据权利要求1所述的转子-轴承多源激励非线性系统建模方法，其特征在于，工作游隙变化时，轴承的横向激励力和垂向的激励力分别为：

式中，k_c为接触刚度，N₀为滚动体个数，H_j为接触系数，θ_j为第j个滚动体经过时间t后转过的角度，δ_rj为根据实际工作游隙计算的轴承第j个滚动体在角位移θ_j处与滚道的径向接触变形量，n为常数，对于球轴承n＝3/2，对于滚子轴承n＝10/9。

6.根据权利要求1所述的转子-轴承多源激励非线性系统建模方法，其特征在于，转子-轴承系统的动力学微分方程为：

式中，M为惯量矩阵，K为刚度矩阵，C为阻尼矩阵，F为激励力。