[发明专利]一种转子-轴承多源激励非线性系统建模方法

说明书

本发明公开了一种转子‑轴承多源激励非线性系统建模方法，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和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。本发明解决了解决现有转子‑轴承系统模型考虑因素不全面的技术问题。

技术领域

本发明涉及旋转机械技术领域，尤其是涉及一种转子-轴承多源激励非线性系统建模方法。

背景技术

转子-轴承系统是旋转机械系统中的重要组成，通常是一种复杂多源激励非线性系统，转子-轴承系统的振动特性直接决定着机械系统的可靠性和安全性。由于转子-轴承系统在车辆、航空及军工等领域的重要性，国内外学者很早之前就开始对其进行相关研究。准确的转子-轴承系统动力学模型是机械系统振动特性分析、振动抑制优化和故障诊断等的基础。因此，对转子-轴承系统进行精确的动力学建模具有重要的意义。

特别是对特种车辆，由于综合传动结构布局限制，传动主轴的两侧输出往往为非对称结构，从而造成系统刚度和阻尼等参数存在明显差别。单纯依靠静态设计方法设计的传动主轴，在稳态工况和起步、换挡等瞬态工况，车辆轴类零件将承受较大的振动载荷，左右轴段抗振动能力存在较大差别。常常导致较短一侧轴段抗振动能力差，应力接近或超过材料的屈服极限，从而产生早期疲劳断裂失效。因此，需要基于动力学理论对传动主轴-轴承系统进行振动特性分析、参数影响规律分析、参数灵敏度分析及振动抑制优化研究，为实现系统的刚、强度综合设计提供相应的理论基础与指导。

然而，现有的转子-轴承系统模型，很少考虑弯曲振动和扭转振动的耦合，特别是不能综合全面的考虑结构参数、制造参数和装配参数的影响。在实际的转子-轴承系统中，即使结构参数确定时，由制造造成的转子的偏心、轴承初始游隙和装配造成的内外花键不对中、轴承工作游隙变化等都会引起系统内部激励力、激励扭矩的变化。当这些内部激励过大时会严重影响转子-轴承系统的工作性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转子-轴承多源激励非线性系统建模方法，以解决现有转子-轴承系统模型考虑因素不全面的技术问题，进而提高传动系统的刚度和强度。

为了达到上述目的，本发明提供了一种转子-轴承多源激励非线性系统建模方法，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。

可选的，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。

可选的，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：