[发明专利]一种含保持架断裂的球轴承-转子系统动力学建模方法

权利要求书

1.一种含保持架断裂的球轴承-转子系统动力学建模方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.建立含滚珠分布误差的球轴承模型；滚珠分布误差为考虑保持架断裂所产生；球轴承模型考虑滚珠的离心及陀螺效应、接触变形与接触刚度的双向耦合影响以及三维游隙影响；

步骤2.基于球轴承模型进行球轴承-转子系统动力学建模；

步骤3.球轴承-转子系统动力学模型求解；建立基于牛顿拉普斯和纽马克贝塔嵌套迭代的模型求解方法；

判断滚珠是否在承载区，位于承载区时，计算滚珠的离心力F_cj和陀螺力矩M_gj，未位于承载区时，计算滚珠的离心力F_cj；

判断轴承是否对中，对中时计算轴承的支撑刚度，不对中时，计算轴承支撑力。

2.根据权利要求1所述的含保持架断裂的球轴承-转子系统动力学建模方法，其特征在于，所述步骤1具体步骤如下：

1.1)获取球轴承节点在任意时刻下的自由度，以及球轴承模型几何关系和受力情况；球轴承节点的自由度通过振动位移U_b表示：

U_b＝[δ_x δ_y δ_z θ_x θ_y]^T, (1)

式中，δ_x和δ_y表示球轴承节点的径向振动位移；δ_z表示球轴承节点的轴向振动位移θ_x和θ_y表示球轴承节点的倾覆方向振动的角位移；

1.2)考虑球轴承由于保持架断裂引起的滚珠分布误差；正常状态下，滚珠的分布角为滚珠分布误差为

滚珠的实际分布角为：

式中，N_b表示滚珠个数；表示滚珠的初始方位角；ω_r表示主轴运转角速度；t表示运转时间；表示滚珠分布误差。

3.根据权利要求1或2所述的含保持架断裂的球轴承-转子系统动力学建模方法，其特征在于，所述步骤2中的球轴承-转子系统简化为包括一根转轴、四个球轴承、一个承载块以及6个集中质量；位于转轴两端处的集中质量为两个圆螺母，其余集中质量为四个定位套；四个球轴承对称布置于转轴上，位于中间的两球轴承上搭载承载块；四个球轴承从左至右依次排序为球轴承1-球轴承4；

径向外载荷通过承载块施加，其方向为-x方向；球轴承-转子系统的重力沿-y方向，承载块也起到支撑系统重力的作用。

4.根据权利要求3所述的含保持架断裂的球轴承-转子系统动力学建模方法，其特征在于，所述球轴承-转子系统动力学模型包括22个单元和23个节点，单元及节点序号从左至右依次排序；梁单元的节点自由度为6，承载块为径向2自由度；球轴承-转子系统总自由度为140。