机车牵引电机滚动轴承-转子系统的非线性特性研究

摘要

混沌现象是非线性系统的共同属性，混沌导致的振荡和不规则运动会使机械系统产生故障，因此在设计机械系统的过程中应尽量抑制或消除混沌现象的产生。随着非线性理论的发展和完善，人们对转子非线性动力学问题的研究越来越多，但人们对机车牵引电机转子系统的研究却很少。机车牵引电机是机车驱动系统的重要部件，机车运行时牵引电机转子的受力情况极为复杂，其运行的稳定性严重影响着机车行驶的安全性。随着我国铁路行业逐渐向高速化的方向发展，机车牵引电机的牵引问题也越来越受到国内的重视，因此研究机车牵引电机转子的非线性问题对我国铁路行业的发展具有重要的意义。
　　本文针对机车牵引电机转子系统，根据转子系统的受力情况，综合考虑了滚动轴承非线性赫兹接触力、转子不平衡力、碰摩故障和电机牵引特性等因素，建立了滚动轴承-转子耦合系统的非线性动力学模型。应用龙格库塔法求解了系统的非线性响应，利用分岔图、相平面图、时间历程图、频谱图、Poincare截面图、轴心轨迹图等方法分析了系统的非线性振动特性，发现了系统在运行过程中存在周期运动、拟周期运动、混沌运动等状态，探讨了转速、偏心距、轴承径向间隙等参数对系统非线性振动特性的影响，为机车牵引电机转子系统的非线性动力学研究提供了理论依据。
　　利用Floquet理论分析了牵引电机滚动轴承-转子耦合系统周期运动的稳定性，发现了系统失稳的三种方式，即鞍结分岔、倍周期分岔和Naimark-Sacker分岔，揭示了机车牵引电机转子系统运动失稳的情况。最后讨论了阻尼对系统稳定性的影响，研究发现，阻尼的增大会使系统的稳定区间变宽，发生失稳的临界转速变大。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景和研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 圆柱滚动轴承非线性动力学特性研究的发展和现状

1．2．2 非线性轴承-转子系统动力学的研究

1．3 本论文的主要工作

第2章 非线性动力学与混沌

2．1 分岔理论

2．11 分岔的定义

2．12 分岔的分类

2．2 混沌理论

2．21 混沌的定义

2．22 混沌的研究史

2．23 通向混沌的方式

2．24 混沌的判据方法

2．3 本章小结

第3章 机车牵引电机转子系统非线性动力学研究

3．1 机车牵引电机转子系统碰摩力

3．1．1 碰摩力的发生机理

3．1．2 牵引电机转子系统碰摩力数学模型的建立

3．2 机车牵引电机转子系统圆柱滚动轴承支承力

3．2．1 Hertz弹性接触理论基本假设

3．2．2 线接触问题

3．2．3 圆柱滚动轴承Hertz接触刚度计算

3．2．4 圆柱滚动轴承数学模型

3．3 牵引电机轴承-转子系统非线性动力学模型的建立

3．4 本章小结

第4章 系统动力学响应分析

4．1 Runge-Kutta法

4．2 圆柱滚动轴承-转子系统非线性动力学响应特性分析

4．21 转子转速对牵引电机轴承-转子系统非线性动力学特性的影响

4．22 转子偏心距对牵引电机轴承-转子系统非线性动力学特性的影响

4．23 圆柱滚动轴承径向间隙对牵引电机轴承-转子系统非线性动力学特性的影响

4．5 本章小结

第5章 机车牵引电机转子-轴承系统稳定性分析

5．1 稳定性分析的基本方法

5．1．1 打靶法

5．1．2 Floquet理论

5．1．3 Floquet乘子的计算

5．2 机车牵引电机轴承-转子系统周期解及稳定性分析

5．3 阻尼对牵引电机轴承-转子系统非线性周期解稳定性的影响

5．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献