非牛顿流体润滑轴承—转子系统非线性动力学分析

摘要

随着科学技术的不断进步，高速高精密机床作为一个国家科学技术进步的标志，越来越多的受到各个国家的关注。对于高速高精密机床不仅要求机床主轴能够保证稳定的高速运转，而且要保证极小的跳动和回转误差。考虑到主轴高速运转时的各种非线性因素，如非线性液膜力、气流力、密封力等，对主轴系统进行非线性动力学分析是必不可少的。机床主轴系统可归结为一类轴承-转子系统。上述因素中以非线性液膜力的影响最为突出，因此有必要研究非线性液膜力作用下的轴承－转子系统非线性动力学行为。实际应用中，人们会在润滑剂中添加一些添加剂来改善润滑特性，而此时的润滑剂就不能再简单的看作是牛顿流体，而应当以非牛顿流体来研究。目前，对轴承－转子系统非线性动力学特性的研究多局限于牛顿流体润滑，而对于非牛顿流体润滑的轴承-转子系统非线性动力学特性的研究较少。
　　 本文应用非线性动力学的基本理论和研究方法，研究了非线性支撑情况下的偶应力流体润滑轴承－转子系统非线性动力学特性。主要分以下几个方面：⑴对高精密机床主轴的研究进展，水润滑技术研究现状，偶应力流体研究现状及非线性动力系统的相关概念与常用的研究方法等进行综述；⑵推导出偶应力流体润滑情况下的液膜力模型，并在此基础上建立了非线性支撑情况下的轴承－转子系统运动微分方程。⑶利用数值方法求出系统在不同参数情况下的分岔图、时间历程图、相图、Poincare映射图、频谱图等特征图形。结果表明，非线性支撑能够更好地抑制系统分岔失稳；偶应力流体的分子特征长度对于系统动力学特性具有显著的影响，随着分子特征长度的增大系统临界转速变小，振动幅值也随之变小。⑷分析了润滑剂粘度、半径间隙和主轴刚度对于系统动力学特性的影响。结果表明，润滑剂粘度、半径间隙和主轴刚度对系统动力学都有着明显的影响。⑸通过本文的研究，对偶应力流体润滑情况下的轴承－转子系统的非线性动力学特性有了一定的认识，研究结果为主轴系统的设计提供了一定的依据。