多跨度裂纹转子-滚动轴承动力学特性分析

摘要

在考虑由裂纹产生的附加刚度、滚动轴承非线性赫兹接触以及由滚动轴承支撑刚度变化而产生的VC(Varying compliance)振动的基础上,利用拉格朗日方程建立了滚动轴承支撑下含横向裂纹的双跨度转子模型,综合考虑离心、碰摩等故障,采用变步长Runge-Kutta法对单一及耦合故障导致的系统非线性动力学行为进行数值仿真,结合分岔图、轴心轨迹图、Poincaré截面图和三维谱图等,分析了裂纹扩展、裂纹角和滚动轴承径向间隙对系统响应的影响。结果表明,单一故障时,在超临界转速区有较大范围的混沌运动出现;耦合故障时,在亚临界转速区受不平衡旋转与VC振动的组合影响进入拟周期运动,超过临界转速后开始分频,表现出强非线性特性;裂纹较浅时对系统响应的影响不明显,裂纹较深时在高转速区系统响应变化明显;裂纹角对混沌运动影响较大、对周期运动无本质影响;系统响应对滚动轴承间隙的变化具有敏感性。研究结果对控制和预测旋转机械故障有一定的指导意义。