球轴承非线性动态刚度特性及其复杂共振行为研究

摘要

滚动轴承由于其低阻尼、大过载和小体积等特点是航空发动机、铁路货车、舰船发动机等旋转机械的主要支承件.变柔度(varying compliance,VC)振动是由滚动体公转引起的一种不可避免的时变刚度参激振动.赫兹接触支承刚度给球轴承及其支承转子系统带来的滞后VC共振现象在相关研究中被大量发现.滞后突跳振动不但影响到转子系统的运行稳定性与安全性,而且其冲击作用也是轴承等系统元件裂纹及疲劳破坏的重要诱导因素.本文将通过分析球轴承动态时变刚度特性,拟提出一种采用系统动态固有频率估算球轴承VC共振区间的方法.在此基础上,探讨系统动态刚度特性与主共振区间复杂运动分岔行为的内在关联,发现当系统不同自由度方向上的固有频率值接近1∶2比例关系时,系统可能产生强烈的内共振,进而诱发响应的周期倍化分岔甚至准周期、混沌振动.该研究对球轴承复杂共振响应的控制具有潜在的理论意义和工程价值.