[發(fā)明專利]一種轉(zhuǎn)子-軸承多源激勵(lì)非線性系統(tǒng)建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010214331.0
• 申請(qǐng)日: 2020-03-24
• 公開（公告）號(hào): CN111444607B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李以農(nóng);張志達(dá);羅法氿;張運(yùn)濤;鄭玲;王成;昝成霖;郭建新;崔庭瓊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F17/13
• 代理公司: 重慶鼎慧峰合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 50236
• 代理人: 楊云川

1.一種轉(zhuǎn)子-軸承多源激勵(lì)非線性系統(tǒng)建模方法，其特征在于，包括：

根據(jù)集中參數(shù)法原理，建立轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的彎扭耦合動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)；

根據(jù)轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的彎扭耦合動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算制造參數(shù)內(nèi)部激勵(lì)力；

根據(jù)轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的彎扭耦合動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算裝配參數(shù)內(nèi)部激勵(lì)力；

引入計(jì)算得到的轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、制造參數(shù)內(nèi)部激勵(lì)力和裝配參數(shù)內(nèi)部激勵(lì)力，并根據(jù)質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理和動(dòng)量矩定理，建立轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)微分方程；所述制造參數(shù)內(nèi)部激勵(lì)力包括：轉(zhuǎn)子偏心產(chǎn)生的內(nèi)部激勵(lì)和軸承初始游隙產(chǎn)生的內(nèi)部激勵(lì)；所述轉(zhuǎn)子偏心引起的橫向激勵(lì)力f_ex、垂向激勵(lì)力f_ey以及激勵(lì)力矩T_e分別為：

式中，m為轉(zhuǎn)盤質(zhì)量，g為重力加速度，e為偏心距，為轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)角；其中所述裝配參數(shù)內(nèi)部激勵(lì)力包括：花鍵不對(duì)中量產(chǎn)生的內(nèi)部激勵(lì)和工作游隙變化產(chǎn)生的內(nèi)部激勵(lì)；當(dāng)動(dòng)態(tài)振動(dòng)位移發(fā)生在任意轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)角時(shí)，花鍵不對(duì)中量所造成的橫向激勵(lì)力f_hx和垂向激勵(lì)力f_hy分別為：

式中，F(xiàn)_X和F_Y分別為將花鍵不對(duì)中產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)嚙合力分解的分力。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子-軸承多源激勵(lì)非線性系統(tǒng)建模方法，其特征在于，轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：轉(zhuǎn)子的集中質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以及主軸的軸段的彎曲剛度、彎曲阻尼、扭轉(zhuǎn)剛度和扭轉(zhuǎn)阻尼。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)子-軸承多源激勵(lì)非線性系統(tǒng)建模方法，其特征在于，主軸的軸段的彎曲剛度的計(jì)算式為：

式中，E為材料的彈性模量，I_z為軸段橫截面對(duì)其中性軸的慣性矩；l為軸段長(zhǎng)度；

主軸的軸段的彎曲阻尼的計(jì)算式為：

式中，ξ_s為彎曲阻尼比，根據(jù)實(shí)際材料取0.03-0.1，J_m、J_p分別為軸段兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；

主軸的軸段的扭轉(zhuǎn)剛度的計(jì)算式為：

式中，G為材料的剪切彈性模量，I_p為軸段橫截面對(duì)圓心的極慣性矩；

主軸的軸段的扭轉(zhuǎn)阻尼的計(jì)算式為：

式中，ξ_t為扭轉(zhuǎn)阻尼比，根據(jù)實(shí)際材料取0.005-0.075，J_m、J_p分別為軸段兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子-軸承多源激勵(lì)非線性系統(tǒng)建模方法，其特征在于，軸承在橫向的激勵(lì)力f_x和垂向的激勵(lì)力f_y分別為：

式中，k_c為接觸剛度，N₀為滾動(dòng)體個(gè)數(shù)，H_j為接觸系數(shù)，θ_j為第j個(gè)滾動(dòng)體經(jīng)過(guò)時(shí)間t后轉(zhuǎn)過(guò)的角度，δ_j為軸承第j個(gè)滾動(dòng)體在角位移θ_j處與滾道的徑向接觸變形量，n為常數(shù)，對(duì)于球軸承n＝3/2，對(duì)于滾子軸承n＝10/9。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子-軸承多源激勵(lì)非線性系統(tǒng)建模方法，其特征在于，工作游隙變化時(shí)，軸承的橫向激勵(lì)力和垂向的激勵(lì)力分別為：

式中，k_c為接觸剛度，N₀為滾動(dòng)體個(gè)數(shù)，H_j為接觸系數(shù)，θ_j為第j個(gè)滾動(dòng)體經(jīng)過(guò)時(shí)間t后轉(zhuǎn)過(guò)的角度，δ_rj為根據(jù)實(shí)際工作游隙計(jì)算的軸承第j個(gè)滾動(dòng)體在角位移θ_j處與滾道的徑向接觸變形量，n為常數(shù)，對(duì)于球軸承n＝3/2，對(duì)于滾子軸承n＝10/9。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子-軸承多源激勵(lì)非線性系統(tǒng)建模方法，其特征在于，轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)微分方程為：

式中，M為慣量矩陣，K為剛度矩陣，C為阻尼矩陣，F(xiàn)為激勵(lì)力。