[發(fā)明專(zhuān)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(kāi)（公告）號(hào): CN111444607B
• 公開(kāi)（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(zhuān)利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)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

本發(fā)明公開(kāi)了一種轉(zhuǎn)子?軸承多源激勵(lì)非線性系統(tǒng)建模方法，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)力和裝配參數(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。本發(fā)明解決了解決現(xiàn)有轉(zhuǎn)子?軸承系統(tǒng)模型考慮因素不全面的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種轉(zhuǎn)子-軸承多源激勵(lì)非線性系統(tǒng)建模方法。

背景技術(shù)

轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)中的重要組成，通常是一種復(fù)雜多源激勵(lì)非線性系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的振動(dòng)特性直接決定著機(jī)械系統(tǒng)的可靠性和安全性。由于轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)在車(chē)輛、航空及軍工等領(lǐng)域的重要性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者很早之前就開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行相關(guān)研究。準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型是機(jī)械系統(tǒng)振動(dòng)特性分析、振動(dòng)抑制優(yōu)化和故障診斷等的基礎(chǔ)。因此，對(duì)轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)進(jìn)行精確的動(dòng)力學(xué)建模具有重要的意義。

特別是對(duì)特種車(chē)輛，由于綜合傳動(dòng)結(jié)構(gòu)布局限制，傳動(dòng)主軸的兩側(cè)輸出往往為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，從而造成系統(tǒng)剛度和阻尼等參數(shù)存在明顯差別。單純依靠靜態(tài)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的傳動(dòng)主軸，在穩(wěn)態(tài)工況和起步、換擋等瞬態(tài)工況，車(chē)輛軸類(lèi)零件將承受較大的振動(dòng)載荷，左右軸段抗振動(dòng)能力存在較大差別。常常導(dǎo)致較短一側(cè)軸段抗振動(dòng)能力差，應(yīng)力接近或超過(guò)材料的屈服極限，從而產(chǎn)生早期疲勞斷裂失效。因此，需要基于動(dòng)力學(xué)理論對(duì)傳動(dòng)主軸-軸承系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)特性分析、參數(shù)影響規(guī)律分析、參數(shù)靈敏度分析及振動(dòng)抑制優(yōu)化研究，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的剛、強(qiáng)度綜合設(shè)計(jì)提供相應(yīng)的理論基礎(chǔ)與指導(dǎo)。

然而，現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)模型，很少考慮彎曲振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的耦合，特別是不能綜合全面的考慮結(jié)構(gòu)參數(shù)、制造參數(shù)和裝配參數(shù)的影響。在實(shí)際的轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)中，即使結(jié)構(gòu)參數(shù)確定時(shí)，由制造造成的轉(zhuǎn)子的偏心、軸承初始游隙和裝配造成的內(nèi)外花鍵不對(duì)中、軸承工作游隙變化等都會(huì)引起系統(tǒng)內(nèi)部激勵(lì)力、激勵(lì)扭矩的變化。當(dāng)這些內(nèi)部激勵(lì)過(guò)大時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的工作性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種轉(zhuǎn)子-軸承多源激勵(lì)非線性系統(tǒng)建模方法，以解決現(xiàn)有轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)模型考慮因素不全面的技術(shù)問(wèn)題，進(jìn)而提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度和強(qiáng)度。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種轉(zhuǎn)子-軸承多源激勵(lì)非線性系統(tǒng)建模方法，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。

可選的，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。

可選的，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：