[发明专利]一种转子-轴承系统支承松动状态评估方法

说明书

本发明公开了一种转子‑轴承系统支承松动状态评估方法，包括以下步骤：1）建立转子‑轴承系统因支承松动间隙产生的垂直方向的弹性力表达式，及转子‑轴承系统有支承松动故障时的非线性动力学模型；2）对非线性项泰勒展开获得线性近似动力学模型，比较非线性模型与线性近似模型动力学行为；3）对不同大小松动间隙的转子‑轴承系统动力学行为非线性程度进行计算；4）对非线性程度值的离散结果进行非线性拟合，并建立支承松动程度与非线性程度估值之间的对应关系，实现对转子‑轴承系统支承松动状态的评估。本发明能够对转子‑轴承系统支承松动状态进行评估，能够有效的防止转子‑轴承系统出现大间隙松动情况的发生，防止了灾难性事故的发生。

技术领域

本发明涉及一种基于系统动力学行为非线性程度的转子-轴承系统支承松动状态评估方法。

背景技术

转子-轴承系统是现代制造技术中的机床等制造系统的核心部件，由安装质量低以及长期的周期性工作等多种原因造成松动，其部件转子、支承、基础均可能出现松动，其中支承松动是比较常见且对精度和可靠性影响最大的几类因素之一。更重要的是，支承松动显著降低制造系统抗振动能力，使原有的不对中等问题所引起的振动更加剧烈，直接影响机床等制造系统精度和可靠性，甚至影响系统的安全高效运行导致灾难性事故发生。

目前，针对转子-轴承系统松动主要将松动作为一种常见故障进行处理和研究。国内外有众多学者针对转子-轴承系统支承松动故障进行了深入研究，为有效识别、预防支承松动提供了理论参考和依据。国内从80年代至90年代对转子-轴承系统支承松动都是采用线性近似模型进行研究。褚福磊等讨论了转速变化时转子-轴承系统的多种形式周期、拟周期和混沌运动,指出这类系统的某些周期运动的映射点结构具有慢变的特性。随着转子-轴承系统转速提高，当系统出现大激励或者出现间隙的故障情况下，其系统非线性明显增强，仅使用线性化或者线性近似的方法已经不能满足实际研究的需要。许多学者提出采用非线性方法对转子-轴承系统非线性动力学行为进行研究，主要有Z Ji等用多尺度法分析支承松动模型，揭示了稳态响应中如何判断分岔点的出现问题；国外学者Yamamoto对有径向间隙故障的球轴承支承转子的解析解进行研究，结果表明转子系统在临界转速处最大振幅和临界转速的值随着径向间隙的增大而减小；Saito运用有径向间隙的球轴承支承的Jecffott转子，求解了非线性不平衡响应，得到了非线性力的近似表达式等。

从上述简要的研究工作总结发现，以往的研究都是侧重于存在支承松动转子-轴承系统的运动特性的研究，而忽略了松动间隙的变化过程对于转子-轴承系统的非线性动力学行为的影响，更没有对于转子-轴承系统的支承松动状态进行评估方法研究。同时，由于主要采用线性近似方法来对转子-轴承系统的支承松动进行研究，目前尚没有从转子-轴承系统动力学行为非线性程度的角度来对转子-轴承系统的支承松动状态评估进行研究。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种实用性强的基于系统动力学行为非线性程度的转子-轴承系统支承松动状态评估方法并进行了试验验证。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种转子-轴承系统支承松动状态评估方法，包括以下步骤：

1)建立转子-轴承系统因支承松动间隙产生的垂直方向的弹性力表达式，建立转子-轴承系统有支承松动故障时的非线性动力学模型；

2)采取对弹性力表达式和非线性动力学模型中的非线性项泰勒展开的方法获得线性近似动力学模型，并计算比较转子-轴承系统的非线性模型与线性近似模型动力学行为；

3)对不同大小松动间隙的转子-轴承系统动力学行为非线性程度进行计算；

4)对转子-轴承系统动力学行为非线性程度值的离散结果进行非线性拟合，得到拟合曲线，建立支承松动程度与非线性程度估值之间的对应关系，实现对转子-轴承系统支承松动状态的评估。

上述的转子-轴承系统支承松动状态评估方法中，所述步骤1)的具体操作如下：