衛(wèi)星陀螺儀滾動軸承-轉子系統(tǒng)非線性振動分析.pdf

1、陀螺儀是構成衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基礎核心器件，其性能在很大程度上依賴于陀螺儀滾動軸承-轉子系統(tǒng)的性能。隨著衛(wèi)星技術的迅猛發(fā)展，陀螺儀轉子系統(tǒng)正朝著高轉速、輕質量等方向發(fā)展。這種設計要求成為陀螺儀轉子系統(tǒng)頻發(fā)各種失穩(wěn)現(xiàn)象的關鍵因素。由于轉子系統(tǒng)的強非線性和復雜性，早期線性化理論和方法已不能滿足現(xiàn)代轉子系統(tǒng)的設計和分析。開展陀螺儀轉子系統(tǒng)的非線性振動研究具有重大的理論意義及工程應用價值。
　　本文以衛(wèi)星陀螺儀滾動軸承-轉子系統(tǒng)為研究對象，首

2、先基于滾動軸承運動學分析以及赫茲彈性接觸理論和彈性流體潤滑理論，建立了考慮非線性軸承力和油膜影響的陀螺儀滾動軸承-轉子系統(tǒng)非線性動力學分析模型，采用 Runge-Kutta算法求解系統(tǒng)在不同參數時的分岔圖、Poincaré圖、頻譜圖、相圖和軸心軌跡，分析了不同參數對轉子系統(tǒng)非線性振動的影響，并依據系統(tǒng)的最大 Lyapunov指數進一步驗證系統(tǒng)的非線性特性。研究表明，隨著轉子系統(tǒng)結構參數和工作參數的變化，系統(tǒng)的響應中表現(xiàn)出豐富的周期和非周

3、期(擬周期或混沌)振動，并且存在倍周期分岔和擬周期分岔的現(xiàn)象。因此，選擇合理的參數，如轉速、阻尼、徑向游隙、滾動體數、徑向力等，可有效地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　其次建立了含表面波紋度的滾動軸承-轉子系統(tǒng)模型，分別研究滾動軸承內、外圈滾道的波紋度在不同幅值與波數時，以及轉子在不同轉速情況下系統(tǒng)的非線性振動特性。研究表明，隨著波紋度波數的不斷增加，系統(tǒng)的振動強度也隨之增大，且當波數與滾動體數目相同時，系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重振動?？紤]外滾道表面波

4、紋度的影響時，系統(tǒng)主要通過倍周期分岔進入混沌。考慮內滾道表面波紋度的影響時，轉子系統(tǒng)的振動頻率與波數和滾動體數之間存在函數關系。綜合考慮內、外圈滾道波紋度的影響時，隨著轉速的不斷升高，系統(tǒng)表現(xiàn)出擬周期響應和混沌運動，主要通過擬周期分岔進入混沌。
　　最后采用自制的試驗裝置，進行徑向力與系統(tǒng)固有頻率關系的試驗，驗證了所建立動力學分析模型的準確性。由試驗獲取的試驗數據和理論分析數據可知，隨著徑向力的增大，系統(tǒng)固有頻率逐漸增大，且徑向力