陀螺儀轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動力特性及穩(wěn)定性分析.pdf

1、陀螺儀是構(gòu)成慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)核心器件,其性能很大程度上取決于陀螺儀轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的性能。為了提高衛(wèi)星陀螺儀的精度、靈敏度、壽命和可靠性,開展對陀螺儀轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動力特性及穩(wěn)定性的分析具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價值。本文建立了滾動軸承.轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動力學(xué)模型,分析了陀螺儀轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動力特性和穩(wěn)定性。
　　 本文的主要內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　 1、陀螺儀轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動力特性分析建立了考慮變?nèi)岫取ertzian接觸力等多

2、種非線性因素的滾動軸承.轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)模型:提出了一種計算滾動軸承剛度的新方法,該方法可以得到滾動軸承時變的剛度矩陣；研究了系統(tǒng)轉(zhuǎn)速、滾動體數(shù)目、等效黏滯阻尼、軸承徑向力等結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)對陀螺儀轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動力特性的影響。結(jié)果表明轉(zhuǎn)子系統(tǒng)具有豐富的周期和非周期(擬周期或混沌)響應(yīng)形式,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進入混沌的主要途徑是倍周期分岔,合理的選擇轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作參數(shù),可降低系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。
　　 2、考慮表面缺陷的陀螺儀轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線

3、性動力特性分析建立了考慮滾動軸承表面波紋度、表面局部缺陷的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動力學(xué)模型；采用數(shù)值方法、Poincaré映射方法、頻譜分析法等,分析了陀螺儀轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的分岔、混沌等特性；分析了波紋度波數(shù)、幅值,表面缺陷動荷系數(shù)等參數(shù)與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動力特性間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)外圈波紋度波數(shù)與滾動軸承滾動體數(shù)目相等時,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)會產(chǎn)生強烈振動；內(nèi)圈波紋度引起的振動頻率與波數(shù)有明確的函數(shù)關(guān)系。提出了依據(jù)振動時域參數(shù)對表面局部缺陷進行識別的方法。
　　

4、 3、陀螺儀轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動力穩(wěn)定性分析根據(jù)Floquet理論,判斷、分析了滾動軸承.轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的周期解的穩(wěn)定性；采用不動點法、直接數(shù)值積分法、Poincaré映射、功率譜分析等方法,分析了不同阻尼情況下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)周期解的穩(wěn)定性以及分岔、混沌等特性；研究了阻尼對陀螺儀轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性穩(wěn)定性的影響；發(fā)現(xiàn)隨著阻尼的增大,系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)逐漸變得簡單,系統(tǒng)的失穩(wěn)區(qū)間的數(shù)目減少,相應(yīng)的失穩(wěn)區(qū)間變窄,相應(yīng)的失穩(wěn)臨界轉(zhuǎn)速提高；找到了三種導(dǎo)致轉(zhuǎn)子系統(tǒng)周期解

5、失穩(wěn)的方式:倍周期分岔失穩(wěn)、擬周期分岔失穩(wěn)和陣發(fā)性分岔進入混沌失穩(wěn)。
　　 4、陀螺儀轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性參數(shù)、強迫聯(lián)合振動對工程實際中的參數(shù)、強迫聯(lián)合激勵的滾動軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng),建立了考慮非線性軸承力、徑向游隙、變?nèi)岫鹊确蔷€性因素和不平衡力的滾動軸承.轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)微分方程；利用分岔圖、Poincaré映射圖和頻譜圖,分析了參數(shù)、強迫聯(lián)合激勵的陀螺儀轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的響應(yīng)、分岔和混沌等非線性動力特性；發(fā)現(xiàn)參數(shù)、強迫聯(lián)合激勵的陀螺儀轉(zhuǎn)子系統(tǒng)有多

6、種周期和混沌響應(yīng)形式,其振動頻率不僅有參數(shù)振動頻率成分和強迫振動頻率成分,而且有二者的倍頻成分和組合頻率成分；不平衡力較小時,系統(tǒng)中參數(shù)振動占主導(dǎo)地位,增大不平衡力有利于抑制轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不穩(wěn)定振動。另一方面,隨不平衡力的增大,強迫振動逐漸增強,大的不平衡力會誘發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生混沌振動。
　　 5、預(yù)緊力對陀螺儀轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動力特性及穩(wěn)定性的影響建立了三自由度的滾動軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)模型；研究了軸向預(yù)緊力對陀螺儀轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性響應(yīng)、