衛(wèi)星陀螺儀滾動(dòng)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性振動(dòng)分析.pdf

1、陀螺儀是構(gòu)成衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)核心器件，其性能在很大程度上依賴于陀螺儀滾動(dòng)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的性能。隨著衛(wèi)星技術(shù)的迅猛發(fā)展，陀螺儀轉(zhuǎn)子系統(tǒng)正朝著高轉(zhuǎn)速、輕質(zhì)量等方向發(fā)展。這種設(shè)計(jì)要求成為陀螺儀轉(zhuǎn)子系統(tǒng)頻發(fā)各種失穩(wěn)現(xiàn)象的關(guān)鍵因素。由于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的強(qiáng)非線性和復(fù)雜性，早期線性化理論和方法已不能滿足現(xiàn)代轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析。開展陀螺儀轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性振動(dòng)研究具有重大的理論意義及工程應(yīng)用價(jià)值。
　　本文以衛(wèi)星陀螺儀滾動(dòng)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為研究對象，首

2、先基于滾動(dòng)軸承運(yùn)動(dòng)學(xué)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(dòng)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性動(dòng)力學(xué)分析模型，采用 Runge-Kutta算法求解系統(tǒng)在不同參數(shù)時(shí)的分岔圖、Poincaré圖、頻譜圖、相圖和軸心軌跡，分析了不同參數(shù)對轉(zhuǎn)子系統(tǒng)非線性振動(dòng)的影響，并依據(jù)系統(tǒng)的最大 Lyapunov指數(shù)進(jìn)一步驗(yàn)證系統(tǒng)的非線性特性。研究表明，隨著轉(zhuǎn)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)的變化，系統(tǒng)的響應(yīng)中表現(xiàn)出豐富的周期和非周

3、期(擬周期或混沌)振動(dòng)，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(shù)，如轉(zhuǎn)速、阻尼、徑向游隙、滾動(dòng)體數(shù)、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(dòng)軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型，分別研究滾動(dòng)軸承內(nèi)、外圈滾道的波紋度在不同幅值與波數(shù)時(shí)，以及轉(zhuǎn)子在不同轉(zhuǎn)速情況下系統(tǒng)的非線性振動(dòng)特性。研究表明，隨著波紋度波數(shù)的不斷增加，系統(tǒng)的振動(dòng)強(qiáng)度也隨之增大，且當(dāng)波數(shù)與滾動(dòng)體數(shù)目相同時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重振動(dòng)?？紤]外滾道表面波

4、紋度的影響時(shí)，系統(tǒng)主要通過倍周期分岔進(jìn)入混沌。考慮內(nèi)滾道表面波紋度的影響時(shí)，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)頻率與波數(shù)和滾動(dòng)體數(shù)之間存在函數(shù)關(guān)系。綜合考慮內(nèi)、外圈滾道波紋度的影響時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的不斷升高，系統(tǒng)表現(xiàn)出擬周期響應(yīng)和混沌運(yùn)動(dòng)，主要通過擬周期分岔進(jìn)入混沌。
　　最后采用自制的試驗(yàn)裝置，進(jìn)行徑向力與系統(tǒng)固有頻率關(guān)系的試驗(yàn)，驗(yàn)證了所建立動(dòng)力學(xué)分析模型的準(zhǔn)確性。由試驗(yàn)獲取的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析數(shù)據(jù)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