滚动轴承系统Hertz接触模型与立方非线性模型对比分析
作者单位：哈尔滨工业大学航天学院 天津大学机械工程学院
会议名称：《第十届动力学与控制学术会议》
会议日期：2016年
学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化]
基 金：国家重点基础研究发展计划(“973”计划)(批准号:2015CB057400)
关 键 词：滚动轴承1 Hertz接触2 立方非线性3 转子-轴承系统4
摘 要：滚动轴承广泛应用于旋转机械部件中,如高精度数控机床主轴,航空发动机主轴等,而现代先进旋转机械设备向高转速,高效率,高性能发展,其支撑轴承的性能和工作稳定性越来越受到工业界的重视。由于滚动轴承包含分数指数的Hertz接触非线性,造成传统的非线性分析方法无法直接处理。为解决该问题,本文先通过静力学实验,测得轴承径向力和径向变形的关系,分别用Hertz接触模型,立方多项式模型进行拟合,与航空发动机设计手册给出的径向刚度与径向力关系的近似计算公式比较,Hertz接触模型最大误差为1.1%,立方多项式模型最大误差为7%,因此静力学上,认为立方多项式模型能够逼近Hertz接触模型。然后利用静力学平衡关系,求得轴承中单个滚动体的接触力与接触变形的关系,获得两种非线性力学模型的轴承-刚性转子系统的动力学方程。最后定量对比分析两模型在不同转速下的位移响应和频谱;以及在不同的间隙、不同外激励幅值、不同质量的转子的条件下,定性对比两模型的升降速幅频曲线。结果证明立方非线性模型在一定变形范围内能代替Hertz接触模型。