高速滚动轴承及柔性转子系统耦合动力特性分析与优化研究

针对高速旋转机械安全运行的需求，以高速滚动轴承及柔性转子系统为研究对象，建立滚动轴承柔性转子系统动特性的耦合计算模型，揭示滚动轴承和转子系统动特性的相互影响规律；考虑球轴承的五个自由度、滚子轴承的四个自由度计算非线性轴承力，建立能够适用于复杂载荷、柔性转子的高速滚动轴承转子系统非线性振动模型，使用Newmark-β法结合Floquet理论求解，研究柔性转子系统的非线性振动行为及稳定性，揭示滚动轴承结构参数对转子系统非线性振动行为的影响规律；考虑滚动轴承与转子系统动力特性的耦合影响，在较为准确的高速滚动轴承动态力学性能模型的基础上计算滚动轴承的打滑率、PV值等动力特性参数，以动特性满足要求为目标对滚动轴承的结构进行多目标优化设计。在高速滚动轴承转子实验台上试验，验证理论的正确性。本课题对准确预测高速滚动轴承转子系统的动态性能，提高高速滚动轴承及转子系统的可靠性具有重要的指导意义和应用价值。

以高速滚动轴承柔性转子系统为研究对象，建立了滚动轴承转子系统动特性的耦合计算模型, 发现考虑转子和支承轴承的耦合影响后，球轴承的动态性能如保持架滑动率、PV值的计算结果增大，当工况突变时增大较为明显；考虑球轴承的五个自由度、滚子轴承的四个自由度计算非线性轴承力，建立了能够适用于复杂载荷、柔性转子的高速滚动轴承转子系统非线性振动模型，使用Newmark-β法结合Floquet 理论求解，给出了柔性转子系统的非线性振动行为及稳定性，揭示了滚动轴承结构参数对转子系统非线性振动行为的影响规律。发现不平衡力会导致转子不同节点出现不同的非线性振动行为，如周期和拟周期振动同时存在。当轴承上载荷不对称时，会导致失稳转速很小。柔性转轴对系统周期振动较为有利；考虑滚动轴承与转子系统动力特性的耦合影响，以额定动负荷、径向刚度和旋滚比满足要求为目标，使用NSGA-II遗传算法对滚动轴承结构参数进行多目标优化设计，研究得出内圈沟曲率参数变化对动态性能优化结果影响最大。高速转子系统中，为获取较好的支承动态性能，应考虑耦合影响对支承轴承进行多目标优化设计。在高速滚动轴承转子实验台上试验，验证了理论的正确性。本课题对准确预测高速滚动轴承转子系统的动态性能，提高高速滚动轴承及转子系统的可靠性具有重要的指导意义和应用价值。