2010年3月第35卷第3期
DOI: 10. 3969/j issn. 0254 0150. 2010. 03, 008
润滑与密封
LUBRICATION ENGINEERING
气浮轴承支撑下裂纹-碰摩转子系统动力学分析*
孙保苍杨锦坤
（江苏大学理学院江苏镇江212013）
8
Mar.2010 Vol. 35 No. 3
摘要：建立了带有裂纹和硅摩耦合故障的气浮轴承支撑的弹性转子系统的动力学方程。将打靶法思想与四阶龙格
库塔法结合，对转子系统由于气膜力、裂纹和局部碰障故障导致的非线性动力学行为进行了数值模拟，借助分岔图、相图、Poincare映射和频谱图分析了转子系统的运动形态。研究结果表明，随着系统参数的变化，在特定的参数组合下系统存在周期、拟周期和混沌等复杂的非线性动力学现象。
关键调：硅摩；裂纹；气浮轴承；非线性动力学
中图分类号：0322；TH113文默标识码：A文章编号：0254-0150（2010）3-034-7
AnalysisonDynamicofRotorSystemSupportedbyGas
JournalBearings withCrack andRub-impact
SunBaocangYangJinkun
(Faculty of Science,Jiangsu University,Zhenjiang Jiangsu 212013, China)
Abstract: The moving equations of gas jourmal bearing elastic rotor system with crack and rub-impact were established.
Nonlinear dynamical behaviors of rotor system caused by gas film force,crack and local rubbing fault were studied through numerical simulations based on the combination of thought of Shooting method and Runge-Kutta method. The motion char-acteristics were analyzed by bifurcation diagram,phase diagram,Poincare maps and spectrum analysis., Results show that at specific parameter combinations,there are complex nonlinear dynamical phenomena with the variation of system parame-ters,including periods,quasi-periods and chaos motions and so forth in the system.
Keywords; rub-impact; crack ; gas jourmal bearing; nonlinear dynamics
转子系统的转轴裂纹和转子与静子之间碰摩是旋
转机械中常见的故障，也是引起机械系统失效的主要原因。其耦合故障的非线性动力学行为较单一故障系统更加复杂，许多学者和研究人员在不同程度上对裂纹与碰摩故障作了研究。文献[1-3]讨论了裂纹转子的稳态响应、稳定性及系统参数对它们的影响规律。文献【4］研究了具有非线性碰摩力局部碰摩的分岔与混沌运动。文献[5-6］在考虑轴承间隙、非线性油膜力、裂纹和碰摩等因素的基础上对裂纹与碰摩耦合故障进行了分析。但大部分研究都是使用龙格库塔法来直接对系统进行数值模拟，求得其周期，这样会存在一定的盲自性，且所求周期解的周期T
*基金项目：国防基础科研项目（A2520060236）. 收稿日期：2009-09-18
作者简介：孙保苍（1965一），男，博士后，教授，主要从事动力学与控制方面研究，E-mail；bcsun@ujs.edu.en
的误差不会小于所选的积分步长。因此，为了避免这种盲目性，提高系统的运算效率，本文作者将基于气浮短轴承模型7]，综合考气膜力、裂纹和碰摩故障等非线性因素，运用打靶法的思想[8-9]，先求解转子裂纹-碰摩转子系统的周期解，然后根据四阶龙格库塔法求解裂纹-碰摩转子系统的微分方程，对裂纹深度和不平衡量等参数对转子系统的影响加以研究，分析裂纹与碰摩耦合故障的转子-轴承系统的动力学行为。
1动力学模型
图1（a）是所研究的含裂纹与碰摩转子-轴承系统的模型，轴长为L，轴承半径为R，k，为定子刚度，转盘质量为m，轴径处的集中质量为mz，转子侧盘与轴承之闻为无质量弹性轴，在轴的中间有一个深度为α的弓形横向裂纹，两端由相同的气浮轴承支承。图1（b）为裂纹截面模型，0为轴承中心，0，