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耦合故障作用下转子——滚动轴承系统动力学分析及模拟实验研究
摘要：
转子-滚动轴承系统是典型的耦合系统，其故障存在着复杂的动力学行为，因此对其动力学特性及故障分析具有重要的研究意义。本文以转子-滚动轴承系统为研究对象，针对耦合故障作用下的动力学特性进行了分析和建模，并采用模拟实验的方法进行验证。研究结果表明，在耦合故障作用下，转子-滚动轴承系统存在着非常复杂的动力学行为，故障对系统运动的影响比较显著，为保证机器设备的稳定运行，应及早发现和排除故障。
关键词：转子-滚动轴承系统、耦合故障、动力学特性、模拟实验
一、引言
转子-滚动轴承系统是典型的耦合系统，其故障存在着复杂的动力学行为。故障对系统的稳定性和可靠性有着非常大的影响，因此对其动力学特性及故障分析具有重要的研究意义。传统的研究方法主要采用试验分析的方法，不仅费时费力，而且存在着一定的试验误差。因此，利用数值模拟方法分析转子-滚动轴承系统的动力学特性和故障具有一定的优势。
本文以转子-滚动轴承系统为研究对象，针对耦合故障作用下的动力学特性进行了分析和建模，并采用模拟实验的方法进行验证。研究结果对于提高转子-滚动轴承系统的运行稳定性和可靠性具有重要的意义。
二、系统模型
转子-滚动轴承系统是典型的耦合系统，其包括转子、滚动轴承、支承和故障等组成部分。系统组成如图1所示：
图1转子-滚动轴承系统结构图
其中，J是转子的转动惯量，C是滚动轴承的刚度，D是滚动轴承的阻尼系数，F是外加载荷，τ是故障信号。
对于转子-滚动轴承系统建立动力学方程，采用拉格朗日方程，系统的拉格朗日方程为：
L=T-V
其中T为转子的动能，V为转子和滚动轴承之间的势能，转子的动能可表示为：
T=1/2Jω^2
转子和滚动轴承之间的势能可表示为：
V=C(x-ωR)²/2+Dx²/2
综合可得转子-滚动轴承系统的动态方程为：
Jd²ω/dt²+C(x-ωR)+Ddx/dt=F+τ
通过对方程进行求解，可得到转子的运动轨迹和滚动轴承的动力学特性。
三、模拟实验
针对上述系统模型，本文采用MATLAB软件进行了模拟实验。模拟实验的具体步骤如下：
1.根据系统模型建立MATLAB模型，设置转子转动惯量、滚动轴承的刚度和阻尼系数等参数。
2.设定外加载荷和故障信号，观察系统的稳定性和动力学特性。
3.分析系统的运动状态，记录各个参数的变化情况，验证模型的准确性。
通过模拟实验，我们得到了转子-滚动轴承系统的运动轨迹和动力学特性。实验结果显示，在故障作用下，转子的运动变得非常不稳定，系统出现了明显的振动和抖动现象。
四、结论
本文针对转子-滚动轴承系统的耦合故障作用下的动力学特性进行了分析和建模，采用模拟实验的方法进行验证。研究结果表明，在耦合故障作用下，转子-滚动轴承系统具有非常复杂的动力学行为，故障对系统运动的影响比较显著。因此，为保证机器设备的稳定运行，应及早发现和排除故障。本研究结果对于提高转子-滚动轴承系统的运行稳定性和可靠性具有一定的参考价值。