球轴承变柔度1/2阶亚谐共振的滞后特性及其分岔机理

滚动轴承变柔度(varying compliance,VC)振动是转子系统不可避免的激励形式,属于轴承-转子动力学领域的基本科学问题。由于Hertzian接触非线性、间隙(轴承游隙)非线性和时变柔度参激非线性的耦合作用,系统具有显著的VC滞后共振特性,影响轴承自身乃至其支承转子系统运动的稳定性和安全性,相关问题得到持续关注。根据非线性振动基本理论,参激系统往往具有丰富的主共振、内共振、超谐、亚谐和组合共振行为。然而,相对于国内外大量有关滚动轴承VC参激主共振的研究,其他共振类型的研究甚少。基于此,该研究将针对球轴承-刚性Jeffcott转子系统VC振动亚谐共振问题展开研究。采用谐波平衡-频时转换(harmonic balance and alternating frequency/time domain,HB-AFT)方法追踪系统的VC周期运动分枝,并结合Floquet理论分析了系统亚谐共振行为的演化机制,发现系统1/2阶亚谐共振同样具有滞后跳跃行为。在此基础上,指出系统1/2阶亚谐运动包含复杂的1∶2和1∶4内共振现象,会引起球轴承不同自由度方向强烈的耦合振动。另外,研究发现在亚谐共振区间之间存在由二次Hopf分岔触发的滞后组合共振行为。最后,该研究探讨了轴承径向游隙和阻尼系数对系统VC亚谐共振的影响。相关结果对球轴承VC共振的动力学控制有一定的参考意义。