含外圈故障的高速列车轴承转子系统非线性动力学行为分析

针对高速动车组列车的轴箱轴承,建立一种含外圈故障的滚动轴承非线性动力学模型,并分析轴承在正常状态和故障状态下模型的非线性动力学行为。该轴承为高速列车圆锥滚子轴承,模型考虑了轴承间隙、滚子和滚道之间的非线性赫兹接触力、由于转子质量偏心引起的不平衡力等因素。对模型进行数值求解,通过对比仿真和实际求得的变刚度频率外圈故障特征频率验证了模型的正确性。得到系统复杂的非线性动力学响应,分析转子速度、故障尺寸等因素对系统稳定性的影响,随着转子速度和故障尺寸的增大,系统会逐渐偏离稳定的运动状态,更早地进入混沌。通过频谱图、相平面图、分岔图以及Poincare映射图进行系统分岔和混沌特性分析,发现了通往混沌的拟周期运动、阵发性和倍周期分岔途径。分析结果对研究列车轴箱轴承故障的产生机理和演化规律具有一定的价值。