随着科技水平的提高以及人类生活需求的不断增长,旋转机械正朝着高速自动化的方向发展,轴承-转子系统作为旋转机械的重要组成部分,其高速运转的稳定性直接关系到整个机械系统的安全运行。高速角接触球轴承因其转速高、体积小和安装方便等特点,广泛应用于高速转子系统的支承中,其支承特性的好坏对高速转子系统的稳定运行至关重要。因此,高速角接触球轴承的支承特性及转子系统稳定性的分析成为高速旋转机械的重要研究内容之一。本文的研究工作主要从以下几个方面展开:(1)高速角接触球轴承的静态特性分析。基于Hertz接触理论,首先对角接触球轴承在承受静态载荷时的载荷-变形情况进行分析,推导出轴承静态刚度的计算公式;其次编制计算程序流程图,并通过实例计算得到轴承的静态刚度值、接触应力及应变值;最后利用Solidworks软件建立轴承三维模型,将模型导入Ansys软件中进行仿真分析,得到轴承钢球与内外滚道接触部分的应力应变分布情况。(2)高速角接触球轴承的动态特性分析。基于滚道控制理论,首先对角接触球轴承钢球公转、自转角速度以及钢球与内外滚道接触处的旋滚比等内部运动情况进行分析;其次考虑轴承过盈配合量、钢球离心力和陀螺力矩的影响,推导出整体的平衡方程并建立轴承动态刚度模型;最后编制计算程序流程图,通过实例计算详细研究了轴承接触角、刚度、旋滚比、钢球离心力和陀螺力矩等参数的变化规律。(3)高速角接触球轴承-转子系统稳定性分析。首先建立轴承-转子系统的动力学模型,根据轴承各个方向的恢复力和力矩,推导出轴承-转子系统的动力学方程;其次采用动力学方程求解方法-Newmark算法对转子系统进行数值仿真,得到系统响应的分岔图、轴心轨迹图、频谱图以及Poincare图;最后研究了系统转速、偏心矩等可变参数对转子系统动力学特性的影响,通过分析系统响应图形详细讨论了转子系统复杂的动力学行为。(4)高速角接触球轴承刚度及转子系统稳定性实验测试。利用共振法测试轴承动态刚度:将轴承-转子系统的物理模型简化,建立临界转速与轴承动态刚度之间的函数关系;通过实验数据绘制幅频特性曲线,得到系统临界转速值,根据建立的函数关系求解轴承动态刚度。轴承-转子系统稳定性实验:通过伺服电机驱动轴承-转子系统,利用传感器和数据采集卡测取转子位移信号,通过Matlab软件对该信号进行分析处理,绘制系统的时域图和轴心轨迹图,验证文中理论研究的合理性和准确性。