考虑硬刚度特性的压缩机轴系弯扭耦合振动特性分析

张皓; 赵翔; 张冬梅; 左松

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.011

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考虑硬刚度特性的压缩机轴系弯扭耦合振动特性分析

·振动·噪声·监测·诊断· | 更新时间：2026-06-16

- 考虑硬刚度特性的压缩机轴系弯扭耦合振动特性分析
- Analysis of bending-torsion coupling vibration characteristics of compressor shaft system considering hardening stiffness characteristics
- 机械强度 2026年48卷第6期页码：99-109
- 作者机构：
  
  中国人民解放军联勤保障部队工程大学，重庆 401331
- 作者简介：
  
  张皓，男，1992年生，四川资中人，博士研究生，助理研究员；主要研究方向为机械振动；E-mail：ljqwxygczx@163.com。
- 基金信息：
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.011
  中图分类号： TH457
- 收稿：2024-03-08，
  
  修回：2024-07-15，
  
  纸质出版：2026-06-15
- 稿件说明：
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张皓，赵翔，张冬梅，等. 考虑硬刚度特性的压缩机轴系弯扭耦合振动特性分析［J］. 机械强度，2026，48（6）：99-109.

ZHANG Hao，ZHAO Xiang，ZHANG Dongmei，et al. Analysis of bending-torsion coupling vibration characteristics of compressor shaft system considering hardening stiffness characteristics［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（6）：99-109.
张皓，赵翔，张冬梅，等. 考虑硬刚度特性的压缩机轴系弯扭耦合振动特性分析［J］. 机械强度，2026，48（6）：99-109. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.011.

ZHANG Hao，ZHAO Xiang，ZHANG Dongmei，et al. Analysis of bending-torsion coupling vibration characteristics of compressor shaft system considering hardening stiffness characteristics［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（6）：99-109. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.06.011.

摘要

目的

为探究联轴器变刚度特征对轴系振动行为的影响规律，以压缩机电动机转子-联轴器-曲轴-轴承系统为对象进行研究。

方法

采用Lagrange法构建了轴系弯扭耦合动力学模型。通过数值仿真分析了联轴器变刚度特性、转速以及轴承间隙对系统振动响应、相空间轨迹及非线性行为（如混沌、分叉）的影响。

结果

结果表明，联轴器变刚度特性会导致相空间出现“锯齿形”波动，但对轴心轨迹变化规律影响较小。随着转速升高，变刚度特性诱发了混沌与分叉等非线性行为，导致共振峰右移且不稳定区幅值增大，相空间波动随轴承间隙减小而减弱。研究结果可为轴系弯扭耦合振动行为预测及运行转速选择提供指导。

Abstract

Objective

This study aims to investigate the influence of coupling variable stiffness characteristics on the vibration behavior of the shaft system. The motor rotor-coupling-crankshaft-bearing system of a compressor was selected as the research object.

Methods

A coupled bending-torsion dynamic model of the shaft system was constructed using the Lagrange method. The effects of variable stiffness

rotational speed

and bearing clearance on the vibration response and nonlinear behaviors were analyzed through numerical simulations.

Results

The results indicate that variable stiffness characteristics lead to "sawtooth" fluctuations in phase space

while the shaft center trajectory remains largely unaffected. As rotational speed increases

hardening stiffness induces nonlinear behaviors such as chaos and bifurcation

causing a rightward shift of resonance peaks

phase space fluctuations decrease with reduced bearing clearance. These findings provide a basis for predicting vibration behavior and guiding speed selection for shaft systems.

关键词

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