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考虑轧辊垂直振动位移和扭转振动角动态变化影响,建立了动态轧制力和动态轧制力矩模型。在此基础上进一步建立了四辊轧机垂直-扭转耦合非线性振动动力学模型。采用多尺度法得到了该轧机耦合振动系统的主共振幅频特性方程。采用实际轧机参数,分析了动态轧制力非线性参数、外扰力矩等参数变化对轧机垂直振动和扭转振动主共振幅频特性的影响,并研究了不同外扰力下该系统的分岔行为,得到轧机在垂直和扭转方向出现周期、倍周期以及混沌等振动行为的条件,这为进一步解决轧机的振动问题提供理论参考。