考虑弹流润滑及滑动作用下滚动轴承系统局部缺陷位移激励动力学建模

滚动轴承动力学模型可深入的分析轴承局缺陷动态响应特性。针对滚动轴承局部缺陷动力学建模在弹流润滑、滑动和轴承座等方面考虑因素不全的问题,建立弹流润滑及滑动作用下滚动轴承系统局部缺陷位移激励的二自由度动力学模型。首先对滚动体与滚道间的接触刚度、润滑油膜刚度和阻尼、轴承座刚度和阻尼计算并求得总的接触刚度和阻尼,然后再加入滑动更能真实的模拟轴承实际的运转情况;根据牛顿第二定律建立了局部缺陷轴承动力学方程,利用四阶龙格库塔方法求解,得到轴承局部缺陷的动态响应。通过对比故障滚动轴承试验与模型模拟的结果,验证了所建模型的正确性。     

深沟球轴承三维非线性时变振动特性研究

为了深入揭示滚动轴承的振动特性,本文以深沟球轴承6304为研究对象,考虑轴承座和套圈变形对轴承振动的影响,建立了轴承-轴承座系统全柔体三维接触非线性动态有限元分析模型。针对轴承刚度的非线性特征,提出了轴承时变刚度计算方法,研究了转动过程中的滚动轴承刚度的时变特性。在充分考虑时变刚度、径向游隙以及非线性接触等非线性因素的基础上,对深沟球轴承进行了转动过程非线性数值仿真,获得了轴承内、外圈和滚动体等结构零件的振动加速度,并分析了轴承内、外圈和滚动体的时域和频域振动特征以及游隙对轴承振动特性的影响,为轴承的减振降噪和运行状态监测提供了理论分析依据。     

深沟球轴承损伤动力学建模与识别方法研究

基于Hertz接触理论,考虑到离心力对滚动体与内外圈接触力的影响,建立轴-轴承-轴承座的五自由度动力学模型。构建了缺陷边缘演变引起时变位移激励与缺陷尺寸之间关系的表达式,将时变位移函数与五自由度深沟球轴承动力学模型结合,建立了深沟球轴承的损伤转子动力学模型。用数值分析的方法对内圈、外圈的单一故障动力模型进行仿真,并分析了不同的损伤区大小对深沟球轴承振动的影响。仿真和试验结果包络分析后的结果表明本文所建深沟球轴承损伤动力学模型的准确性。     

考虑弹流润滑影响的表面局部缺陷中介轴承动力学建模

航空发动机中介轴承位于发动机高、低压转子之间,其内、外环随高、低压转子同向或反向旋转,相对转速高和润滑条件恶劣造成中介轴承故障频发。针对表面局部缺陷中介轴承的振动故障诊断,考虑弹流润滑影响和时变位移激励,提出了一种带局部缺陷的中介轴承动力学建模方法。采用双转子实验台开展中介轴承外圈故障模拟实验,采集振动信号并进行分析。对比动力学模型数值模拟结果和故障轴承实验结果,验证了所建动力学模型的准确性。基于所建立动力学模型对有、无润滑的中介轴承在不同缺陷尺寸条件下的振动响应进行数值模拟。研究结果表明:该模型能够准确模拟中介轴承在不同状态、不同缺陷尺寸下的振动响应变化规律,可用于中介轴承故障机理分析。     

考虑滑动和热膨胀的球轴承局部故障动力学建模EI北大核心CSCD

研究外圈局部剥落故障球轴承工作时的动力学特性,并建立考虑滑动和热膨胀的球轴承动力学模型。首先把轴承简化为只考虑径向接触力的弹簧-阻尼模型,研究滚动体在滚道中刚开始承受载荷时的滑动作用,得到考虑滑动作用的滚动体与滚道间的角度关系模型。对外圈局部剥落故障区域附近滚动体的接触刚度和位移变化进行研究,分析滚动体在进入和退出剥落区过程中不同状态下的接触刚度和径向位移的变化情况,修正剥落故障区域附近滚动体与滚道的接触刚度值,得到时变刚度模型和时变位移模型,使动力学模型仿真信号更接近真实情况。利用局部法计算球轴承内部各接触组件间摩擦产生的热量,结合热网络法和球轴承瞬态热平衡方程计算轴承各节点的温度。研究球轴承内部滚动体的径向热膨胀位移,修正轴承动力学模型中滚动体的时变位移模型。以牛顿第二定律和Hertz接触理论为基础,充分考虑滚动体的滑动作用、热膨胀位移和剥落区域时变刚度、时变位移,建立球轴承外圈局部故障二自由度动力学模型,使用四阶龙格库塔法对模型进行求解。利用试验与模拟结果对比,证明模型的可行性。     

考虑润滑和波纹度影响的球轴承径向刚度

建立了考虑波纹度影响的球轴承非线性振动模型,该模型可以用来仿真球轴承的径向刚度。该模型考虑了外圈的五个自由度,并且还同时考虑了流体弹性动力润滑(EHD)油膜的影响。仿真结果表明球轴承表面的波纹度使得球轴承的刚度发生周期性的改变,油膜虽然增大了刚度,但也只是增加了不到1%。最后还通过实验验证了润滑对轴承径向刚度的影响。     

多事件激励的滚动轴承动力学建模

针对径向载荷作用下滚动轴承表面局部缺陷引起的振动问题,为了更加准确地揭示振动响应的机理,将滚动体经过缺陷的接触过程进一步细化为多事件,建立了内圈表面存在局部缺陷的滚动轴承2自由度动力学模型。将滚动体从进入缺陷到离开缺陷的过程细化为进入事件、冲击事件、离开事件和载荷补偿事件,根据相应事件构造合适的激励力函数;考虑缺陷和轴承变刚度振动引起的时变位移对动力学响应特性的影响,基于赫兹接触理论,建立局部缺陷轴承的动力学模型。利用四阶变步长的龙格-库塔法对动力学方程进行求解,得到了振动响应信号;同时研究了缺陷尺寸和转速对轴承系统振动加速度幅值的影响规律。通过故障轴承实验,验证了模型的正确性和可靠性。     

深沟球轴承在磨损条件下的动态特性研究

以6201轴承为研究对象建立一个4自由度的动力学模型。利用MATLAB和Runge-Kutta方法求解深沟球轴承的位移、速度及加速度的振动特性。通过计算滚动体通过外圈的频率理论计算值与模型的仿真值可知,理论计算值与仿真值具有较好的一致性。通过测振仪测量深沟球轴承的振动加速度值,测量值与仿真值相一致;利用此测量模型,进行研究磨损后径向游隙和波纹度对轴承振动的影响,结果表明,此方法是一种研究轴承振动非常有效的方法。     

球轴承柔性多体动力学分析与接触振动研究

结合有限元法和柔性多体动力学方法,提出球轴承柔性多体接触动力学模型和动力学分析方法。综合考虑钢球与内外圈滚道的游隙、柔性多体接触、套圈弹性变形、摩擦、离心力和转速等关键因素,建立球轴承的柔性多体接触动力学模型。研究了球轴承的柔性多体动力学特性和接触振动响应,计算出球轴承钢球公转一周时的接触力变化、套圈中心的相对振动位移、加速度、套圈弹性变形、截面接触应力和径向接触应力等接触振动响应,揭示了球轴承的支承钢球数目奇偶交替时的变柔性接触振动本质。提出的球轴承动力学模型与计算结果为以系统振动为目标的球轴承动态设计和球轴承系统设计提供理论指导和参考数据。     

温变配合间隙对全陶瓷球轴承-转子系统动态特性影响分析

针对全陶瓷球轴承热变形小,在宽温域下轴承外圈与轴承座之间配合间隙变化较大的特点,建立了考虑温变配合间隙的全陶瓷球轴承-轴承座动力学模型。将轴承座与轴承外圈受热变形分别计算,并将不同温度下配合间隙作为边界条件对全陶瓷球轴承动态特性进行求解。以轴承工作温度、工作转速、初始配合间隙为变量对全陶瓷球轴承外圈振动情况展开参数化研究,并结合试验手段对模型精度加以验证。结果表明,考虑温变配合间隙的动力学模型能够准确模拟全陶瓷角接触球轴承在不同工作温度下的动态特性。随着工作温度的升高,全陶瓷球轴承振动整体呈现增大趋势,且振动幅度呈现非线性变化趋势。在全陶瓷球轴承外圈与轴承座配合处适当采用紧配合有助于减小高温下轴承外圈与轴承座之间配合间隙,提升变温工况下全陶瓷球轴承回转精度。研究工作可为全陶瓷球轴承状态分析提供参考,并为全陶瓷球轴承-转子系统优化设计提供理论依据。     

考虑滚动体滑移的全陶瓷角接触球轴承非线性动态特性分析

为了探究陶瓷滚动体发生滑移运动时全陶瓷角接触球轴承的动态特性,建立了滚动体与轴承外圈的接触模型,计算了滑移情况下的接触参数。在此基础上建立了考虑滚动体滑移行为的全陶瓷角接触球轴承动力学模型,通过模型的计算结果分析了轴承系统的振动特性和周期规律。由模型计算结果可知,滚动体发生滑移运动时接触变形和接触面积随载荷的增大而增大,然而接触变形远小于正常接触时的情况,接触面积大于正常接触时的情况。搭建了轴承转子试验台进行振动试验,在试验工况条件下得到的全陶瓷轴承振动幅值与模型计算的结果平均误差仅为0.68%,证明了模型的准确性。该研究为全陶瓷角接触球轴承的接触机理研究和动态特性分析提供了一定的理论依据。     

基于时变接触刚度的球轴承双冲击现象动力学建模

剥落区长度与球轴承振动响应中的双冲击现象密切相关,传统方法对剥落区双冲击现象动力学机理建模都是基于恒定接触刚度,然而当球轴承滚道表面存在剥落时,滚动体与剥落区部分的接触区域不再为一椭圆面,滚动体与剥落区之间的接触不再满足接触刚度恒定这一条件。针对这一问题,以内圈滚道表面存在单一故障的球轴承为研究对象,基于Hertz接触理论,提出考虑滚动体与内圈剥落区之间时变接触刚度特性和时变位移激励的球轴承局部故障双冲击现象动力学机理模型,并对振动响应中的双冲击时间间隔进行分析。研究表明,该模型能克服传统的接触刚度计算方法未考虑滚动体与剥落区之间接触刚度时变性的缺点。通过仿真、实测及理论双冲击时间间隔对比,验证了该模型的有效性。     

滚动轴承外圈剥落故障双冲击特征机理建模

基于Hertz理论,从滚动轴承系统内部运动状态出发,充分考虑缺陷出现后因材料剥落而引入的额外间隙,及滚动体通过损伤时的弹性接触过程与损伤对赫兹接触刚度的影响,并获取滚动体与滚道间的弹性变形曲线。通过构建相应的时变位移函数与时变接触力增量函数,并将两者与二自由度正常轴承动力学模型相结合,建立了滚动轴承外圈剥落故障双冲击特征机理模型,利用四阶变步长龙格-库塔数值积分法对轴承外圈滚道局部缺陷进行动力学仿真及双冲击特性分析,仿真结果与试验信号的处理结果基本吻合。     

深沟球轴承系列特征频率计算分析

深沟球轴承作为旋转机械中的重要零件,其运行状态直接影响机器的性能和寿命。对SKF 60200系列深沟球轴承各部件固有频率进行计算,得到各阶固有频率随轴承尺寸变化的趋势;对深沟球轴承各部件的故障通过频率进行统计分析,得到了轴承故障通过频率的分布情况;以6205-2RS JEM SKF深沟球轴承为对象,分析轴承外圈故障状态下和正常状态下振动信号的特征,为轴承的故障特征分析提供指导。     

球轴承刚度对涡轮增压器瞬态响应的影响

在载荷的作用下,角接触球轴承的接触角会产生变化,从而影响轴承支撑刚度。针对某型号车用混合陶瓷球轴承涡轮增压器,建立考虑密封结构及叶顶间隙气流激振的涡轮增压器混合陶瓷球轴承-转子系统动力学模型,在加速和减速两种工作状态下,分析考虑轴承载荷作用时转子系统的瞬态响应规律。结果表明:轴承载荷作用使轴承支撑刚度减小时,压气机质心振幅变化小且有增有减,涡轮质心振幅均增加。在涡轮增压器混合陶瓷球轴承-转子系统设计参数许可范围内,轴承载荷变化使接触角变化、轴承刚度变化,导致涡轮增压器瞬态响应振幅的变化较小。     

磁-球轴承复合支撑电主轴振动特性分析EI北大核心CSCD

为提高电主轴系统刚度和抗振能力,提出一种由磁悬浮轴承和角接触球轴承共同支撑的复合支撑电主轴,通过球轴承保证主轴系统刚度,引入磁轴承控制系统对主轴振动进行抑制,实现电主轴系统在球轴承低预紧状态下仍具有较好的动态性能。基于ANSYS模态分析、谐响应分析和瞬态动力学仿真,分析了不平衡质量引起的振动响应,比较了磁-球轴承复合支撑电主轴和球轴承支撑电主轴的振动特性。搭建复合支撑电主轴试验平台,对该复合支撑电主轴进行振动特性测试与分析。结果表明,复合支撑电主轴与球轴承支撑电主轴相比,复合支撑系统可以有效提高转子的临界转速、降低转子的振动幅值和球轴承应力,使电主轴具有较高的动态刚度。     

印刷包装设备常用深沟球轴承参数对性能的影响

目的为轴承设计和公差选用提供理论依据与指导,有效解决轴承精密公差的选用问题。方法以高速糊盒机中6300型号的深沟球轴承为具体分析实例,建立深沟球轴承的数学模型,分析轴承参数微量变化带来的影响及其变化规律,并通过软件进行仿真分析与验证。结果深沟球轴承的疲劳寿命、刚度与滚子数量、直径及其内外圈曲率半径有着密切联系,其中轴承疲劳寿命对滚子数量和滚子直径变化表现敏感,寿命的增加量达到77.78%,轴承径向刚度对轴承滚子数量的变化很敏感,刚度的增加量为23.08%,而轴承轴向刚度对滚子直径和套圈曲率半径的变化较为明显,刚度的增加量分别为38.29%和15.1%。结论在一定范围内应尽量选取和设计滚子数量较多、直径较大、内外圈曲率半径较小的深沟球轴承,使其疲劳寿命与刚度性能达到最优。     

低噪音深沟球轴承振动特性研究

在滚动轴承动力学分析理论基础上建立含轴承零件工作表面波纹度的深沟球轴承动力学数学模型,并以某型号低噪音深沟球轴承为例,对不同结构参数、工况参数及谐波参数下低噪音深沟球轴承的振动特性进行理论分析。结果表明,合理选取径向游隙、内外沟曲率半径系数及保持架兜孔间隙等参数能使轴承本身达到减振降噪目的;振动值随轴承宽度增加逐渐减小;施加一定轴向载荷能有效降低轴承振动;存在的合理转速使用范围能有效降低轴承振动;内外滚道谐波阶次等于钢球数目整数倍时,轴承振动明显加剧;外滚道激励谐波对应的激励频率为kzfc,内滚道激励谐波对应的激励频率为kzfc+fs;偶次谐波阶次钢球表面波纹度对轴承振动有激励作用;轴承旋转套圈会激励更大的轴承振动值;瞬时载荷增加或瞬时速度提高均会致轴承振动增大。     

高速球轴承冠形保持架振动特性研究EI北大核心CSCD

冠形保持架重心位置直接影响高速深沟球轴承保持架动态性能,进而影响轴承高速工作性能和使用寿命。针对一种新型深沟球轴承修形冠形保持架,给出了冠形保持架修形半径与其重心位置的关系式,结合滚动轴承动力学理论,建立了深沟球轴承非线性动力学微分方程组,采用预估-矫正变步长积分法对轴承非线性动力学微分方程组进行求解,在此基础上,对冠形保持架修形半径与保持架振动特性的关系进行了分析。研究结果表明:冠形保持架修形半径能改变保持架重心与保持架兜孔中心面距离,降低保持架运转过程的附加力矩,有效降低保持架的振动;过大或过小的修形半径不利于减弱保持架的振动,当高速球轴承保持架修形半径为8.3 mm时,保持架加速度级达到最小,此时保持架振动最低;随着轴承使用条件改变,保持架振动加速度级随径向载荷增加呈现先增大后减小趋势;此外,保持架振动加速度级随轴承转速增加而增大,在轴承运行速度不变的情况下,考虑选取合适的保持架修形半径达到减弱保持架振动的效果;当轴向载荷与轴承额定动载荷比值在0.6%~0.8%时,保持架振动结果较小且轴承寿命较高。     

中介轴承复合故障动力学建模与振动特征分析EI北大核心CSCD

准确获取中介轴承多点复合故障振动特征,对提高其故障诊断准确性具有重要意义。该研究基于非线性Hertz接触理论,采用时变位移激励函数描述滚子的多点局部缺陷,建立了中介轴承多点复合故障的4自由度动力学模型,分析了内圈多点故障、外圈多点故障和内外圈复合故障的动力学特性。搭建了中介轴承故障模拟试验台,开展中介轴承内圈多点故障、外圈多点故障与内外圈复合故障模拟试验,并采集振动信号,对所建立的动力学模型进行验证。研究表明,基于该研究建立的多点复合故障动力学模型计算的故障特征频率值与试验值的误差小于1%,仿真模拟的时域波形和包络谱中的故障成分分布规律与试验结果一致,证明所建内、外圈多点故障及内外圈复合故障动力学模型准确有效。