滚动轴承振动性能的混沌特性与不确定性之间的灰关系评估

鉴于滚动轴承振动性能的失效概率分布呈现多变性、非线性、不确定性等特征,提出分别用振动数据序列的Hurst指数和最大熵指标表征滚动轴承振动性能的混沌特性和不确定性。基于滚动轴承服役过程中的振动数据序列,在对数坐标系中运用最小二乘法拟合得到Hurst指数值,判断各个振动序列对应时间段内轴承运行性能状态的混沌特性。运用最大熵法求解各振动序列的最大熵值,进而对轴承振动性能的不确定性进行定量分析。运用灰关系分析法,计算均值归一化后的Hurst指数和最大熵序列之间的灰置信水平,分析轴承振动性能的混沌特性和不确定性之间的非线性相关程度。两个案例中Hurst指数与最大熵序列之间的灰置信水平分别为96.99%和82.1%,表明轴承振动性能的混沌特性和不确定性之间的关系非常紧密。     

滚动轴承性能稳定性及可靠性分析

以摩擦力矩电流信号时间序列表征滚动轴承服役期间性能运转状况,将时间序列分段处理并建立本征序列;基于灰关系,对轴承运转过程中每段摩擦力矩电信号进行排序,分别与本征序列相匹对进而获取灰置信水平;以灰置信水平的大小判定轴承运转的性能稳定性情况。然后将所分数据段自助再抽样,用最大熵法建立其概率密度函数,在所对应灰置信水平下获取估计区间;凭借计数过程,模拟出变异强度的原始信息;基于泊松过程建立可靠性函数,实时监测滚动轴承性能可靠性演变历程。仿真案例与试验研究表明:所提模型可真实监控轴承运转的性能稳定性及可靠性,有效解决具有不确定的强烈波动和趋势变化的时间序列问题。     

滚动轴承噪声的灰自助动态评估

以灰预报和自助再抽样方法为基础,提出灰自助动态评估模型,用于评估滚动轴承的噪声。该模型用动态不确定度、估计区间、估计真值、平均不确定度、平均真值和趋势项测度6个参数,全面描述滚动轴承噪声的基本特征。计算机仿真和工程试验表明,该模型对随机变量的概率分布与趋势项的类型没有任何要求,在平均不确定度为最小的条件下,可有效地分离出趋势项,评估的可信度达到100%。     

滚动轴承性能不确定性与可靠性评估

以灰色系统理论和泊松计数过程为基础,对滚动轴承性能不确定性进行参数量化,并在设定阈值条件下研究不同工况下轴承性能可靠性,进而建立其性能不确定性与可靠性匹配序列,以寻找轴承服役期间两者之间的内在联系。根据轴承运转期间某属性时间序列,进行灰自助处理得到该属性的不确定性;然后参考设定阈值进行泊松计数,获得该时间序列的有效变异强度,进而得到其性能运转可靠性;最后分析不确定性与可靠性两者之间的灰关系。实验结果显示,滚动轴承性能不确定性与可靠性的演变状况可以被真实描述,两者归一化处理结果十分相像,有着明显的灰关系,各案例的实验结果保持良好的一致性。     

Prediction of the friction torque in grease lubricated angular contact ball bearings using grey system theory

The development of special grease makes it possible for angular contact ball bearings to operate at high speed and temperature; however, as an important performance parameter, friction torque of bearings lubricated with grease is much greater than that of bearings lubricated with oil-air, and heat generation due to frictional loss is also greater, so it is necessary to predict the friction torque occurring in grease lubricated angular contact ball bearings. Based on grey system theory, a new prediction methodology for bearing friction torque is proposed which capitalizes on the notion that the information about friction torque of angular contact ball bearing is generally poor, incomplete and uncertain. A grey prediction model, GM (1, N) model, is presented to predict the friction torque in grease lubricated angular contact ball bearings. Several experiments on the friction torque of grease lubricated angular contact ball bearings were conducted to model and validate the effectiveness of the GM (1, N) model through on-line and off-line approaches. Experimental results show that about 90% of bearing friction torque under varying speed can be predicted in the on-line prediction; above 85% of bearing friction torque under varying speed and different loads can be predicted in the off-line prediction. Comprehensive analysis shows that, the GM (1, N) model performs very well for both modeling data and model validation data under different loads, varying bearing speed and work cycles, the proposed methodology can be used to predict bearing friction torque with good accuracy and robustness.

     

Fuzzy chaos method for evaluation of nonlinearly evolutionary process of rolling bearing performance

The failure of a rolling bearing in running usually has an early sign along with a time history, in which a time series of its performance performs abnormally. There should be a mutant gene driving the time series change according to genetics point of view, but so far it has not been found, having difficulty in mathematical revealing the inherent mechanism of variation of the rolling bearing performance. For this reason, fusing the fuzzy set theory and the chaos theory, a fuzzy chaos method is proposed to evaluate the nonlinearly evolutionary process of the rolling bearing performance as a time series. The fuzzy equivalence relation based on a phase space is employed to represent the mutant gene and the optimum measure for fuzzy equivalence relation is advanced to uncover the essence of variation of the rolling bearing performance. The experimental investigation on the vibration acceleration of the small size bearing and the friction torque of the large size bearing shows that the fuzzy chaos method is correct and effective.     

附加轴向力对离心风机自由端滚动轴承温升的影响

摩擦力矩的大小决定了轴承的功率消耗和发热量的大小,发热量的大小直接影响轴承的温升,严重时直接导致轴承的失效。结合算例对SKF推出的滚动轴承摩擦力矩的计算模型及其影响因素进行了分析,重点探讨了附加轴向力对离心风机自由端轴承摩擦力矩的影响。在离心风机自由端滚动轴承设计选型中,通常不考虑轴向力的影响,但结果表明,附加轴向力对自由端轴承摩擦力矩影响显著。本文为离心风机自由端滚动轴承设计选型提供工程实用价值。     

滚动轴承刚柔多体接触动力学分析

以柔性多体动力学理论为基础,提出了以相对坐标描述刚柔多体接触滚动轴承的递推数值分析方法。以球轴承为例,研究了滚动轴承刚柔多体接触输出响应的动态特性。综合考虑滚动体与轴承内外圈滚道的时变接触刚度、柔性接触、摩擦、离心力等非线性因素,分析出转速、摩擦力和预紧力对滚动轴承的时变接触力和时变振动位移的影响。结果表明,以相对坐标描述刚柔多体接触滚动轴承的动力学模型,可以有效地解决滚动体与滚道间的时变接触振动响应和柔性接触等非线性接触动力学问题。     

基于分形理论的柱塞泵/马达配流副润滑特性研究

为研究配流盘表面形貌对配流副润滑特性的影响,采用分形理论模拟配流盘表面形貌,建立轴向柱塞泵配流副润滑模型,使用有限差分法对模型进行求解,探讨分形参数对表面轮廓的影响,并进一步分析分形参数和配流副工况参数对油膜承载力、摩擦力、摩擦转矩和摩擦因数的影响。结果表明：分形维数越大,表面轮廓形貌复杂度越高,且粗糙表面高度随尺度系数减小而降低;随着缸体倾角和转速的增大,油膜承载力提升,但摩擦力、摩擦转矩和摩擦因数也随之升高;配流副润滑性能与分形维数呈现正相关的关系,选取较大的分形维数有利于提升配流副的润滑性能;尺度系数越小其摩擦力越小,但承载力也减小,因此需选择适中的尺度系数。     

频繁摆动工况下深沟球轴承摩擦力矩特性分析

基于滚动轴承动力学理论,建立了频繁摆动工况下深沟球轴承动力学微分方程组,通过预估-校正(GSTIFF)变步长积分算法对动力学微分方程组进行求解,分析频繁摆动工况下深沟球轴承的摩擦力矩特性。结果表明:轴承摩擦力矩随径向游隙增大先减小后增大,随轴承内、外圈沟曲率半径系数增大而减小,随保持架兜孔间隙增大先增大后减小再增大,随径向载荷增大而增大,随摆动频率增大先缓慢增大后急剧增大,随摆动角度增大而增大。     

高速冷轧机辊系非线性动力学模型及控制参数优化

综合运用轧制过程动态轧制力模型、轧机系统分段非线性弹性力模型和分段非线性摩擦力模型,建立了考虑非线性因素耦合的高速冷轧机辊系动力学模型,采用平均法求解幅频响应方程,研究了轧机系统主要参数对轧机垂直振动的影响。分析结果表明：动态轧制力一次项刚度越小,轧机系统固有频率越大;动态轧制力三次项刚度不为零时,轧机系统出现明显跳跃现象;非线性弹性力起主导作用时,易发生跳跃现象;非线性摩擦力越大,轧机系统振动幅值越小,分段特性减弱;外扰力幅值越大,振动幅值越大,振动越剧烈;线性阻尼越大,振动幅值越小且减小幅度越缓慢。     

低速灵敏球轴承摩擦力矩分析

低速灵敏球轴承小而稳定的启动力矩和动态力矩对于导航系统的姿态控制至关重要,其工况通常是低速稀油润滑,黏性摩擦被忽略而重点推导接触区因弹性滞后、自旋及差动滑动引起的摩擦力矩。借助拟静力学分析得到了赫兹接触区纯滚动线的位置,积分求出了自旋及差动滑动引起的摩擦力矩,进而估算出灵敏球轴承的摩擦力矩,为验证所推公式的计算结果将其与相关文献的理论值及试验实测值进行了比较。在数学模型基础上,进一步讨论了轴承内外圈沟曲率因数这一重要结构参数对摩擦力矩的影响。     

滚动轴承式回转支承装置摩擦阻力矩计算的探讨

根据不同结构形式的滚动轴承式回转支承滚子的受力特点,分析了引起摩擦阻力矩的回转支承滚子正压力的计算,并提出了《起重机设计手册》所给出的摩擦阻力矩计算公式在三排滚柱式回转支承上的应用方法。     

摩擦力矩对扭矩标准机测量精度的影响

通过分析,可以看出杠杆自重及力值砝码重量引起的摩擦力矩,是影响轴承式扭矩标准装置测量精度的重要因素,而杠杆自重引起的摩擦力矩近似为常数,可以进行补偿或作为初始零值处理,从而可以显著提高扭矩标准装置的计量性能;采用陶瓷轴承制作的扭矩标准装置的不确定度理论上可以优于0.03%。     

基于关联维数的滚动轴承故障诊断的研究

针对滚动轴承系统产生的非线性振动信号的特点,提出用关联维数来描述轴承振动信号的工作状态,进而对其进行故障诊断的方法。同时详细讨论了关联维数的计算方法,并对由轴承系统产生的非线性振动信号进行了关联维数的定量计算。实验表明,滚动轴承不同工作状态由不同的动力学机理产生,其关联维数明显不同。以关联维数作为滚动轴承的工作状态监测的依据,可以为提高滚动轴承故障诊断的准确率提供了一种有效的新方法。     

高速电主轴轴承热分析与实验研究

根据高速电主轴角接触球轴承中滚动体的运动情况,分析其受力状态,并考虑轴承预加载荷对滚动体在高速旋转状态下陀螺力矩的平衡效果,应用Palmgren经验公式计算轴承整体的摩擦热,然后依据传热学理论建立轴承的温升热模型,并用热网络法建立其热阻抗网络图,最后用120MD60Y6油雾润滑型电主轴的轴承进行试验验证.结果表明,轴承温升主要受转速、润滑油量、供气压力及载荷的影响,在主轴启动的初始阶段温升变化最快,且润滑油量和供气压力对轴承温升有一个最佳的适用范围.     

基于小波降噪与分形理论的滚动轴承故障诊断

为了识别滚动轴承振动信号中包含的故障类型,运用小波对采集到的信号进行降噪,通过计算降噪后振动信号的关联维数,判断信号中是否包含故障。并以关联维数为特征量,通过计算各工况之间的距离函数,判断属于何种故障的信号。结果表明,运用分形理论进行故障诊断具有很强的实用价值。     

Friction torque in grease lubricated thrust ball bearings

Thrust ball bearings lubricated with several different greases were tested on a modified Four-Ball Machine, where the Four-Ball arrangement was replaced by a bearing assembly. The friction torque and operating temperatures in a thrust ball bearing were measured during the tests. At the end of each test a grease sample was analyzed through ferrographic techniques in order to quantify and evaluate bearing wear.A rolling bearing friction torque model was used and the coefficient of friction in full film lubrication was determined for each grease, depending on the operating conditions.The experimental results obtained showed that grease formulation had a very significant influence on friction torque and operating temperature. The friction torque depends on the viscosity of the grease base oil, on its nature (mineral, ester, PAO, etc.), on the coefficient of friction in full film conditions, but also on the interaction between grease thickener and base oil, which affected contact replenishment and contact starvation, and thus influenced the friction torque.     

基于STAR-CCM+的高速角接触球轴承喷油润滑研究

喷油润滑系统广泛应用于高速滚动轴承,喷油润滑条件下轴承温升特性是影响轴承动态工作稳定性的重要因素。基于两相流理论,以71904C角接触球轴承为研究对象,建立全轴承模型,采用旋转坐标系描述各组件运动,分析滚动轴承在不同参数下喷油润滑的两相流与传热效率的影响规律。结果表明：随着轴承转速增加,轴承搅拌力矩也相应增加,导致轴承内部温度升高;润滑油运动黏度增加,轴承内部流场搅拌力矩增加,导致轴承温度升高;轴承喷油速度增加,内部流场温度呈现先增加后降低趋势,因此存在一个最佳喷油速度使得轴承温升最低。     

基于灰自助模型的气压动态测量结果评估方法

通过融合灰色模型GM(1,1)、Bootstrap方法以及不确定度评定理论,建立了气压动态测量结果的灰自助评估模型GBM(1,1),并选取估计真值、估计区间和平均不确定度等参数描述其估计结果。实验结果表明,GBM(1,1)模型融合了灰色模型GM(1,1)和Bootstrap方法的优势,可以准确模拟动态测量数据的概率分布,并跟踪动态测量过程中被测量的变化趋势,其估计误差最大值和平均值均小于原始数据的测量误差最大值和平均值。区间估计的可靠度高于96%,估计区间能够较完整地包络被测量的动态波动范围,由此证明GBM(1,1)模型能够提高气压测量精度,并可对动态测量结果的不确定度做出准确评估。