考虑渐进变形和润滑剂的滚动轴承外圈单点故障动力学模型

针对传统滚动轴承模型将外圈局部损伤视为矩形缺口,滚动体与损伤接触瞬间产生变形且变形量恒等于故障高度的问题,将故障视为圆弧形缺口,接触变形量随滚动体进入故障内的程度而变化,并在考虑润滑剂影响的基础上建立了外圈单点故障的滚动轴承动力学渐进模型.以SKF6205轴承为例进行仿真分析,结果表明,外圈单点故障滚动轴承振动信号中的...     

不同故障程度下的滚动轴承内部接触动态特性分析

滚动轴承的故障所导致的内部接触状态的变化是滚动轴承振动特性发生改变的重要原因。根据故障与滚动体可能出现的接触形式,考虑故障演化过程中的不同故障大小,建立了圆柱滚子轴承存在不同程度故障时的多体接触动力学有限元模型,并通过滚动轴承外圈故障实验验证了模型的有效性。基于显式动力学法对滚动体与各组件间的动态接触力及故障区域的接触应变进行分析,揭示了不同故障程度对轴承内部接触动态特性的影响规律及故障情况下接触变形的变化规律。研究结果表明:滚动体在越障期间与各组件的接触力减小,随着故障程度的加剧,轴承内部接触力波动越发剧烈,但接触应变的波动频率和幅值降低;故障轴承滚动体在承载区与保持架兜孔两侧均会接触,使接触力出现负值;故障趋向于沿着滚动体滚动方向扩展。研究结论可为滚动轴承故障诊断及残余寿命预测提供理论依据。     

基于S变换与奇异值中值分解的滚动轴承故障诊断

为了有效地提取出滚动轴承故障信号的冲击特征,提出了一种基于S变换时频谱和奇异值中值分解(SVMD)算法的滚动轴承故障诊断方法。首先,利用S变换对滚动轴承原始振动信号进行了时频变换,得到了其时频系数矩阵,通过SVMD对时频系数矩阵进行了计算,筛选出合适的奇异值用以降噪;然后,通过仿真的方式,对结果进行了S逆变换,以获得信号的时域冲击特征;最后,以滚动轴承(型号N205)外圈、滚动体故障为例,进行了故障信号冲击特征提取实验,通过对轴承的外圈和滚动体故障数据分析处理,对基于ST-SVMD算法的有效性进行了验证。研究结果表明：通过采用基于ST-SVMD算法,得到了滚动轴承外圈的故障频率,该频率与该型号轴承特征频率基本一致;基于ST-SVMD算法,得到了滚动轴承滚动体的故障频率,该频率与该型号轴承特征频率基本一致;该结果证明,基于ST-SVMD算法在滚动轴承故障信号冲击特征的提取方面是有效的。     

稀疏自编码深度神经网络及其在滚动轴承故障诊断中的应用

针对目前滚动轴承故障诊断主要采用监督式学习提取故障特征的现状,提出了一种基于稀疏自编码的深度神经网络,实现非监督学习自动提取滚动轴承振动信号的内在特征用于滚动轴承故障诊断。首先,将轴承故障振动信号的频谱训练稀疏自编码获得参数;然后用稀疏自编码获得的参数和轴承振动信号频谱的频谱训练深度神经网络,并结合反向传播算法对深度神经网络进行整体微调提高分类准确度;最后用训练好的深度神经网络来识别滚动轴承故障。对正常轴承、外圈点蚀故障、内圈点蚀故障和滚动体裂纹故障振动信号的分析结果表明:相比反向传播神经网络,提出的深度神经网络更能准确的识别滚动轴承故障类型。     

滚动轴承故障的显式动力学仿真与接触特性分析

故障的存在会恶化轴承内部接触状态,影响其动态特性。为了揭示存在故障时滚动轴承内部接触状态的变化规律,以滚子轴承NU306为研究对象,建立了故障轴承(含内圈故障、外圈故障和滚动体故障)的非线性接触多体动力学有限元模型,采用显式动力学算法对轴承运行过程进行仿真,获得了滚动体与套圈及保持架接触力的变化曲线,揭示了故障对轴承内部接触状态的影响规律。研究结果表明:轴承故障会导致滚动体与套圈的接触力出现波动,内圈故障时波动频率最高,滚动体故障时波动频率最低,且套圈故障时接触力大于正常轴承;外圈故障导致滚动体与保持架接触力的幅值变化最大,而滚动体故障导致的波动频率最高。仿真结果与实验结果吻合良好,验证了有限元模型的有效性。     

高速滚动轴承接触应力与变形分析

针对高速轴承中现存的失效问题,采用有限元方法,利用ANSYS Workbench软件,建立高速滚动轴承三维分析模型。在合理的边界条件下,对模型中各个滚动体与轴承内、外圈接触应力和变形进行数值计算,从而得到各个滚动体与轴承内、外圈的接触应力及变形量,以及3号滚动体与1号滚动体的对比图,得出了相同增量下各个滚动体的接触应力和接触变形的变化情况。同一力下不同滚动体的接触面积变化情况。计算结果与赫兹理论解接近一致,表明建立的模型及边界条件合理,准确。求解得到的各个滚动体的接触应力和变形为滚动轴承的失效形式分析与设计提供理论依据。     

滚动轴承外圈故障的显式有限元动态仿真分析

为研究带有早期微弱故障的滚动轴承运转及振动特点,应用ANSYS/LS-DYNA软件建立了滚动轴承常见的外圈裂纹故障有限元模型。该模型以显式算法为基础,单元采用单点积分方式,在充分考虑轴承转速、负载、接触及摩擦的条件下,成功地对滚动轴承外圈裂纹故障进行了仿真分析。仿真结果表明:在轴承转速和径向载荷一定的条件下,带有裂纹故障的轴承外圈的等效应力要明显高于没有故障的轴承内圈、保持架及滚动体的等效应力;轴承外圈滚道不同位置节点的振动响应均能体现故障特征频率,但幅值略有差别;速度及加速度响应在经过FFT变换后能部分找到故障特征频率。仿真结果对轴承故障检测能起到一定的指导作用。     

基于GAP单元的滚动轴承应力分析

利用有限元分析软件MSC.Marc/Mentat对某一滚动轴承进行有限元分析,采用GAP单元代替滚动体模拟轴承内外圈间的接触,在某组载荷工况下,计算该简化模型的应力结果;在同组工况下,对比实体轴承模型与GAP单元简化模型的有限元分析结果,对比各自的最大应力值;同时用理论计算方法计算轴承在相同工况下的最大应力值,来验证有限元结果的正确性.结果表明:GAP单元可以有效的模拟滚动轴承内外圈之间的接触,从而为滚动轴承建模及与轴承连接的组合件之间的建模提供了一种简便且有效的方法.     

机械零件失效分析讲座：第5讲 滚动轴承失效分析

一、滚动轴承的失效和失效形式 在机器中,用得最多的轴承是滚动轴承。滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。滚动体是滚动轴承区别于滑动轴承的核心元件。滚动体在内外圈的滚道上滚动时,其接触处的周期性接触应力可以很大,有时可达到5000MPa。因此易于产生表面疲劳现象。滚动轴承属于点接触或线接触的运动副,因此要求有良好的润滑条件,否则易产     

基于递归复杂网络的滚动轴承故障诊断

针对滚动轴承振动信号的非线性、非平稳的特征,提出了一种基于递归复杂网络(recurrence complex network,简称RCN)的轴承故障诊断方法。首先,利用相空间重构的理论将一维时间序列扩展到高维相空间中,构建递归矩阵;然后,研究了基于递归思想的定量递归分析方法;最后,采用递归复杂网络的方法提取故障轴承振动信号的非线性特征参数,对轴承正常状态、内圈故障、滚动体故障和外圈故障振动信号进行分析。研究结果表明,RCN方法可以对滚动轴承故障进行较为准确的诊断,与传统方法相比具有较好的诊断效果。     

连续小波变换在滚动轴承故障诊断中的应用

采用连续小波分析的方法对滚动轴承振动和速度信号进行处理,提取滚动轴承故障特征。通过对滚轴承在正常、内圈剥落、外圈剥落及滚动体落情况下的振动加速度信号进行分析,验证了这种方法的有效性。     

基于COSMOS/Simulation的深沟球轴承的接触有限元分析

采用SolidWorks2009建立深沟球轴承三维模型,利用SolidWorks自带的有限元软件COSMOS/Simulation对深沟球轴承进行接触有限元分析,得出了轴承内外圈、滚珠、保持架之间的接触力、应力、应变的变化情况及接触过程中的压力变化情况,为轴承的设计分析提供了一种可行的方法。     

基于改进最大相关峭度解卷积的滚动轴承复合故障诊断

强背景噪声环境下,多故障特征的准确分离是滚动轴承复合故障诊断的关键与难点。针对此问题,提出了一种改进最大相关峭度解卷积的滚动轴承复合故障诊断方法。该方法基于故障信号的特点,利用最大相关峭度解卷积实现信号中的多故障特征分离,借助改进的粒子群算法对参数进行优化选取;利用互相关谱进一步突出信号中的故障特征,提高信噪比。仿真信号和实测滚动轴承内、外圈复合故障信号的分析表明,所提方法能够准确提取出滚动轴承复合故障特征,借助互相关谱的噪声抑制能力,能实现比单一MCKD方法更为有效的故障特征提取。     

滚动轴承故障特征的时间—小波能量谱提取方法

振动信号中的周期性冲击现象是诊断滚动轴承各元件故障的重要依据之一,针对滚动轴承故障特征,在小波变换理论基础上提出一种时间—小波能量谱信号处理方法,它能够有效地提取出振动信号中冲击成分的时域和频域特征。利用时间—小波能量谱方法分析正常、外圈故障、内圈故障、滚珠故障等四种状态下滚动轴承的振动信号,并与传统的包络解调分析方法进行对比分析。时间—小波能量谱不仅可以有效提取出冲击特征明显的滚动轴承外圈故障,还能提取出内圈、滚珠等信号特征微弱的滚动轴承故障,而包络解调分析方法只能提取出外圈故障特征而不能提取出滚珠故障、内圈故障特征。结果表明,时间—小波能量普比包络解调分析方法更能有效地提取出振动信号中的冲击信号成分。     

Vibration analysis of rolling element bearings with various defects under the action of an unbalanced force

In this paper, a method based on the finite element vibration analysis is presented for defect detection in rolling element bearings with single or multiple defects on different components of the bearing structure using the time and frequency domain parameters. A dynamic loading model is proposed in order to create the nodal excitation functions used in the finite element vibration analysis as external loading. A computer code written in Visual Basic programming language with a graphical user interface is developed to create the nodal excitations for different cases including the outer ring, inner ring or rolling element defects. Forced vibration analysis of a bearing structure is performed using the commercial finite element package I-DEAS under the action of an unbalanced force transferred to the structure via a ball bearing. Time and frequency domain parameters such as rms, crest factor, kurtosis and band energy ratio for the frequency spectrum of the enveloped signals are used to analyse the effect of the defect location and the number of defects on the time and frequency domain parameters. The role of the receiving point for vibration measurements is also investigated. The vibration data for various defect cases including the housing structure effect can be obtained using the finite element vibration analysis in order to develop an optimum monitoring method in condition monitoring studies.     

小波变换在滚动轴承故障分析中的应用

采用离散小波变换对滚动轴承进行故障诊断,通过对测试到的故障轴承的振动速度信号进行分析,分别绘出故障信号的频谱图,对结果进行分析比较表明,离散小波分析技术在滚动轴承内圈及滚动体故障特征频率提取方面有较大的优越性。     

角接触球轴承流固耦合仿真分析

角接触球轴承在运行过程中的润滑状况至关重要,润滑油直接影响滚动轴承的接触状态。为分析角接触球轴承的润滑状况以及考虑润滑时轴承的机械特性,基于有限元和晶格玻尔兹曼方法,建立了双向流固耦合轴承仿真模型,对角接触球轴承进行动力学有限元仿真和润滑流体仿真,并与轴承拟静力学理论计算结果进行对比,验证模型的准确性。分析结果表明,保持架与滚珠接触并撞击,在轴承腔内油膜压力最大,滚珠与内圈、外圈滚道接触区分别为第二、第三大油膜压力区。润滑油受滚珠公转影响,沿着滚珠转动方向流动,实现对滚珠与内圈、外圈和保持架之间的润滑。滚珠运动和最大接触应力仿真结果与轴承拟静力学理论求解结果一致,即流固耦合仿真模型计算轴承机械特性具有较高的准确性。     

Diagnosis of faults in rolling element bearings by using directional spectra of vibration signals

Backward and forward defect frequencies of rolling element bearings are experimentally investigated utilizing the two-sided directional spectra of the complex-valued vibration signals measured from the outer ring of defective bearings. The experimental results show that the directional zoom spectrum is superior to the conventional spectrum in identification of bearing defect frequencies, in particular the inner race defect frequencies.     

基于1 1／2维谱的滚动轴承故障诊断

提出了基于１１／２维谱的滚动轴承故障诊断新方法。１１／２维谱保留了信号的相位信息且能够有效抑制噪声。用１１／２维谱分析滚动轴承振动信号,可以提取由于二次相位耦合产生的非线性特征,识别故障模式。试验结果表明,这种方法能有效地诊断滚动轴承故障,且对初期故障很敏感。     

基于自适应多尺度自互补Top-Hat变换的轴承故障增强检测

针对实际工程中滚动轴承冲击性故障特征难以提取的问题,提出一种自适应多尺度自互补Top-Hat(Adaptive multi-scale self-complementary Top-Hat, AMSTH)变换方法用于轴承故障的增强检测。自互补Top-Hat变换在消除信号中背景噪声的同时,能有效增强故障振动信号的冲击特性,而构造的多尺度自互补Top-Hat变换方法,可以较有效地兼顾抗噪性能和信号的细节保持。在分析形态学滤波的基础上,提出采用特征幅值能量比(Feature amplitude energy radio, FAER)的方法自适应确定最优结构元素的尺度,并应用于轴承的故障增强检测。通过对仿真信号和实测轴承滚动体、内圈故障信号进行分析,结果表明该方法可有效增强滚动轴承的故障检测,并且在运算效率和提取效果方面优于基于信噪比标准的多尺度形态学开-闭和闭-开组合变换方法。