单排球式回转支承动态力学性能研究

应用ANSYS/LS-DYNA软件建立回转支承的多体动力接触有限元模型,采用显式动力学有限元算法,综合考虑载荷和转速对回转支承的影响,对回转支承的运转过程进行数值模拟,得出了单排球式回转支承在运转过程中滚动体的动态响应、应力分布及滚道的米塞斯应力分布。并将计算结果与赫兹理论计算结果进行比较,验证了动态仿真的合理性,为回转支承的设计提供可靠的理论依据。     

考虑紧固螺栓的三排滚柱式转盘轴承载荷分布计算

螺栓是转盘轴承的关键紧固件。为考察紧固螺栓工作参数对转盘轴承载荷分布的影响,提出了一种针对三排滚柱式转盘轴承的有限元等效建模方法。首先,基于三排滚柱式转盘轴承的结构特点和受力情况,建立考虑紧固螺栓的转盘轴承有限元模型,并从减少计算量和保证计算效率等方面考虑,采用非线性弹簧单元模拟滚子,通过有限元仿真快速获取了该转盘轴承的载荷分布。然后,设计并开展三排滚柱式转盘轴承静态加载试验,通过有限元仿真结果和试验结果的对比验证了所构建有限元模型的准确性。最后,基于构建的有限元模型,分析了螺栓预紧力和螺栓结合面处摩擦系数对三排滚柱式转盘轴承载荷分布的影响。仿真结果表明：螺栓预紧力对三排滚柱式转盘轴承载荷分布的影响显著,而螺栓结合面处摩擦系数的影响微弱,其中上排滚子承受的最大载荷随螺栓预紧力的增大而增大,下排滚子承受的最大载荷随预紧力的增大而减小;在轴向力和倾覆力矩的联合作用下,三排滚柱式转盘轴承下排滚子承受的载荷总体上高于上排滚子,充足的螺栓预紧力可以提高转盘轴承的承载能力,而螺栓预紧力不足则会使下排滚子承受更大的载荷,导致转盘轴承提前失效。研究结果可为转盘轴承的安装和后期维护提供参考。     

基于圆域分析的大型回转支承初期故障诊断

为解决真实工况下大型回转支承振动信号背景噪声大、常用故障诊断方法难以适用的问题,提出了一种基于圆域分析的振动信号处理方法。将时域信号进行圆域转换,并按一定角度将转换后的圆域信号划分成多个区域;判断各区域信号邻域相关离散点拟合椭圆的倾角方向,得到回转支承整圈对应的多个异常向量;以异常向量的平均向量作为圆域分析的特征向量,分析其均值、方差、歪度和峭度指标的变化情况,实现回转支承的故障诊断。对某型号回转支承进行了加速寿命试验,结果表明,该方法能够有效诊断出回转支承滚道的区域滑移、点蚀等初期故障,相比常见的时域特征、小波分析等方法准确度更高,故障可识别度更强,因此可以用于实际工况下回转支承的故障诊断。     

深沟球轴承运转过程动态特性有限元分析

综合考虑轴承径向载荷及转速的影响,应用ANSYS/LS-DYNA软件建立了深沟球轴承多体动力接触有限元模型;以显式动力学有限元法为基础,采用全积分单元算法控制沙漏,设置质量缩放系数缩减计算时间,对内圈施加不同转速时的深沟球轴承进行动力接触分析,得出了深沟球轴承运转过程的动态响应及滚动体的应力分布。滚动体的最大和最小线速度分别出现在与内、外圈接触点上,各转速下滚动体与内圈接触的应力基本相同,滚动体与外圈接触的应力随转速增高而相应增大,滚动体与外圈间接触力的波动大于内圈,而滚动体与保持架间的作用力较小。研究表明,ANSYS/LS-DYNA是分析轴承运转过程动力接触问题十分有效的工具。     

不同元件故障状态下滚动轴承的动态特性研究

为探究局部故障状态下滚动轴承内部动态特性的差异性和相似性,以NU306圆柱滚子轴承为研究对象,利用有限元仿真软件ANSYS/LS-DYNA构建正常以及外圈、内圈和滚动体分别故障时的有限元模型,得到不同故障状态下滚动体的应力特性、振动特性及运动特性。结果表明,当滚动轴承的不同元件发生故障时,故障前端应力均会滞后,后端应力均会提前,其中外圈故障时应力的变化最大;外圈故障时滚动体在经过故障区域期间的振动加速度先减小后增大,内圈和滚动体故障时振动加速度先增大后减小;外圈和滚动体故障时滚动体的公转转速均比理论公转转速小,内圈故障时滚动体的公转转速比理论公转转速大。所构建的有限元模型可用于探究不同元件故障时滚动轴承内部的故障机理,可为进一步研究滚动轴承的承载能力和使用寿命提供有力的分析方法。     

汽车式起重机回转轴承破裂事故分析

通过对一起汽车式起重机倾翻事件的事故现场勘察、断裂回转轴承内圈的外观、化学成分及硬度等的综合分析,认为内圈断裂的主要原因是回转轴承的设计、制造工艺不合理引起的。     

高速滚动球轴承动态载荷计算改进方法的研究

在离心力和陀螺力矩的作用下,滚动球轴承高速旋转时的内部载荷分布与轴承静止情况下的载荷分布具有显著差异,其主要影响因素包括,滚动轴承的接触角、轴承预紧位移以及旋转速度等。基于JonesHarris(简称JH)力学模型的轴承载荷分布的分析方法已经得到了广泛的应用。然而其计算公式多、迭代繁琐、收敛速度慢。针对此现象,研究了轴承动态载荷分布规律及其算法,提出了改进的JH轴承数值计算模型,给出相应的简化计算步骤。计算与对比结果表明,改进的JH计算模型在其应用范围内,可以大幅减少计算时间。     

Dynamic analyses for the rotor-journal bearing system of a variable speed rotary compressor

In the rotary compressor, the rolling piston and the contacted rotor-journal bearing system are main moving components. They suffer very large periodically varying loads introduced by the inertia force, the contact force and the gas force. These loads change rapidly with speed variation of the compressor. They always lead to serious vibration of the system, and then result in abrasion and performance reduction. In this paper, the dynamic behavior of the rotor-journal bearing system were calculated by solving three-dimensional numerical model using finite element method, and the vibration characteristics of the system were investigated according to the calculation results. The natural frequencies and vibration modes were obtained. The stress, displacement and axis orbit of the rotor center were calculated considering the speed variation of the motor. Via the established numerical model, vibration characteristics of a newly designed compressor can be predicted, and optimization can be done to reduce the vibration.     

基于谱相关密度切片分析和SVM的滚动轴承故障诊断

为了对旋转机械中的滚动轴承进行故障分析,针对滚动轴承具有二阶循环平稳的特点,采用了谱相关密度组合切片分析方法进行特征提取,并将提取的特征作为输入向量,用"一对其他"多分类支持向量机进行故障识别,给出了基于谱相关密度组合切片分析和多类支持向量机的滚动轴承故障诊断流程图,该方法具有较高的计算效率和估计精度。最后通过对实验数据的分析与处理,验证了该方法在滚动轴承故障诊断中的可行性和实用价值。     

变工况下滚动轴承保持架碰撞接触动力学特性分析

滚动轴承保持架在运动过程中始终会与滚动体产生碰撞,尤其在变工况条件下更易表现出复杂的动态接触特性,对轴承使用性能和寿命产生重要影响。该研究以深沟球轴承6309为研究对象,考虑滚动体与内外圈、保持架之间动态接触关系,建立了滚动轴承耦合动力学模型,分别讨论了匀、加、减速及不同转速波动工况下滚动体与保持架间碰撞力幅值、次数及分布情况等接触特性变化。研究结果表明：变速工况下滚动体与保持架间碰撞次数增多;加速工况下滚动体与保持架兜孔前端碰撞力幅值明显小于后端碰撞力幅值,且承载区内滚动体主要与兜孔前端发生频繁碰撞,非承载内则主要与后端发生碰撞,减速工况则相反;相较于稳定工况,转速波动工况下滚动体与保持架间碰撞作用力要大得多,碰撞程度从小到大依次为三角波动工况、简谐波动工况、矩形波动工况。该研究结果可为保持架的设计和失效分析提供理论依据。     

The complementary functions method for the element stiffness matrix of arbitrary spatial bars of helicoidal axes

The statical behaviour of a spatial bar of an elastic and isotropic material under arbitrary distributed loads having a non-circular helicoidal axis and cross-section supported elastically by single and/or continuous supports is studied by the stiffness matrix method based on the complementary functions approach. By considering the geometrical compatibility conditions together with the constitutive equations and equations of equilibrium, a set of 12 first-order differential equations having variable coefficients is obtained for spatial elements of helicoidal axes. The stiffness matrix and the element load vector of a helicoidal bar with a non-circular axis and arbitrary cross-section are obtained taking into consideration both the presence of an elastic support and the effects of the axial and shear deformations. For helicoidal staircases, the significance of both axial and shear deformations and eccentricities existing in wide and shallow sections are also investigated. The developed model has been coded in Fortran-77, which has been applied to various example problems available in the relevant literature, and the results have been compared.     

基于小波时频框架分解方法的滚动轴承故障诊断

损伤点通过其它元件时引起的周期性冲击是判断滚动轴承局部损伤故障的关键特征信息.针对滚动轴承的振动特点,设计了小波时频框架,利用框架分解方法在匹配信号特征结构,直接提取特征信息方面的优势,分析了滚动轴承的振动信号.根据框架分解结果,在时频联合域内清晰直观地提取了滚动轴承局部损伤故障的周期性冲击特征,识别了滚动体、内圈和外圈的单点缺陷,与小波变换的对比验证了框架分解在检测滚动轴承局部损伤故障方面的有效性.     

基于改进DBN的回转支承寿命状态识别

为了解决大型回转支承背景噪声大,特征信号微弱,寿命状态难以识别等问题,提出了一种基于改进深度信念网络(Deep Belief Network,DBN)的回转支承寿命状态识别方法。DBN网络拥有强大的深度学习能力,能够有效挖掘回转支承运行状态信息,解决了传统浅层网络过度依赖特征提取效果和识别精度不高的问题。在DBN学习训练中,采用新的优化学习方法FEPCD(Free Energy in Persistent Contrastive Divergence),解决了DBN在长期学习中近似和分类能力下降的问题。然后利用自主研发试验台的试验数据对所提方法的优越性进行验证。将改进的DBN算法与浅层分类算法的识别结果进行比较。结果表明改进DBN网络比原始DBN网络和浅层算法能更精确反映回转支承寿命特征,所提方法具有稳定性和智能性的特点。     

滚动轴承故障非接触多传感器声信号融合方法

摘　要：针对移动滚动轴承非接触声发射检测中,一个故障源信号可能被多个传感器采集,致使这些声信号包含故障信息不完整且存在重叠的问题,综合考虑声波传播理论、多传感器声信号时差关系、滚动轴承典型故障撞击频率等,建立滚动轴承故障非接触多传感器声信号融合方法。建立滚动轴承故障非接触多传感器声发射检测试验台,分别采集移动滚动轴承滚动体、外圈和内圈故障声信号。采用融合方法对同声源信号进行处理,利用信号相似理论证明了融合信号与故障源信号的相似程度高于各传感器声信号。采用声发射累计撞击计数法对融合处理后的滚动轴承不同故障声信号进行分析。结果表明,该融合算法能有效地处理多传感器接收的同声源信号,可利用融合后信号进行准确的故障识别。     

The Influence of Local Slip in Hertzian Contacts on the Subsurface Elastic Material Stresses of Rolling Element Components

Rolling element bearing components are subjected to high loads. These loads are transmitted from one bearing component to the next through Hertzian contacts. Since the bearing components are in motion as they transmit load, the elliptical contact region is subjected to normal as well as tangential pressure. The direction of the tangential pressure distribution is dependant on the direction of the local slip vectors at each point within the elliptical contact. The purpose of the work presented here, is to study the influence of the local slip vectors in highly loaded elliptical Hertzian contacts. Instead of applying the conventional method of using a constant traction coefficient within the contact region, the author, for the first time, employs a variable traction coefficient depending on the local slip velocity. The paper points out the importance of including traction-slip relationships in material stress analysis to obtain realistic stress distributions of rolling element bearing components, especially in the mixed lubrication region.     

水平载荷作用下土体与桶形基础的相互作用

本文从理论上分析了横向载荷作用下土体与桶形基础的相互作用。根据土体的简化弹簧模型,建立了单桶和四桶结构在横向载荷作用下力系的平衡方程,提出了估算水平载荷作用下桶顶水平位移的方法,并将桶顶位移的估算结果同三维有限元方法的数值计算结果进行了比较,发现两者相当一致。文中还对胜利油田CB20B桶形平台在几种不同工况条件下的地基稳定性进行了评价。     

冲击荷载下一端简支一端固支高桥墩的动力屈曲

考虑剪切变形和大位移的影响,建立一端简支一端固支高桥墩在冲击荷载作用下的非线性动力学基本方程式;通过位移形函数假设,采用伽辽金积分方法得到了时间变率的动力学控制方程;利用四阶Runge-Kutta法进行数值求解,得到冲击荷载作用下高桥墩的临界荷载、位移响应曲线以及各种荷载和几何参数对临界荷载的影响规律。通过数值算例比较了三角形冲击荷载和矩形冲击荷载作用下的荷载-位移幅值响应曲线;给出了矩形冲击荷载作用下,不同峰值的位移响应曲线、临界荷载随高桥墩柔度的变化曲线、不同冲击持续时间对临界荷载的影响     

偏载状态下轧机轴承接触力学模型研究

该文针对板带轧制过程偏载工况下滚动轴承接触力学模型进行研究。建立了支承辊四列圆柱滚子轴承的Hertz理想接触模型、基于柔度矩阵法的轴承偏载接触力学模型。针对辊间不同载荷进行了模型数值求解,仿真模拟了理想及偏载接触过程。研究表明:偏载运行状态严重影响各列轴承载荷分布,15°~30°位置角的滚动体承载最大,最大接触应力呈“M”形分布;仿真结果与数值模拟结果吻合程度较好,误差不超过15%,且略小于数值求解结果,在实际工程应用范围内;随着轧制载荷的增大,轴承同一列上的总径向力不断增大,偏载程度越来越严重。研究为延长轴承使用寿命、保证轧机安全稳定运行提供理论依据,具有重要工程意义。     

Numerical study on fatigue crack growth in railway wheels under the influence of residual stresses

Accurate prediction of fatigue crack growth on railway wheels and the influence of residual stresses by finite element method (FEM) modeling can affect the maintenance planning. Therefore, investigation of rolling contact fatigue and its effect on rolling members life seem necessary. The objective of this paper is to provide a prediction of rolling contact fatigue crack growth in the rail wheel under the influence of stress field from mechanical loads and heat treatment process of a railway wheel. A 3D nonlinear stress analysis model has been applied to estimate stress fields of the railway mono-block wheel in heat treatment process. Finite element analysis model is presented applying the elastic–plastic finite element analysis for the rail wheel under variable thermal loads. The stress history is then used to calculate stress intensity factors (SIFs) and fatigue life of railway wheel. The effect of several parameters, vertical loads, initial crack length and friction coefficient between the wheel and rail, on the fatigue life in railway wheels is investigated using the suggested 3-D finite element model. Three-dimensional finite element analysis results obtained show good agreement with those achieved in field measurements.     

冲击荷载下两端简支高桥墩的动力屈曲

考虑剪切变形和大位移的影响,建立高桥墩在冲击荷载作用下的非线性动力学基本方程式;通过位移形函数假设,采用伽辽金积分方法得到了时间变率的动力学控制方程;利用四阶Runge-Kutta法进行数值求解,得到冲击荷载作用下高桥墩的临界荷载、位移响应曲线以及各种荷载和几何参数对临界荷载的影响规律。通过数值算例比较了三角形冲击荷载和矩形冲击荷载作用下的荷载-位移幅值响应曲线;给出了矩形冲击荷载作用下,不同峰值的位移响应曲线、临界荷载随高桥墩柔度的变化曲线、不同冲击持续时间对临界荷载的影响。