振动机械滚动轴承的故障尺寸量化研究

针对振动机械滚动轴承故障尺寸量化的问题,通过对振动机械滚动轴承故障特征的分析,基于Hertz接触理论考虑局部单一故障尺寸对接触变形的影响,引入载荷分布区,建立振动机械滚动轴承外环单一局部损伤故障双冲击现象动力学模型.根据此模型进行仿真并在圆振动筛上对两组不同缺陷尺寸的轴承进行了实验研究.结果表明,因滚动体滚过缺陷而产生...     

不平衡影响下外圈故障滚动轴承振动特征研究

在外圈具有单一缺陷滚动轴承二自由度动力学模型基础上,引入不平衡激励,建立不平衡影响下外圈具有单一缺陷的滚动轴承的动力学模型。通过数值计算,分析了不平衡对外圈具有单一局部故障滚动轴承振动特征的影响。结果表明,当不平衡载荷远小于径向载荷时,外圈缺陷轴承的振动特征变化不明显,其特征频率为滚动体通过外圈故障的振动频率及其倍频。当不平衡载荷逐渐增大至接近径向载荷时,轴承的振动出现了调制现象,其特征频率为轴的旋转频率、滚动体通过外圈的频率以及它们形成的边频。     

缺陷位置对圆柱滚子轴承振动影响的有限元模拟与试验研究

滚动轴承作为旋转机械的关键部件,其振动特性对轴承使用的可靠性具有重要影响。文中针对轴承内、外圈不同位置的剥落缺陷建立了圆柱滚子轴承的有限元模型,利用ABAQUS仿真软件进行了轴承振动特性仿真计算。结果表明,轴承无缺陷时也存在振动,剥落缺陷将增大轴承的应力波动,进而加剧轴承振动。当局部剥落缺陷位于内、外圈滚道中部时,轴承应力波动幅度最大,轴承振动幅度也最大,并向两端减小。最后利用轴承振动测量仪对内圈不同缺陷位置进行了振动试验。试验结果与仿真结果具有一致的规律性,从而验证了分析模型的正确性和有效性。     

滚动轴承故障信号在复杂路径中的传递特性分析

复杂传递路径的存在会降低滚动轴承故障信号采集的准确性和有效性.针对此问题,建立了包含局部缺陷滚动轴承、弹性支撑、油膜减振器和多层螺栓法兰连接的动力学仿真模型,研究了滚动轴承故障信号在复杂路径中的传递特点.采用滚动轴承故障模拟平台进行滚动轴承外圈故障实验,对比动力学仿真数值计算和实验分析的结果,验证了仿真结果的准确性.借助典型的特征参数值,对比了不同测点处信号的特点,并重点分析了油膜减振器的影响.研究结果表明,复杂传递路径会导致故障信号在传递过程中产生较大的衰减,油膜减振器的存在会进一步加剧信号的衰减,不利于滚动轴承故障信号的有效传递.     

振动机械滚动轴承单点点蚀故障动力学研究北大核心

针对振动机械滚动轴承内、外圈单点点蚀故障,通过分析轴承工作状况及钢球通过缺陷时接触变形量和弹性接触力的变化,建立了振动机械轴承内、外圈单点点蚀故障的动力学模型,并通过数值仿真得到了振动机械轴承内、外圈单点点蚀故障频谱。以振动筛为载体进行试验研究,验证了理论模型的正确性及有效性。理论分析与试验结果一致表明:振动机械轴承外圈单点点蚀故障时的故障包络谱中有较为明显的调制现象,内圈单点点蚀故障时的包络谱有轻微的调制现象,与旋转机械轴承内外圈单点点蚀故障谱有明显的区别。     

滚动轴承非线性时变参数动力学模型与故障机理研究

基于滚动轴承故障动力学模型研究其振动特性及故障机理是实现轴承故障准确诊断的基础。为描述滚动轴承缺陷对其振动响应特性的影响,考虑滚动体与缺陷的相对几何关系,提出了时变接触变形与时变刚度耦合的滚动轴承故障非线性动力学模型。以NSK6205深沟球轴承为对象,通过建立6+N_b自由度非线性时变参数动力学模型,分析了滚动体通过外圈缺陷区域时接触变形、接触刚度以及振动响应的变化过程,得到了不同缺陷尺寸下滚动轴承故障冲击振动响应特征变化规律。理论分析和实验研究结果表明,随着缺陷尺寸的增加,滚动轴承故障振动响应产生由双冲击到多冲击的变化特征,不同缺陷尺寸下,滚动体进入和离开缺陷过程中产生的冲击响应明显不同。研究成果为基于振动信号实现滚动轴承故障尺寸判断提供了理论依据。     

振动机械滚动轴承单点点蚀故障动力学研究

针对振动机械滚动轴承内、外圈单点点蚀故障,通过分析轴承工作状况及钢球通过缺陷时接触变形量和弹性接触力的变化,建立了振动机械轴承内、外圈单点点蚀故障的动力学模型,并通过数值仿真得到了振动机械轴承内、外圈单点点蚀故障频谱。以振动筛为载体进行试验研究,验证了理论模型的正确性及有效性。理论分析与试验结果一致表明:振动机械轴承外圈单点点蚀故障时的故障包络谱中有较为明显的调制现象,内圈单点点蚀故障时的包络谱有轻微的调制现象,与旋转机械轴承内外圈单点点蚀故障谱有明显的区别。     

基于Matlab/Simulink的滚动轴承划伤缺陷动力学建模及仿真

为解决缺陷轴承动力学建模及振动特性分析的问题,将套圈沟道缺陷引起的额外弹性趋近量引入到轴承缺陷激励模型中。基于接触力学分析方法,建立了额外弹性趋近量与划伤缺陷宽度及轴承参数等之间的关系,建立了滚动轴承划伤缺陷的非线性动力学模型;利用Matlab/Simulink软件搭建了动力学仿真模型,开展了划伤缺陷轴承的振动特性数值仿真研究,得到了接触变形、接触载荷及外圈振动加速度随时间的变化规律;对数值仿真结果进行了评价,并进行了缺陷轴承振动测试。研究结果表明:内圈划伤和外圈划伤缺陷轴承振动包络谱的仿真结果与实验结果基本一致,均存在相应的缺陷频率及其倍频成分,且内圈划伤缺陷频率附近存在旁瓣频率成分,从而验证了动力学模型及Simulink仿真模型的正确性。     

具有局部故障的滚动轴承的动力学分析(Ⅱ)内圈具有单一局部故障

针对内圈产生单一局部缺陷的滚动轴承,在假设内圈不动的前提下,以弹性力学为基础,同时考虑缺陷宽度、深度以及载荷区等因素,根据滚动体通过缺陷时接触变形量的变化所引起的弹性接触力的变化,建立了动力学模型。通过数值仿真,证实了当内圈产生单一局部缺陷时,滚动轴承振动信号的低频成分为内圈的旋转频率、滚动体通过内圈的频率及其倍频以及由它们形成的边频这一在滚动轴承故障诊断中常用的结论。合理地解释了倍频产生的原因。实验结果与数值分析结果的对比表明所建模型能够有效地解释内圈局部缺陷轴承的振动特征。     

滚动轴承局部损伤故障动力学建模及仿真

针对实际齿轮箱轴承系统,建立了转子-故障滚动轴承-轴承座系统非线性振动模型,在模型中充分考虑了轴承间隙、滚珠与滚道的非线性接触力及变柔度VC振动.在此基础上,进一步建立了轴承外圈、内圈、滚动体局部损伤故障非线性动力学模型,并运用数值积分的方法进行了动力学仿真与分析.仿真分析结果验证了滚动轴承存在局部故障时的动力学特性,表明轴承局部损伤故障动力学模型的正确性.     

第一章 滚动轴承的基本结构与类型

滚动轴承是广泛应用于各类机械中的基础元件。滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。内圈通常装配在轴上，并与轴一起旋转。外圈通常装在轴承座内或机械部件壳体中起支承作用。但是在某些应用场合，也有外圈旋转，内圈固定或者内、外圈都旋转的。滚动体在内圈和外圈之间滚动。     

单表面故障的滚动轴承系统非线性动力学研究

针对含有表面故障的滚动轴承非线性动力学关系复杂和难以采用解析方法进行描述等问题,通过对滚动轴承运转过程中承压滚子数变化规律的分析,建立分段函数和缺陷冲击函数描述滚动轴承运转过程中不同位置的缺陷是否处于承载区和缺陷产生冲击力的强弱,提出一组单表面故障的滚动轴承非线性动力学方程,用以描述含有单表面故障的滚动轴承运转过程中的动力学关系.将建立的单表面故障滚动轴承非线性动力学方程导入到ADAMS动力学仿真软件中进行仿真,并与BTV-1A振动测试仪实际测量的含有单表面故障的滚动轴承振动信号进行对比,结果表明,建立的含有单表面故障的滚动轴承非线性动力学方程能够完整描述实际运转中单表面故障滚动轴承的动力学特性.     

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低频段为故障的特征频率及其倍频,渐进模型的幅值更大,能够更好地反映故障信息。另外,所提出模型的分析结果与西储大学轴承试验数据之间的误差不大于0.82%,证明了模型的正确性。     

声信号形态分量分析在轴承故障诊断中的应用

滚动轴承是工业领域旋转机械中最重要的零部件,也是机器中最易损坏的零件之一,其工作表面发生局部缺陷时会产生异常声响。实际的滚动轴承故障声信号信噪比差,成分复杂,信号中的冲击成分、谐振成分及噪声无法被任意单一的字典充分表示。在分析该信号时频特性的基础上,提出了一种基于声信号MCA和Hilbert谱分析的轴承故障诊断新方法。该方法通过构建一个冗余字典来逼近故障声信号,利用形态分量分析稀疏分离出故障声信号中的冲击分量、谐振分量和噪声分量三种成分,并对冲击分量进行Hilbert谱分析。经仿真和实例分析,得出该方法能准确识别滚动轴承故障的结论。     

基于EEMD和包络分析的滚动轴承故障诊断研究

在较大的背景噪声中,对旋转机械进行监测,包络分析不能从测得的振动信号中解调出故障。基于旋转机械振动信号具有非平稳、非线性特点,提出一种新的基于EEMD和包络分析的滚动轴承故障诊断方法,该方法首先运用EEMD方法将振动信号分解成有限个本征模态分量和残余量,对这些分量进行包络分析,可以解调出故障。通过仿真信号和实际滚动轴承外圈的振动信号分析表明该方法能够有效地识别滚动轴承的故障。     

滚动轴承外圈多点故障特征分析

滚动轴承发生多点故障时会产生复杂的振动特征,影响轴承故障诊断的准确性。针对滚动轴承外圈多点故障诊断特征的变化规律,考虑滚动轴承外圈故障数量、故障间隔和载荷分布对故障特征的影响,采用五自由度动力学模型进行仿真分析。通过龙格库塔法对动力学方程进行数值求解,分析了滚动轴承外圈单点故障和多点故障的诊断特征。结果表明:当外圈具有多点故障时,随着故障数量和故障间隔的变化,故障特征频率各谐波的幅值会发生变化;当多点故障满足载荷相等和一定的间隔关系时,故障特征频率值与故障数量之间呈现对应的倍数关系。通过滚动轴承多点故障模拟试验验证了结论的正确性。     

局部损伤滚动轴承建模与转子系统振动仿真

基于Jones轴承建模理论,建立了滚动轴承拟静力学模型。将轴承模型同转子有限元模型进行集成,建立了转子-轴承系统动力学模型。对于轴承局部损伤,利用一系列近似等距的冲击脉冲描述滚动体经过损伤时产生的冲击现象。将损伤产生的激励力输入转子轴承系统模型,利用Newmark-β时域积分法对轴承损伤产生的动态振动响应进行数值仿真。将仿真的振动响应与轴承故障试验台数据进行对比,验证了滚动轴承损伤模型的有效性。结果表明,利用理论模型仿真轴承损伤产生的振动响应是可行的,能为转子-轴承系统的故障诊断提供依据。     

基于水平垂直同步峰值比的球轴承外圈剥落故障位置定位研究

球轴承的外圈剥落故障角度位置对旋转机械的振动大小与使用寿命有重要影响,在承载区间内判断外圈剥落故障角度十分必要。基于加速度振动信号的峰值变化规律,提出了一种球轴承外圈剥落故障定位方法。该方法建立具有时变撞击力的拉格朗日动力学方程,通过分析球轴承承载区接触力的变化趋势,类比推理得出振动加速度信号绝对值峰值比规律,分析了加速度振动信号冲击点的附近位置,提出了一个新的判断指标,得到了故障具体发生的位置。仿真与实验结果表明,球轴承外圈剥落故障不同位置的振动信号的水平垂直同步峰值比存在相对应的函数关系。通过仿真和实验验证了该定位规律的准确性。为判断球轴承外圈剥落故障位置的诊断方法提供了理论依据。     

基于循环统计量分析方法诊断轴承故障的研究

通过分析旋转机械振动信号的特点,指出旋转机械的振动信号为循环平稳信号。通过对循环谱密度的特性分析,指出应用循环谱密度分析方法可以在循环频率域有效提取出滚动轴承的冲击故障频率。通过仿真信号验证了该分析方法的有效性,并将之应用于泵类滚动轴承的故障诊断中。     

带表面轴向沟槽的滚动轴承

传统的滚动轴承外圈外圆面与内圈内孔面均是光滑的 ,与机器设备配合的松紧由座孔与轴颈的尺寸公差来控制。机器维修中 ,经常遇到滚动轴承外圈与座孔因配合偏松产生相对旋转而引起座孔磨损 ,出现松旷 ,机器不能正常运转 ,或内圈与轴颈的配合偏松出现松动 ,引起相对旋转 ,轴颈产生严重磨损。为了解决上述问题 ,就出现了带表面轴向沟槽的滚动轴承 (图 1 )。此轴承是在滚动轴承的内外光滑表面增加轴向沟槽 (直纹 ) ,相对传统表面光滑轴承而言 ,能减缓 (或减少 )在相同配合公差带中出现偏大间隙 (或偏小过盈 ) ,即因机器冲击振动产生的外圈相对座…