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。     

考虑冲击力的球轴承外圈剥落缺陷双冲击现象动力学建模

轴承故障动力学建模是探究剥落激发的双冲击现象与剥落区大小间内在联系的理论基础。基于Hertz接触理论,以外圈滚道表面存在剥落的球轴承为研究对象;对滚动体与剥落区接触的全过程进行内在分析,获得由剥落产生的时变位移激励函数,给出了包含剥落区长度与滚动体直径间比值的冲击力求解公式,并将之引入动力学模型中,建立了考虑冲击力的球轴承外圈剥落双冲击现象动力学模型。运用Runge-Kutta数值积分法求解动力学方程,通过仿真信号与混合陶瓷球轴承外圈故障实测信号对比。结果表明,所建立的考虑冲击力的动力学模型能够有效地预测球轴承故障信号双冲击时间间隔和轴承故障特征频率。     

外滚道剥落的高速轴承转子非线性系统及其振动响应分析

为了建立符合工程实际的外滚道剥落高速轴承转子系统动力学模型,将滚道剥落引起的时变位移和时变冲击激励、油膜时变刚度和时变阻尼、钢球与滚道时变接触刚度和时变接触角、时变接触力等非线性因素综合考虑,结合JONES的高速球轴承动力学模型建立了外滚道剥落的高速轴承转子系统非线性动力学模型.基于该模型研究了剥落尺寸和转速变化时轴承...     

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。     

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。     

轴电流损伤球轴承的载荷分布和刚度变化分析EI北大核心CSCD

基于轴电流损伤凹坑的表面形貌,提出故障表征模型,对损伤后角接触球轴承的载荷分布和刚度变化进行研究。首先,建立了考虑弹性接触和滚动体与滚道间相互作用力的角接触球轴承分析模型,并验证模型的准确性;其次,提出了具有不同长度、宽度、深度的轴电流外滚道损伤凹坑的故障模型及分段函数表达式;最后,利用该故障模型研究了具有不同大小和形状的轴电流损伤凹坑对轴承载荷分布和刚度变化的影响。结果表明:滚动体从滚入到滚出轴电流损伤凹坑过程中,将释放一定量变形,导致损伤区域轴承承载力部分或全部丧失;随着轴电流损伤凹坑变大,轴承刚度变化更大、更迅速。     

双列圆锥滚子轴承滚道表面波纹度对轴承振动特性的影响研究EI北大核心CSCD

考虑弹流润滑和时变接触刚度特性,提出一种利用位置函数代替时变刚度系数的计算方法,建立具有滚道波纹度的双列圆锥滚子轴承动力学计算模型,分析了波纹度波数、幅值对轴承振动特性的影响。结果表明:当滚道表面存在波纹度时,轴承径向振动位移频谱图均出现Zf及其倍频成分;当滚道波纹度波数与滚子个数相等或是其整数倍时,振动位移频谱取得峰值,轴承发生强烈振动。当内圈滚道表面存在波纹度时,振动位移频谱出现多种单个滚子通过内圈滚道频率和轴转频的组合频率成分;轴承径向振动位移频谱图峰值点所对应的频率与波数有明确的数学关系;相比于内圈,外圈波纹度幅值对轴承径向振动影响较大,且振动位移的峰峰均值随滚道波纹度幅值的增大而增大。     

点接触弹流润滑条件下的深沟球轴承表面局部缺陷动力学建模

传统轴承动力学模型多为无润滑干接触状态下建立的接触力学模型,没有考虑润滑对轴承振动的影响。由于球轴承内部钢球与滚道之间润滑油膜的存在,油膜影响轴承的接触刚度。基于非线性赫兹接触变形和弹性流体润滑,提出了一种深沟球轴承局部缺陷的两自由度动力学模型。首先将接触变形、径向间隙和缺陷的连续性变化关系对轴承的局部缺陷影响提出了模拟的方法,然后加入了弹流润滑对轴承接触刚度的影响这一因素,并建立深沟球轴承的两自由度动力学模型,能更加准确的模拟轴承实际运转时的真实状态。最后通过振动响应的仿真信号与轴承故障实验台的数据进行对比,验证这种模型的准确性,为轴承故障诊断提供了理论依据。     

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。     

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。     

外圈滚道剥离故障对滚动轴承动力学响应的影响分析

为了探究高速列车轴箱轴承在外圈滚道产生剥离故障后内部元件的动力学响应规律,采用三维建模软件Solidworks和多体动力学分析软件ADAMS建立了轴承动力学模型。模型考虑了材料属性、约束、载荷和接触关系等因素,模拟了外圈滚道多个位置处的剥离故障。采用高速列车轴承综合试验台对轴箱轴承进行动力学试验,并与仿真结果对比,验证了模型的有效性。通过分析不同故障位置的轴承动力学仿真结果,研究了滚子、保持架的动态响应变化规律。研究发现：当滚子质心的径向运动轨迹呈现“正弦”状时,不随外圈滚道损伤位置的不同而变化;当外圈滚道损伤位于3点钟和9点钟位置时,保持架质心的径向运动轨迹无规律可循;当外圈滚道损伤位于6点钟位置时,保持架质心的径向运动轨迹呈现近似“正弦”状,滚子和保持架质心的波动量最小,滚子和内圈、外圈滚道间的接触力最大;当外圈滚道损伤位于12点钟位置时,保持架质心的径向运动轨迹呈现近似“正弦”状,滚子和保持架质心的波动量最大,滚子和内圈、外圈滚道间的接触力最小。研究结果对认识轴承发生外圈故障时内部元件间的运动规律、轴承运行维护和振动数据的采集提供了一定的借鉴意义。     

考虑自旋的高速角接触球轴承油膜刚度计算

针对高速传动装置支撑轴承存在自旋运动且影响轴承油膜刚度问题,基于弹流润滑理论与达朗贝尔原理计算姿态角方法,考虑内外圈滚道同时存在自旋时滚动体与滚道接触处最小油膜厚度变化,推导考虑自旋的角接触球轴承油膜刚度计算公式,并进行实例计算,并将计算结果与利用Hamrock-Dowson的不考虑自旋最小油膜厚度经验公式计算刚度进行对比。计算结果表明,随转速的增大,自旋角速度增大;载荷增大,自旋角速度减小,径向载荷对自旋影响较大,轴向载荷对自旋影响较小;考虑自旋后由于自旋运动影响,其最小油膜厚度变小,油膜刚度变大。高速传动装置轴系振动计算时轴承刚度需考虑自旋影响。     

基于非线性动力学的滚动轴承故障工程建模与分析

针对滚动轴承出现故障后的振动特征,根据轴承故障产生机理建立了一个6自由度故障轴承动力学工程模型。模型中充分考虑了由轴承间隙所引起的轴承非线性时变刚度和滚动体滑动等影响因素,并且引入单元谐振器模拟出现故障后轴承元件的高频固有振动。使用龙格库塔数值积分方法分别对滚动轴承外圈、内圈和滚动体局部故障进行动力学仿真和分析,结果与实验基本保持一致,表明该模型在工程应用中具有一定的准确性和实用性。     

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。     

有局部缺陷的滚动体中介轴承动力学建模及仿真研究

在考虑径向间隙及滚动体缺陷通过内、外圈时接触变形量发生变化基础上,建立两种支承形式下滚动体含单一故障缺陷的中介轴承动力学模型。对比研究不同支承形式及内、外圈不同旋转方向对中介轴承振动影响。结果表明,采用内圈支承于高压转子、外圈支承于低压转子结构振幅大于内圈支承于低压转子、外圈支承于高压转子结构;内、外圈同向旋转振幅大于反向旋转;内、外圈反向旋转冲击振幅小不利于发现故障,反向旋转时缺陷冲击滚道频繁,同等运行条件下,反向旋转中介轴承潜在危险更大;保持架旋转频率为中介轴承振动信号的主要调制频率,且内、外圈反向旋转较同向旋转调制效果更强烈。     

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。     

变工况下角接触球轴承保持架稳定性分析

复杂变工况条件下旋转机械系统中滚动轴承表现出复杂的动力学特性,更容易产生故障或破坏;考虑间隙碰摩、润滑拖动作用和多体动态接触关系,探索了变工况下球轴承多体接触动力学特性。基于套圈滚道圆环的几何结构方程,建立并实现了运转状态下钢球和套圈的三维接触力学模型和动态接触力的预测搜索算法;考虑钢球和保持架的三维动态间隙碰摩和润滑拖动作用,保持架和引导套圈的等效短滑动轴承的润滑拖动作用,建立球轴承多体接触动力学模型;运用广义-α方法计算分析了变工况下角接触球轴承的动力学特性和保持架运动稳定性,获得变预紧量、变速度、变载荷等工况下球轴承的三维空间运动轨迹、动态作用力、振动加速度及频谱等动力学响应。计算结果表明:内外圈均旋转时,由于启动加速过程中的速度和载荷冲击作用,球轴承存在较大的作用力和振动位移,稳定后的主振频率是自由旋转套圈的转速频率;预紧量的增加,保持架的振动位移仅在内圈受固定径向力作用时明显减小;旋转径向力作用时保持架中心的运动轨迹是近似圆柱面的涡动运动规律。     

行星齿轮箱太阳轮轴承外滚道故障特征增强研究EI北大核心CSCD

当行星齿轮箱存在太阳轮与太阳轮轴承复合故障时,太阳轮轴承故障信号微弱,容易被太阳轮故障信号淹没。为了在强大的太阳轮故障信号的背景下高效提取微弱的轴承故障信号,开展了行星齿轮箱太阳轮与太阳轮轴承复合故障动力学响应研究。以单级行星齿轮箱为研究对象,利用ADAMS动力学分析软件,构建包含太阳轮断齿以及太阳轮轴承外圈局部损伤的行星齿轮箱刚-柔耦合动力学模型,该模型保留了轴承滚动体与保持架的6个自由度,并且考虑了齿轮与轴承的耦合作用。基于所建立的刚-柔耦合动力学模型,提出了太阳轮轴承外滚道故障特征增强方法。该方法基于外滚道损伤-滚动体冲击力方向在轴承旋转过程中基本不变的原理,将垂直放置的两个加速度传感器采集的振动信号转换到极坐标系,通过分析坐标点在极坐标系中的分布情况来对复合故障下太阳轮轴承外滚道表面损伤进行诊断。结果表明,使用该方法能够对频谱分析不能诊断的太阳轮轴承外滚道故障进行特征增强。