基于有限元法的滚动轴承结构和模态分析与研究

为从内部寻找滚动轴承发生故障的原因，经过比较从三种常用分析方法中选取了有限元法；以ANSYS为计算机工具，建立了其有限元模型；以典型的径向载荷和边界条件为例，分析研究了其内部位移和载荷分布规律；计算了其前两阶固有频率，对其进行了模态分析研究。由分析和研究结果寻找出其发生故障的内部机理，为深入研究滚动轴承的现场破坏机理提供了理论依据。     

基于双谱的滚动轴承非线性耦合特征提取与故障分类

通过双谱提取滚动轴承故障信息,对其非线性耦合现象进行分析,讨论了不同速度和载荷下双谱幅值图和峰值图的识别效果,提出一种双谱和BP神经网络相结合的故障分类方法.以滚动轴承的双谱能量分布作为滚动轴承故障特征输入,以BP神经网络作为分类器,成功地对滚动轴承4种不同的故障进行了分类.研究表明:速度对双谱的影响要大于载荷.结合双谱和神经网络对滚动轴承不同故障类型进行分类方法有效.     

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。     

圆锥滚子轴承的性能测试分析研究

以GZ-50A双控滚动轴承性能测试分析试验台为平台,以通用圆锥滚子轴承为研究对象,对圆锥滚子轴承进行了性能测试分析实验研究开发。研究了圆锥滚子轴承径向载荷分布变化特点及轴向载荷对滚动轴承径向载荷分布的影响,通过圆锥轴承元件上载荷波动特性曲线分析了特定工况下圆锥轴承缺陷的潜在原因,提出相应的改进措施并分析圆锥滚动轴承组的综合性能和最佳受力状况。     

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。     

含缺陷滚动轴承内部载荷分布

建立了外滚道含矩形剥落的滚动轴承接触力学模型,基于Hertz接触理论研究了静态径向载荷作用下轴承内部载荷分布,并探究了缺陷形貌(环向跨度角、轴向跨度角)对轴承内部载荷分布的影响。结果表明,当滚动体经过缺陷区域时,其载荷部分卸载或完全卸载,而承载区内的其他滚动体加载;缺陷形貌对滚动轴承内部载荷分布有显著影响。总体来说,缺陷相貌尺寸越大,对内部载荷分布的影响越显著,缺陷环向跨度角和轴向跨度角综合决定了滚动轴承内部载荷分布。     

低速滚动轴承故障诊断方法研究

低速滚动轴承结构和工作条件特殊,故障机理复杂,诊断难度较大。本文根据低速滚动轴承的故障特性,提出了利用应力波与小波分析进行低速滚动轴承故障诊断的方法。首先以低速运转Cooper轴承系列01B65 EX滚子轴承为例,建立了完好和故障低速滚动轴承的三维整体接触计算模型,运用有限元软件对其进行了比较全面、精确的分析,计算出外圈故障模型的最大应力和应变及各元件之间的接触应力,将发生故障前后的外圈外表面应力应变分布规律以及接触应力分布规律进行比较。然后在应力波实验分析的基础上,选择db6母小波、尺度j=4对实验所采集的数据信号进行小波变换,成功提取了外圈模拟故障的应力波信号特征频率。     

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。     

轴向载荷对角接触轴承间隙演化机理分析

滚动轴承工作间隙作为衡量轴承动态性能的重要指标之一,主要是由轴承承受外部载荷决定,严重影响着滚动轴承及其所在转动机构的运转精度。为分析太空环境下轴向载荷对滚动轴承工作间隙的作用机理,基于Hertz接触理论对滚动轴承的接触变形分析,研究轴向位移变化,并提出了径向间隙的计算模型,借助有限元模拟软件对比理论分析研究工作间隙的变化。以71807C型角接触球轴承为例,分析工作间隙的演化规律,同时验证了径向间隙的存在。所研究的工作间隙演变为转动机构的运转精度、工作寿命、可靠性分析等提供了参考。     

滚动轴承故障的可拓物元诊断方法

滚动轴承是大多数机械设备中工作条件最为恶劣的部件,它们在设备运行中起着承受载荷、传递载荷的作用,因而其运行状态直接影响到整台机器的性能。基于可拓学中的物元理论和可拓集合理论,首先建立了滚动轴承故障诊断的物元模型,然后通过引入关联函数,确切计算了待评轴承针对指定故障发生的程度,提出了一种诊断滚动轴承故障的新方法。     

考虑滚子位置变化的圆柱滚子轴承非线性刚度特性分析

以圆柱滚子轴承为研究对象,考虑轴承运转过程中滚子周向位置分布的周期性变化,对经典圆柱滚子轴承载荷分布理论进行改进,并对由此引起的轴承刚度时变特性进行分析,同时研究圆柱滚子轴承平均刚度及平均接触滚子数随径向力的非线性变化规律。为了对改进理论算法进行验证,采用有限元接触分析方法对圆柱滚子轴承刚度及滚子接触状态进行分析。研究结果表明,改进理论算法和有限元接触法均能准确预测轴承瞬时刚度的时变特性及平均刚度随径向力的非线性变化特性,同时证明轴承平均接触滚子数的改变是轴承刚度变化的根源。基于改进理论算法进而分析轴承初始径向游隙、径向力、滚子设计数量等关键参数对圆柱滚子轴承性能的定量影响规律。     

中子应力谱仪样品承重台回转支承载荷分析

针对中子应力谱仪样品承重台(简称“中子谱仪样品台”)旋转运动机构用三排圆柱滚子回转支承的特殊结构和受载情况,基于Hertz理论,实现了力学分析模型的建立和求解,在此基础上通过有限元法分析了中子谱仪样品台极限工况下滚子与滚道之间的接触特性,然后分析了轴向载荷、径向载荷、滚子数量对回转支承刚度的影响。研究结果表明：在中子谱仪样品台极限工况下,上排滚子与滚道的接触区域等效应力最大,为76.98MPa,外圈滚道的最大等效应力为14.82MPa,内圈滚道最大等效应力为11.26MPa;刚度分别随轴向载荷、径向载荷和滚子数目的增大而增大,且均成非线性关系,当轴向载荷增至1200kN、径向载荷增至300kN时,轴向刚度和径向刚度增长趋势明显减慢,当上排与下排滚子数量增至170时,轴向刚度的增大趋势明显加快。研究结果为中子谱仪样品台旋转运动机构的设计提供了参考。     

内外围相对倾斜对圆柱滚子轴承承载能力的影响分析

研究了由于转子弯曲引起的圆柱滚子轴承内外圈相对倾斜，以及轴承游隙与滚子修缘圆弧半径对轴承载荷分布的影响，并进行了数值计算和结果分析，提出了解决因轴承内外圈相对倾斜对轴承承载能力的影响问题的有效途径。     

空心圆柱滚子轴承接触力学数值仿真

基于接触力学理论,建立了不同空心度常规直素线圆柱滚子与内圈滚道的三维接触力学模型,进行了有限元数值仿真研究。分析结果表明,空心度对等效应力及接触应力的影响规律是不同的,合理的空心度可减小接触应力的边缘效应,但等效应力滚子两端的边界应力集中总是存在的;在相同空心度下,等效应力和接触应力随载荷的变化规律是不同的;不同载荷作用下,最佳空心度的理论值不同;空心滚子内壁的等效应力值随空心度的增大而增大,存在应力转移现象,并会超过外壁的等效应力值。     

考虑疲劳故障的圆柱滚子轴承打滑失效分析

考虑滚道疲劳剥落故障、滚动体与保持架之间的非连续接触等因素,建立圆柱滚子轴承的非线性弹性接触显式动力学模型,研究不同剥落故障位置、径向载荷、内圈转速对滚动体和保持架打滑特性的影响规律;将仿真结果与理论解进行对比,验证有限元模型的有效性。研究结果表明:滚动体在非承载区更容易出现打滑;相同工况下剥落故障会使得滚动体和保持架的打滑率大幅增加,其中复合故障下的打滑率增加最多,内圈故障和外圈故障下的打滑率增幅基本相同;增大径向载荷能有效减轻轴承的打滑现象,但载荷增加到一定程度后对打滑的抑制效果不明显;低转速工况下内圈和外圈疲劳故障对轴承打滑率的影响不大,随着转速的提高疲劳故障对打滑率的影响愈加明显。     

高速圆柱滚子轴承生热研究

通过对高速圆柱滚子轴承拟静力学和生热的分析,编制了高速圆柱滚子轴承生热分析程序,对圆柱滚子轴承内部各热源分别进行生热分析,得到滚子轴承各个单元间的局部生热和轴承总生热。以一个型号轴承为例,分析了转速、载荷等多种工况参数对轴承局部生热和总生热的影响,结果显示内圈转速、径向载荷以及润滑油的入口油温对轴承生热的影响较大。轴承的生热分析为轴承的三维温度场分析、润滑油参数的选择等奠定了良好的基础。     

航空自润滑关节轴承的内锥面滚铆工具设计

依据航空标准的规定要求,研究了一种新型的翻边固定的滚铆工具,以实现滚轮纯滚动、表面质量好、对轴承启动力矩影响小的质量目标。根据速度合成定理研究了滚轮实现纯滚动的条件,设计了内锥面的滚轮;以滚铆MS14101-9关节轴承为例,研究了两种滚轮对轴承外圈座圈之间的贴合度、轴承内外圈等效应力、轴向推出力、翻边表面质量的影响;最后,通过虚拟正交试验,以航空标准规定的轴承启动力矩范围为约束,以翻边固定后的轴承内圈外球面位移变化量为优化指标,研究了内锥面滚轮的滚铆工具的翻边载荷和公转转速的参数优化。研究结果表明：内锥面滚轮的工具可实现良好的工艺质量;当翻边工具的翻边载荷4000 N、公转转速200 r/min时,可以保障翻边固定后工艺质量指标和轴承启动力矩在航空标准规定范围内。     

轧机圆锥滚子轴承载荷的边界元法解析及实验研究

针对滚动轴承接触的特点,在轴承边界元法中采用赫兹接触理论对滚动体与轴承内、外圈的接触宽度进行修正。编制了三维有摩擦弹性接触的专用轴承边界元法计算程序,对轧机圆锥滚子轴承的载荷分布进行了数值模拟。采用轴承座直接测量法对轧机圆锥滚子轴承的径向和轴向载荷进行测试,并与数值模拟的结果进行了对比,实验测试结果与数值模拟的轴承载荷的分布规律基本一致,证明了边界元方法求解轴承载荷分布的正确性和有效性。     

Hilbert-Huang变换在滚动轴承故障诊断中的应用

提出了一种新的滚动轴承故障诊断方法——基于小波系数包络信号的局部Hilbert边际谱方法，在Hilbert—Huang变换的基础上介绍了局部Hilbert谱和局部Hilbert边际谱，并将它应用于滚动轴承的故障诊断中。用小波基将滚动轴承故障振动信号分解，对高频段的小波系数用Hilbert进行包络分析得到包络信号，再对包络信号进行Hilbert—Huang变换求出局部Hilbert边际谱，从局部Hilbert边际谱中就可以判断滚动轴承的故障部位和类型。通过对滚动轴承具有外圈缺陷、内圈缺陷的情况下的振动信号的分析，说明该方法比传统的包络分析方法更能有效地提取滚动轴承故障特征。