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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

中介轴承故障动力学建模与振动特征分析

中介轴承是航空发动机转子的关键支承部件之一,工作转速高,润滑条件差,易发生故障。基于动力学模型的故障机理研究可以为中介轴承故障诊断提供依据。以Gupta圆柱滚子轴承复杂动力学建模方法为基础,考虑外圈的运动建立了中介轴承动力学模型,通过试验对模型进行验证。在此基础上,分别考虑滚道表面形貌和轴承间隙的变化,建立中介轴承磨损故障动力学模型;针对中介轴承滚道表面剥落等局部损伤故障,考虑滚动体通过损伤区域时趋近量和接触载荷方向的改变,建立中介轴承局部损伤故障动力学模型。利用所建故障动力学模型对不同磨损状态下中介轴承外圈径向振动响应进行研究。研究表明,出现磨损后,振动响应频率中出现若干随机成分;对于局部损伤和磨损的复合故障,随着磨损加剧,振动幅值随之增大,随机成分所占比重增加,损伤的故障特征不明显。     

弹性套圈壁厚对保持架动态稳定性和轴承振动的影响

角接触球轴承作为高速机床的基本支承结构,其动态行为直接影响高速机床的动态性能。建立了考虑套圈弹性变形和保持架涡动的角接触球轴承非线性动力学模型,通过保持架质心轨迹以及保持架与内圈转速比验证了模型的准确性,并在此基础上分析了外圈壁厚对球的滑动、保持架涡动和内圈振动的影响,结果表明：在外载荷作用下,不同外圈壁厚会产生不同的弹性变形,进而影响球的滑动、保持架的涡动和内圈的振动;当外圈壁厚减小时,球的滑动加剧,保持架动态稳定性降低,内圈振动增加,外圈壁厚较大时可以获得较好的保持架动态稳定性并降低轴承的振动。     

基于ANSYS/LS-DYNA的铁路货车缺陷轴承振动特性研究

基于ANSYS/LS-DYNA显式动力学,研究轴承有点缺陷时对轴承振动特性的影响,建立了轴承主要元件如内、外圈及滚子的点缺陷模型并进行动力学仿真分析,通过提取正常轴承和有点缺陷轴承运行时内圈滚道节点Y方向的加速度曲线,进行轴承振动信号时域分析,得出主要元件有点缺陷时轴承的振动特征。研究表明峰值、均值、方差、峭度指标、峰值指标和裕度指标可以作为滚子点缺陷的判断指标;方差均值比可以作为内圈点缺陷的判断指标;均方根值、方根幅值、方差、峭度指标、脉冲指标、峰值指标和裕度指标可以作为外圈点缺陷的判断依据。     

轴承安装配合方式对电主轴轴承-转子系统振动的影响

轴承-转子系统是决定电主轴单元工作性能的核心部件,而轴承的安装配合关系会直接影响系统的运行精度。考虑热膨胀和轴承内、外圈配合方式,建立了电主轴轴承-转子系统动力学模型,分析了内圈过盈配合和外圈间隙配合对转子振动特性的影响,并通过试验验证了模型的正确性。结果表明：转子振幅随内圈配合过盈量增大而减小,随外圈配合间隙量增大而增大,且外圈配合间隙量对转子振动影响更大;考虑热膨胀时的转子振幅小于不考虑热膨胀时的转子振幅。     

基于自适应匹配追踪算法的齿轮箱轴承故障特征提取

为提高对齿轮箱轴承内外圈在传动振动过程中故障的诊断能力,采用自适应匹配追踪算法建立了故障诊断模型,并展开了仿真分析.研究结果表明:轴承外圈故障仿真信号呈周期性波动.轴承外圈的通过频率及其倍频呈现逐步衰减;轴承外圈故障仿真加噪信号被淹没在噪声中.通过SAMP算法对轴承外圈故障仿真加噪信号的处理,能够看出信号呈周期性波动.轴承内圈的通过频率和倍频以及边频带呈现逐步衰减,从SAMP算法重构轴承内圈仿真加噪信号时域波形图中看出,轴承内圈故障仿真加噪信号不呈周期性波动,而经过SAMP算法处理的轴承内圈故障仿真信号则呈周期性波动.     

考虑轴箱轴承表面波纹度的高速车辆振动特性分析

采用SIMPACK动力学软件,建立一高速车辆出现轴箱轴承表面波纹度缺陷的动力学计算模型,将轴承假设为只有外圈和内圈两者之间的相互作用,轴承中的滚子直接等效成若干个力元,分别考虑轴承的内、外圈以及滚子表面波纹度对车辆振动特性的影响。仿真结果表明:当轴承出现波纹度缺陷时,轴箱振动加速度会增大,而构架的加速度变化不大;对于外圈表面波纹度,会在特定频率及其倍频处出现峰值,且当纹度波数等于或接近滚子数目相或其倍数关系时,轴箱会出现严重的振动;对于内圈表面波纹度,当波纹度数N_w≠iZ±1且N_w≠iZ±1(其中i为正整数)时,在所仿真的波数下可能会出现多种基频及其倍频成分,否则只会产生特定的基频及其倍频成分;对于滚子表面波纹度,当滚子波纹度数目为偶数时,只会出现特定的基频及其倍频成分,且在特征频率旁边存在着调制边带;随着滚子波纹度数目的变化,三种情况下的轴箱振动加速度幅值会在波纹度数目等于滚子数目处产生峰值点,且随着波纹度幅值的增加,三种情况下的轴箱的振动均变得越来越剧烈。     

角接触球轴承启动过程动力学特性分析

针对角接触球轴承内部弹性非线性接触的特点,以7005轴承为研究对象,建立有限元模型,外圈旋转,内圈固定,径向空载,轴向承受预紧力,利用显示动力学方法重点分析轴承在启动过程中非稳定和稳定阶段的接触应力、位移、速度和振动加速度的变化规律,为飞轮轴承组件的研制研究提供理论依据。     

轴承实测波纹度的动力学建模与振动特性分析方法

针对基于实测波纹度来预测轴承振动特性的研究方法较少的问题,提出了一种基于插值重采样的轴承实测波纹度动力学建模方法。以NU307E型圆柱滚子轴承为例,建立轴承波纹度的动力学模型,通过对轴承外圈、内圈和滚子的实测波纹度数据进行插值重采样,获得波纹度离散序列,并将其耦合到振动模型,建立轴承实测波纹度动力学模型进行仿真分析。最后进行了试验,验证了建模方法的正确性。     

考虑三维运动和相对滑动的滚动球轴承局部表面损伤动力学建模研究

滚动体通过局部表面损伤时轴承的运动参数及动力学响应是轴承疲劳损伤分析和故障诊断的有效输入和重要依据。基于GUPTA轴承模型构建具有局部表面损伤的滚动球轴承的完整动力学模型。该模型中每个轴承元件(滚球、内圈及外圈)具有6个自由度,并且考虑了元件之间的相对滑动和润滑牵引特性。在对局部表面损伤进行建模时,完整考虑了损伤出现后由于材料缺失而引入的额外间隙,以及损伤对赫兹接触刚度及接触载荷作用方向的影响。研究滚球在通过局部表面损伤时轴承的加速度与滚球/损伤之间冲击力的对应关系,以及轴承转速和损伤宽度对轴承振动响应的影响规律。仿真结果表明,由于考虑了相对滑动和滚球/损伤之间冲击力的影响,本模型能够对具有局部表面损伤的球轴承进行更为合理的动力学特性分析,可为滚动球轴承的疲劳损伤分析和故障定量诊断提供一定的理论依据。     

滚动轴承动力学仿真与分析

为研究滚动轴承的动态特性和振动特性,在ANSYS/LS-DYNA中建立了滚动轴承有限元模型,对外圈固定,内圈施加压力和转速,实现了滚动轴承的显式动力学仿真,得到了滚动轴承的应力分布和动态响应。仿真结果表明,滚动轴承最大应力出现在滚动体与内圈和外圈接触处,滚动体的最大线速度和最小线速度分别出现在滚动体与内圈和外圈接触点上,滚动体受到的应力最大,保持架的应力变化最为剧烈。     

球轴承滚动面划伤缺陷在线检测方法

建立了球轴承滚动面划伤缺陷的动力学模型,对轴承振动特性进行了仿真分析,使用AR谱估计方法自动捕捉高频共振的主频,并采用缺陷程度作为判断依据,从而提高信噪比。试验结果表明:该检测方法可以有效地进行轴承不同零件滚动面划伤缺陷的在线诊断,并自动识别缺陷类型。     

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。     

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。     

7003A轴承动态特性仿真分析

为实现滚动轴承的动力学仿真,以7003A轴承为例,用UG软件建立滚动轴承的实体模型,在ANSYS/LS-DYNA软件中生成有限元模型,设外圈、内圈和滚动体为弹性体,对外圈固定,内圈施加一定转速,内圈内表面下半部施加均布压力,分析了滚动轴承在运转过程中的接触应力、转速及振动的变化规律.该研究为轴承振动响应预测提供了一条新的研究途径.