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。     

高速滚动轴承接触应力与变形分析

针对高速轴承中现存的失效问题,采用有限元方法,利用ANSYS Workbench软件,建立高速滚动轴承三维分析模型。在合理的边界条件下,对模型中各个滚动体与轴承内、外圈接触应力和变形进行数值计算,从而得到各个滚动体与轴承内、外圈的接触应力及变形量,以及3号滚动体与1号滚动体的对比图,得出了相同增量下各个滚动体的接触应力和接触变形的变化情况。同一力下不同滚动体的接触面积变化情况。计算结果与赫兹理论解接近一致,表明建立的模型及边界条件合理,准确。求解得到的各个滚动体的接触应力和变形为滚动轴承的失效形式分析与设计提供理论依据。     

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。     

滚动轴承与轴过盈配合对轴承元件接触应力及变形量影响研究

基于滚动轴承在装配过程中轴承内圈与轴形成过盈配合的实际情况,对其进行力学理论分析。在此基础上利用建模软件对滚动轴承建立三维模型,在有限元环境下,进行材料设置、网格划分、边界条件设定、施加载荷等操作建立有限元仿真模型。分别对不同过盈量下轴承元件接触应力和变形量情况进行仿真。结果发现:轴承元件上的接触应力和变形量与过盈量成正比关系;轴承内圈与滚动体接触应力和变形量之差,随着过盈量的增加,逐渐高于滚动体与轴承外圈接触应力和变形量之差;同一过盈量下,轴承内圈、滚动体、轴承外圈的接触应力和变形量依次降低。此研究结论为轴承寿命计算、轴承制造提供了理论依据。     

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。     

游隙及载荷对滚动轴承载荷分布的影响

基于滚动轴承动力学、Hertz弹性接触理论和轴承宏观几何学,建立了滚动轴承的分析模型。分析游隙及载荷对滚动轴承载荷分布的影响。分析结果表明:随着径向游隙的减小,轴承的接触分布范围角增大;随着径向载荷的减小,轴承接触分布范围角减小;当轴承出现负游隙时,轴承内、外圈相对变形量较小,但轴承中滚动体的平均载荷增加,会导致轴承寿命降低。     

起重机用滚动轴承有限元分析及故障检测

针对起重机用滚动轴承故障率高且难以检测的问题,首先采用Ansys软件对起重机用滚动轴承进行基于实际接触状态的有限元分析,然后采用基于小波包能量法和Hilbert变换方法对滚动轴承进行信号处理、分析以及故障检测。结果表明:滚动轴承的滚动体与内外圈接触部位存在较大应力集中,最易在此处首先发生破坏;根据轴承故障特征频率与内圈、外圈、滚动体三种故障类型所对应的频谱特征和能量谱相比较,可有效判断轴承故障类型。研究所采用的检测方法可为起重机用滚动轴承的故障预防和检测提供一定理论依据和指导作用。     

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。     

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。     

基于非理想Hertz线接触特性的圆柱滚子轴承局部故障动力学建模

传统方法对圆柱滚子轴承局部故障动力学的分析都是基于Hertz线接触理论,然而当轴承的滚子为凸度形状时,滚子素线不为直线,滚子与滚道之间的接触问题已经超出Hertz线接触理论的范畴。针对这个问题,以滚道表面存在局部故障的圆柱滚子轴承为研究对象,提出考虑滚动体与内外圈滚道之间非理想Hertz线接触特性和时变位移激励的圆柱滚子轴承局部故障动力学模型,研究位移激励形式和局部故障尺寸对圆柱滚子轴承振动特性的影响规律。研究表明,该模型能克服传统的线接触经验公式无法考虑滚子与滚道曲率的缺点,能更加准确反映圆柱滚子轴承滚道表面局部故障与滚动体接触的实际情况,为滚动轴承早期局部故障动力学分析和诊断工作提供新的计算方法和一些有价值的结论。     

角接触球轴承的预加载荷及其应用

l预力。载荷的机理及方法滚动轴承在较大间隙的情况下工作时,会使载荷集中作用于处于受力方向的一个滚动体上,使这个滚动体和内外圈沟道接触处产生很大的集中应力,从而使轴承的寿命缩短,刚度降低;同时,当轴承有较大的径向间隙时,还会使主轴轴心发生漂移,影响机床加工精度,并容易产生振动。当滚动轴承正好调整到零间隙时,滚动体的受力状况要均匀得多。当把轴承调整到不仅间隙完全消除,而且产生一定过盈量（或称负间隙）,即进行所谓预紧时,由于滚动体和内外圈沟道接触处发生了一定的弹性变形,它们间的接触面积加大,各个滚动体…     

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.     

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。     

滚动轴承刚柔多体接触动力学分析

以柔性多体动力学理论为基础,提出了以相对坐标描述刚柔多体接触滚动轴承的递推数值分析方法。以球轴承为例,研究了滚动轴承刚柔多体接触输出响应的动态特性。综合考虑滚动体与轴承内外圈滚道的时变接触刚度、柔性接触、摩擦、离心力等非线性因素,分析出转速、摩擦力和预紧力对滚动轴承的时变接触力和时变振动位移的影响。结果表明,以相对坐标描述刚柔多体接触滚动轴承的动力学模型,可以有效地解决滚动体与滚道间的时变接触振动响应和柔性接触等非线性接触动力学问题。     

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的双冲击信号,依据双冲击信号的时间间隔对轴承故障宽度尺寸进行量化,平均准确率达96％以上,验证了模型的正确性及此方法应用于振动机械滚动轴承故障尺寸量化的可行性.     

滚动轴承静刚度在轴承EHD研究中的应用

本文叙述用滚动轴承静刚度K_S来计算轴承内外座圈与滚动体之间的接触变形的总和。这种计算以往是用古典赫兹接触理论来分析的。该理论用复杂的椭圆积分分别计算外座圈与滚动体之间以及内座圈与滚动体之间的接触变形,然后将它们相加。由于在滚动轴承EHD研究范围内,人们感兴趣的是总接触变形量而无须弄清内外座圈的各自变形量,因此完全可以采用本文所述的方法来计算总变形量,从而避免进行繁复的椭圆积分。本文的计算结果表明,由静刚度K_S所得的结果与赫兹理论分析所得的结果非常接近,其精度足以满足轴承EHD研究的要求。     

机械零件失效分析讲座：第5讲 滚动轴承失效分析

一、滚动轴承的失效和失效形式 在机器中,用得最多的轴承是滚动轴承。滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。滚动体是滚动轴承区别于滑动轴承的核心元件。滚动体在内外圈的滚道上滚动时,其接触处的周期性接触应力可以很大,有时可达到5000MPa。因此易于产生表面疲劳现象。滚动轴承属于点接触或线接触的运动副,因此要求有良好的润滑条件,否则易产     

滚动轴承刚柔多体接触动力学分析

以柔性多体动力学理论为基础,提出了以相对坐标描述刚柔多体接触滚动轴承的递推数值分析方法.以球轴承为例,研究了滚动轴承刚柔多体接触输出响应的动态特性.综合考虑滚动体与轴承内外圈滚道的时变接触刚度、柔性接触、摩擦、离心力等非线性因素,分析出转速、摩擦力和预紧力对滚动轴承的时变接触力和时变振动位移的影响.结果表明,以相对坐标描述刚柔多体接触滚动轴承的动力学模型,可以有效地解决滚动体与滚道间的时变接触振动响应和柔性接触等非线性接触动力学问题.     

基于GAP单元的滚动轴承应力分析

利用有限元分析软件MSC.Marc/Mentat对某一滚动轴承进行有限元分析,采用GAP单元代替滚动体模拟轴承内外圈间的接触,在某组载荷工况下,计算该简化模型的应力结果;在同组工况下,对比实体轴承模型与GAP单元简化模型的有限元分析结果,对比各自的最大应力值;同时用理论计算方法计算轴承在相同工况下的最大应力值,来验证有限元结果的正确性.结果表明:GAP单元可以有效的模拟滚动轴承内外圈之间的接触,从而为滚动轴承建模及与轴承连接的组合件之间的建模提供了一种简便且有效的方法.