外圈滚道损伤位置对高速列车轴箱轴承动力学行为的影响分析

为了探究轴承产生故障时其内部元件间的运动规律,以高速列车轴箱轴承为研究对象,采用多体动力学分析软件 ADAMS 建立了外圈滚道剥离故障的轴承动力学模型。模型综合考虑了材料属性、约束、载荷和接触关系等因素,通过铁路轴承综合实验台对试验轴承进行动力学实验并对比部件转速,验证了模型的有效性。通过对外圈滚道不同损伤位置处的轴承进行动力学仿真分析发现：轴承有故障时,滚子与滚道间相邻两接触点的时间间隔变大;轴承故障的存在会加大滚子与滚道间的接触力,进而加剧轴承滚道的损坏;损伤位置位于 6 点钟时,对滚子打滑起到了抑制作用,滚子打滑率的增大会加剧滚道表面的不均匀擦伤;轴承转速越大,保持架运行越平稳,损伤位置位于12 点钟时,对保持架的平稳运行影响不大。研究结果对推动轴承设计和故障诊断技术发展具有一定的理论和实际意义。     

圆柱滚子轴承多体接触动力学研究

考虑滚子和套圈、滚子和保持架、保持架和引导套圈的动态接触关系,提出了机械系统中圆柱滚子轴承多体动力学分析的新方法。基于圆柱套圈滚道的三角网格模型,实现了圆柱滚子和套圈滚道的动态接触力的预测搜索算法,进而建立了计及润滑摩擦作用和Hertz接触作用的圆柱滚子轴承的三维多体接触全动力学模型。运用广义-α方法计算分析了不同工况条件下圆柱滚子轴承的动态特性和保持架的稳定性,获得了不同工况下轴承的运动轨迹、角速度、滚子和倾斜扭转振动、动态接触力,拖动力和相轨迹等动态响应的变化规律。计算结果表明低速或较小径向力下,滚子和保持架的拖动力相对较小且不稳定,滚子和保持架侧梁、外圈挡边之间存在明显的频繁接触冲击作用,内圈中心的振动位移相对较大,保持架中心的径向平面运动轨迹形成不稳定的近似圆周运动,圆柱滚子轴承的运动稳定性相对较差。随着转速或旋转径向力的增加,保持架中心的径向平面运动轨迹为圆周运动和单周期的相轨迹运动,保持架中心的轴向振动明显,滚子倾斜扭转振动相对较小。     

高速列车轴箱圆柱滚子轴承启动过程的打滑动力学特性

轴箱轴承的动力学性能对列车安全、平稳运行有非常重要的影响。基于刚性套圈假设建立轴承内部变形几何关系,采用Hertz接触理论描述滚子与套圈的接触关系,采用线性压缩弹簧来模拟滚子与保持架之间的相互作用,考虑拖动系数随滑移速度的非线性关系计算滚子与套圈的摩擦力,建立考虑内圈、滚子和保持架自由度的圆柱滚子轴承的动力学模型,研究轴承启动过程中的运动学特性和力学特性。结果表明:在轴承启动过程中,滚子自转转速抖动上升;启动初始阶段滚子打滑明显,其中滚子在刚进入承载区时出现的打滑对轴承性能影响较大;轴承启动的初始阶段,滚子与内圈的摩擦力和与保持架的接触力变化剧烈,且随内圈角加速度的增大而增大。     

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。     

轴箱轴承缺陷状态下的高速车辆振动特性分析

采用SIMPACK动力学软件,建立了一高速车辆出现轴箱轴承早期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,分别考虑了轴承的内、外圈以及滚子表面早期缺陷对车辆垂向振动特性的影响。仿真结果表明：当轴承表面出现早期缺陷时,轴箱振动加速度显著增大,而构架的加速度变化不大;当内外圈以及滚子缺陷尺寸（缺陷宽度和深度）相等时,轴承外圈缺陷对轴箱的加速度幅值影响最大,轴承滚子缺陷对轴箱加速度幅值影响最小;随着早期缺陷宽度的增加,3种轴承缺陷下的轴箱加速度幅值均逐渐变大;轴承早期缺陷能够引起轴箱的高频振动,但对车辆的平稳性影响甚微。     

高速圆柱滚子轴承保持架运行稳定性分析

基于滚动轴承动力学理论,建立了高速圆柱滚子轴承的非线性动力学微分方程组,采用预估-校正的GSTIFF(Gear stiff)变步长积分算法对其进行求解,使用盒维数评价保持架质心轨迹的混乱程度,研究了保持架间隙比、轴承转速、轴承径向载荷、轴承径向游隙以及滚子个数等因素对保持架运行稳定性的影响。研究结果表明:盒维数能够发现相似保持架心轨迹之间的差别,并对保持架稳定性进行量化描述;较大的保持架间隙比不利于保持架的稳定运行,存在最佳间隙比使保持架质心轨迹涡动效果最好,保持架运行最稳定;内圈转速较低时,保持架质心不发生涡动,质心轨迹非常混乱,保持架运行不稳定;随着转速、滚子个数的增加,保持架运行稳定性增加;随着径向载荷、径向游隙的增加,保持架运行稳定性先增大后减小。     

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。     

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。     

考虑轴承故障高速列车齿轮传动系统振动响应分析

齿轮传动系统在高速列车运行过程中起着连接和动力传递的关键作用,齿轮传动系统中的滚动轴承长期处于高速运行状况,易于出现故障。为研究轴承出现故障后高速列车齿轮传动系统的振动响应,基于Hertz 接触理论,考虑齿轮传动系统输入轴上圆柱滚子轴承内圈滚道上的剥离故障,利用三维建模软件SolidWorks 和动力学软件Recur-Dyn分别建立正常工况和故障工况下的齿轮传动系统动力学模型。通过仿真分析可以发现：故障工况下,输入轴上轴承滚子的角速度会出现周期性突变,输出轴上从动齿轮的角速度变化剧烈,而轴承滚子的角速度几乎不变;输入轴上包括主动齿轮在内的所有零件振动加速度明显增大,并且输出轴上零件的振动加速度也有所增大;主动齿轮和从动齿轮齿面接触力增大;输入轴上轴承滚子与内圈会瞬时脱离,影响轴承的稳定运行。研究结果可为高速列车齿轮传动系统中轴承故障的诊断、预防提供参考数据。     

对转圆柱滚子轴承动态特性分析

针对内外圈对转圆柱滚子轴承内部复杂的运动特性及相互作用力,通过分析轴承径向游隙的影响因素以及考虑滚子与滚道的接触变形和热效应对油膜厚度的影响,利用拟静力学法建立了轴承的分析模型,并采用NewtonRaphson法进行求解;同时,利用该模型对滚子打滑率进行计算,以验证所采用分析方法的正确性和可靠性。然后,进一步探讨了不同工况下对转圆柱滚子轴承内部组件的转速变化规律与接触特性。结果表明：滚子的自转转速、滚子与滚道的接触载荷均随径向载荷的增大而增大;内、外圈转速变化会使受载区滚子与滚道的接触载荷以一定的规律重新分配,且转速对最小油膜厚度的影响较径向载荷更为明显。研究结果可为对转圆柱滚子轴承的结构优化和生热机理分析提供理论依据。     

考虑滑动和热膨胀的球轴承局部故障动力学建模EI北大核心CSCD

研究外圈局部剥落故障球轴承工作时的动力学特性,并建立考虑滑动和热膨胀的球轴承动力学模型。首先把轴承简化为只考虑径向接触力的弹簧-阻尼模型,研究滚动体在滚道中刚开始承受载荷时的滑动作用,得到考虑滑动作用的滚动体与滚道间的角度关系模型。对外圈局部剥落故障区域附近滚动体的接触刚度和位移变化进行研究,分析滚动体在进入和退出剥落区过程中不同状态下的接触刚度和径向位移的变化情况,修正剥落故障区域附近滚动体与滚道的接触刚度值,得到时变刚度模型和时变位移模型,使动力学模型仿真信号更接近真实情况。利用局部法计算球轴承内部各接触组件间摩擦产生的热量,结合热网络法和球轴承瞬态热平衡方程计算轴承各节点的温度。研究球轴承内部滚动体的径向热膨胀位移,修正轴承动力学模型中滚动体的时变位移模型。以牛顿第二定律和Hertz接触理论为基础,充分考虑滚动体的滑动作用、热膨胀位移和剥落区域时变刚度、时变位移,建立球轴承外圈局部故障二自由度动力学模型,使用四阶龙格库塔法对模型进行求解。利用试验与模拟结果对比,证明模型的可行性。     

精密圆锥滚子轴承成品外圈摆动检查仪的研制

0 引言 按照国际GB307.2-84<滚动轴承公差的测量方法>及GB4199-84<滚动轴承公差定义>要求,成套滚子轴承外圈旋转精度包括:径向跳动和端面相对滚道的跳动.     

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。     

高铁轴承的接触应力分布研究

高速铁路列车轴箱轴承简称高铁轴承,是高速动车的关键部件,要求有较长的使用寿命。大多数高铁轴承的失效破坏往往起源于接触面下的某些点。因此在分析高铁轴承的基础疲劳寿命时,确定接触表面的应力分布对寻找最大应力值就非常重要。本文分别利用赫兹理论和弹性接触应力分析理论,结合有限元分析方法,探究了某型号高铁轴承的滚子与滚道接触时的应力分布。     

基于随机共振与蝙蝠算法的高速动车组滚动轴承故障诊断

仿真计算滚动轴承外圈故障引起的冲击信号,并将其作为轨道车辆的激励,输入到高速动车组整车模型的故障轴承位置。模拟列车运行,采集列车轴箱处的垂向加速度信号作为故障诊断信号,提出基于蝙蝠算法的自适应随机共振信号处理方法对其进行处理。提出故障诊断指标L的计算方法和基于L的一种新的高速动车组滚动轴承早期外圈故障的在途诊断方法。动力学仿真与数据处理结果表明提出的信号处理算法有较好的故障信号分离效果,提出的高速动车组滚动轴承早期故障的在途诊断新方法是有效的。     

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。     

滚动轴承内外圈损伤对双盘转子响应特性影响分析

针对滚动轴承支承下的双盘转子系统,考虑由于滚动轴承刚度变化而产生的变柔性(Varying Compliance,VC)振动,利用Lagrange方程建立了双盘转子-轴承系统动力学模型。在此基础上,考虑滚动轴承外圈、内圈局域损伤的典型故障,运用数值积分法,分别研究了系统轴承外圈、内圈局域损伤对系统动力学特性的影响。结果表明:轴承内外圈损伤会对双盘转子系统的动力学特性产生较大的影响,特别是在低转速阶段,轴承内外滚道出现损伤故障都会使其振动信号增大,且随着损伤的宽度越大,振动信号增大得越明显;外滚道的损伤会对轴承游隙的非线性因素产生干扰,而内滚道的损伤则会增强这一因素的作用。     

中介轴承复合故障动力学建模与振动特征分析EI北大核心CSCD

准确获取中介轴承多点复合故障振动特征,对提高其故障诊断准确性具有重要意义。该研究基于非线性Hertz接触理论,采用时变位移激励函数描述滚子的多点局部缺陷,建立了中介轴承多点复合故障的4自由度动力学模型,分析了内圈多点故障、外圈多点故障和内外圈复合故障的动力学特性。搭建了中介轴承故障模拟试验台,开展中介轴承内圈多点故障、外圈多点故障与内外圈复合故障模拟试验,并采集振动信号,对所建立的动力学模型进行验证。研究表明,基于该研究建立的多点复合故障动力学模型计算的故障特征频率值与试验值的误差小于1%,仿真模拟的时域波形和包络谱中的故障成分分布规律与试验结果一致,证明所建内、外圈多点故障及内外圈复合故障动力学模型准确有效。     

圆锥滚子轴承外圈滚道用标准器测量方法及其不确定度评定

主要介绍了在测长机上使用两球法对圆锥滚子轴承外圈滚道用标准器的测量,及其使用两球法进行测量时的不确定度。     

风电齿轮箱高速轴圆锥滚子轴承动态特性分析

齿轮箱是风电机组故障率最高的部件之一,其中高达50%的故障停机源于高速轴轴承的过早失效。外部变风载激励和齿轮箱内部激励下,高速轴轴承动载增大,将加速高速轴轴承破坏失效。论文以某750kW风电齿轮箱高速轴圆锥滚子轴承为分析对象,采用ADAMS软件建立圆锥滚子轴承的多体动力学仿真分析模型,研究轴向载荷和径向载荷变化对轴承动态响应特性的影响,基于美国Spectra Quest转子实验台开展了圆锥滚子轴承振动响应特性实验,掌握了圆锥滚子轴承的动态接触力与振动响应变化规律,将为风电齿轮箱高速轴圆锥滚子轴承选型与齿轮箱设计提供理论依据。