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。     

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。     

深沟球轴承在磨损条件下的动态特性研究

以6201轴承为研究对象建立一个4自由度的动力学模型。利用MATLAB和Runge-Kutta方法求解深沟球轴承的位移、速度及加速度的振动特性。通过计算滚动体通过外圈的频率理论计算值与模型的仿真值可知,理论计算值与仿真值具有较好的一致性。通过测振仪测量深沟球轴承的振动加速度值,测量值与仿真值相一致;利用此测量模型,进行研究磨损后径向游隙和波纹度对轴承振动的影响,结果表明,此方法是一种研究轴承振动非常有效的方法。     

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。     

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。     

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。     

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。     

印刷包装设备常用深沟球轴承参数对性能的影响

目的为轴承设计和公差选用提供理论依据与指导,有效解决轴承精密公差的选用问题。方法以高速糊盒机中6300型号的深沟球轴承为具体分析实例,建立深沟球轴承的数学模型,分析轴承参数微量变化带来的影响及其变化规律,并通过软件进行仿真分析与验证。结果深沟球轴承的疲劳寿命、刚度与滚子数量、直径及其内外圈曲率半径有着密切联系,其中轴承疲劳寿命对滚子数量和滚子直径变化表现敏感,寿命的增加量达到77.78%,轴承径向刚度对轴承滚子数量的变化很敏感,刚度的增加量为23.08%,而轴承轴向刚度对滚子直径和套圈曲率半径的变化较为明显,刚度的增加量分别为38.29%和15.1%。结论在一定范围内应尽量选取和设计滚子数量较多、直径较大、内外圈曲率半径较小的深沟球轴承,使其疲劳寿命与刚度性能达到最优。     

考虑润滑和波纹度影响的球轴承径向刚度

建立了考虑波纹度影响的球轴承非线性振动模型,该模型可以用来仿真球轴承的径向刚度。该模型考虑了外圈的五个自由度,并且还同时考虑了流体弹性动力润滑(EHD)油膜的影响。仿真结果表明球轴承表面的波纹度使得球轴承的刚度发生周期性的改变,油膜虽然增大了刚度,但也只是增加了不到1%。最后还通过实验验证了润滑对轴承径向刚度的影响。     

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...     

温变配合间隙对全陶瓷球轴承-转子系统动态特性影响分析

针对全陶瓷球轴承热变形小,在宽温域下轴承外圈与轴承座之间配合间隙变化较大的特点,建立了考虑温变配合间隙的全陶瓷球轴承-轴承座动力学模型。将轴承座与轴承外圈受热变形分别计算,并将不同温度下配合间隙作为边界条件对全陶瓷球轴承动态特性进行求解。以轴承工作温度、工作转速、初始配合间隙为变量对全陶瓷球轴承外圈振动情况展开参数化研究,并结合试验手段对模型精度加以验证。结果表明,考虑温变配合间隙的动力学模型能够准确模拟全陶瓷角接触球轴承在不同工作温度下的动态特性。随着工作温度的升高,全陶瓷球轴承振动整体呈现增大趋势,且振动幅度呈现非线性变化趋势。在全陶瓷球轴承外圈与轴承座配合处适当采用紧配合有助于减小高温下轴承外圈与轴承座之间配合间隙,提升变温工况下全陶瓷球轴承回转精度。研究工作可为全陶瓷球轴承状态分析提供参考,并为全陶瓷球轴承-转子系统优化设计提供理论依据。     

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。     

深沟球轴承系列特征频率计算分析

深沟球轴承作为旋转机械中的重要零件,其运行状态直接影响机器的性能和寿命。对SKF 60200系列深沟球轴承各部件固有频率进行计算,得到各阶固有频率随轴承尺寸变化的趋势;对深沟球轴承各部件的故障通过频率进行统计分析,得到了轴承故障通过频率的分布情况;以6205-2RS JEM SKF深沟球轴承为对象,分析轴承外圈故障状态下和正常状态下振动信号的特征,为轴承的故障特征分析提供指导。     

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。     

考虑弹流润滑影响的表面局部缺陷中介轴承动力学建模

航空发动机中介轴承位于发动机高、低压转子之间,其内、外环随高、低压转子同向或反向旋转,相对转速高和润滑条件恶劣造成中介轴承故障频发。针对表面局部缺陷中介轴承的振动故障诊断,考虑弹流润滑影响和时变位移激励,提出了一种带局部缺陷的中介轴承动力学建模方法。采用双转子实验台开展中介轴承外圈故障模拟实验,采集振动信号并进行分析。对比动力学模型数值模拟结果和故障轴承实验结果,验证了所建动力学模型的准确性。基于所建立动力学模型对有、无润滑的中介轴承在不同缺陷尺寸条件下的振动响应进行数值模拟。研究结果表明:该模型能够准确模拟中介轴承在不同状态、不同缺陷尺寸下的振动响应变化规律,可用于中介轴承故障机理分析。     

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。     

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。     

转子-滚动轴承-机匣耦合系统中滚动轴承故障的动力学分析

针对实际的航空发动机转子系统,建立了含滚动轴承故障的转子-滚动轴承-机匣耦合模型.在模型中,考虑了机匣运动,弹性支承与挤压油膜阻尼的作用,同时,充分考虑了轴承间隙、滚珠与滚道的非线性赫兹接触力以及由滚动轴承支撵刚度变化而产生的变柔性(Varying Cbmpliance)VC振动.在此基础上,建立了耦合系统中滚动轴承外圈、内圈及滚动体的损伤动力学模型,并运用数值积分方法进行了动力学仿真与分析.结果充分表明了本文提出的转子-滚动轴承-机匣耦合系统及滚动轴承故障动力学模型的正确有效性.     

基于刚柔耦合建模的齿轮箱动力学仿真与实验研究

运用LMS Virtual.Lab建立了齿轮传动系统多刚体模型,通过仿真计算获得了齿轮副的时变啮合刚度,并与运用有限元法仿真计算得到的齿轮副时变啮合刚度进行了对比。考虑齿轮箱体柔性化,通过对刚柔耦合模型进行动力学仿真分析,在获取箱体Craig-Bampton模态的基础上,建立了箱体-轴承-齿轮耦合动力学模型。计算获取了齿轮副动态啮合力、齿轮箱体表面振动响应云图以及关键点的振动加速度、速度和位移,并开展了台架试验和验证分析。结果表明,运用刚柔耦合法仿真得到的齿轮啮合力以及齿轮箱体动态响应,其能量主要集中在齿轮啮合频率及其倍频处,运用刚柔耦合法仿真结果与实验结果在振动加速度以及振动位移方面有良好的一致性,验证了齿轮系统刚柔耦合模型的正确性。