低噪音深沟球轴承振动特性研究

在滚动轴承动力学分析理论基础上建立含轴承零件工作表面波纹度的深沟球轴承动力学数学模型,并以某型号低噪音深沟球轴承为例,对不同结构参数、工况参数及谐波参数下低噪音深沟球轴承的振动特性进行理论分析。结果表明,合理选取径向游隙、内外沟曲率半径系数及保持架兜孔间隙等参数能使轴承本身达到减振降噪目的;振动值随轴承宽度增加逐渐减小;施加一定轴向载荷能有效降低轴承振动;存在的合理转速使用范围能有效降低轴承振动;内外滚道谐波阶次等于钢球数目整数倍时,轴承振动明显加剧;外滚道激励谐波对应的激励频率为kzfc,内滚道激励谐波对应的激励频率为kzfc+fs;偶次谐波阶次钢球表面波纹度对轴承振动有激励作用;轴承旋转套圈会激励更大的轴承振动值;瞬时载荷增加或瞬时速度提高均会致轴承振动增大。     

时变载荷激励的空调滑片式压缩机用球轴承振动特性分析

基于滚动轴承动力学理论，建立了时变载荷激励的空调滑片式压缩机用球轴承非线性动力学方程组，采用Gear Stiff(GSTIFF)变步长积分算法对其进行求解，就球轴承的结构参数和工况参数对球轴承振动特性的影响进行了分析。结果表明：时变载荷激励下球轴承的振动响应频率以时变载荷频率为主，表现出强迫振动，且振动速度幅值远高于恒定载荷下轴承振动速度幅值；结构参数中，原始径向游隙对球轴承振动特性影响显著，采取零游隙或负游隙能够有效地抑制时变载荷对轴承的冲击；保持架兜孔间隙对轴承振动影响较小，存在最优的保持架兜孔间隙使得保持架振动最小；考虑时变载荷的影响，对空调滑片式压缩机用球轴承施加0.3%～0.6%额定动载荷的轴向预紧力可实现降低轴承振动目的。     

高速圆柱滚子轴承保持架振动特性研究

基于滚动轴承动力学理论,建立了高速圆柱滚子轴承的动力学非线性微分方程组。采用预估-校正的Gear stiff(GSTIFF)变步长积分算法进行求解,分析了轴承工况参数与结构参数对轴承保持架振动特性的影响。研究结果表明:保持架在径向平面内的振动随着径向载荷的增加而减小,振动频谱中f_c,2f_c,3f_c对应的幅值随径向载荷的增加而减小,其5f_c及更高倍频处的幅值显著降低,甚至消失,而径向载荷对4f_c处幅值的影响较为复杂;随着轴承转速的增加,保持架在径向平面内的振动随之增加;随着轴承径向游隙的增加,保持架径向平面内的振动先迅速增加后缓慢增加;过大或者过小的保持架引导间隙和兜孔周向间隙都会增加保持架的振动,存在一个最佳的保持架引导间隙和兜孔周向间隙范围能够有效的降低保持架的振动。     

变参数下角接触球轴承保持架的稳定性与振动特性分析

保持架是角接触球轴承的重要元件之一,其引导间隙和兜孔间隙设计不合理会导致轴承运动失稳与共振。针对上述问题,在理论分析的基础上,结合滚珠、保持架和滚道之间的动态接触与变形关系,在ABAQUS软件中建立了7005型角接触球轴承的显式动力学模型,并提取了特定工况下该轴承内圈、保持架与滚珠的动态响应曲线;同时,研究了不同引导间隙和兜孔间隙下保持架的打滑率、质心涡动速度偏差比和各阶振动模态的固有频率。为了验证所建立的角接触球轴承显式动力学模型的准确性,对高速角接触球轴承各元件线速度的仿真值与理论值进行了对比。结果表明：随着引导间隙的增大,保持架的打滑率、质心涡动速度偏差比和各阶振动模态的固有频率均减小,保持架的稳定性增强,但共振风险增大;随着兜孔间隙的增大,保持架的打滑率增大,质心涡动速度偏差比变化不明显,各阶振动模态的固有频率减小,保持架的稳定性减弱,共振风险增大。高速角接触球轴承各元件线速度的仿真值与理论值的最大误差仅为0.099 6%,验证了所建立的显式动力学模型的准确性。研究结果可为高速角接触球轴承保持架的优化设计提供理论依据。     

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。     

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。     

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。     

高速乏油全陶瓷角接触球轴承振动与噪声实验研究

设计高速乏油运转实验，研究高速乏油全陶瓷球轴承在不同高转速、轴向载荷及径向载荷作用下服役时的振动与辐射噪声特性。利用改进的轴承振动测试机测试全陶瓷角接触球轴承在乏油运转状态下的振动速度与辐射噪声声压级，探究高转速、轴向载荷与径向载荷对其振动和辐射噪声的影响规律。提出以声场指向方位角与指向水平参量来表征声场指向性。实验结果表明，转速的提升、轴向载荷的增加以及径向载荷的变大，均使高速乏油全陶瓷角接触球轴承的振动速度与噪声声压级增大，且噪声在圆周方向呈非均匀分布。随转速或径向载荷增加，辐射噪声在圆周方向非线性、不均匀增加，使声压级变化量逐渐增大，导致声场指向性变得更加明显。随轴向载荷增加，圆周方向声压级变化量先增大后减小，使声场指向水平发生相应变化。研究表明振动速度与辐射噪声呈正相关关系，明确了声场随转速、轴向载荷、径向载荷的变化规律，可为高速乏油运转条件下全陶瓷球轴承设计、噪声控制提供相关依据。     

惯性载荷对高速角接触球轴承最优预紧力的影响分析

高速角接触球轴承拟静力学模型是轴承内部载荷分布的有效分析手段,是动力学分析的基础.对受轴向载荷的高速角接触球轴承的具体算例进行了求解计算,得出了不同转速下钢球与沟道接触力随预紧力的变化规律.计算结果表明:在低转速范围内,钢球与外沟道接触力随着轴向预紧力的增大而线性增大;随着转速的升高,该接触力会呈现非线性变化,表现出先减小后增大的变化趋势.对这一变化规律进行了详细的分析,并从接触疲劳寿命和陀螺转动摩擦生热的角度,提出了确定高速角接触球轴承最佳预紧力的双重约束条件,为高速角接触球轴承的设计与使用提供参考依据.     

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。     

外圈滚道剥离故障对滚动轴承动力学响应的影响分析

为了探究高速列车轴箱轴承在外圈滚道产生剥离故障后内部元件的动力学响应规律,采用三维建模软件Solidworks和多体动力学分析软件ADAMS建立了轴承动力学模型。模型考虑了材料属性、约束、载荷和接触关系等因素,模拟了外圈滚道多个位置处的剥离故障。采用高速列车轴承综合试验台对轴箱轴承进行动力学试验,并与仿真结果对比,验证了模型的有效性。通过分析不同故障位置的轴承动力学仿真结果,研究了滚子、保持架的动态响应变化规律。研究发现：当滚子质心的径向运动轨迹呈现“正弦”状时,不随外圈滚道损伤位置的不同而变化;当外圈滚道损伤位于3点钟和9点钟位置时,保持架质心的径向运动轨迹无规律可循;当外圈滚道损伤位于6点钟位置时,保持架质心的径向运动轨迹呈现近似“正弦”状,滚子和保持架质心的波动量最小,滚子和内圈、外圈滚道间的接触力最大;当外圈滚道损伤位于12点钟位置时,保持架质心的径向运动轨迹呈现近似“正弦”状,滚子和保持架质心的波动量最大,滚子和内圈、外圈滚道间的接触力最小。研究结果对认识轴承发生外圈故障时内部元件间的运动规律、轴承运行维护和振动数据的采集提供了一定的借鉴意义。     

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。     

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。     

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。     

高速角接触球轴承保持架不稳定运动机理分析

建立了球和保持架六自由度的角接触球轴承动力学为基础的磨损仿真模型。以某仪表转子轴承为算例,分析了不同载荷工况和保持架间隙比下保持架的运动,从球与保持架兜孔碰撞点位置、碰撞力的大小和频率等方面探讨了保持架不稳定运动的机理。发现在纯轴向载荷下,因球与兜孔碰撞点位置的不同,保持架会沿轴向摆动;轴向径向联合载荷作用下,因球的轨道速度随接触角变化,球与保持架碰撞力和频率都增加,导致保持架的运动不稳定;轴向和旋转径向负荷下,保持架兜孔间隙与挡边间隙比B/R1时,保持架质心运动轨迹接近于圆形,保持架的离心力作用于球上增大了球与兜孔的碰摩;间隙比大于1时,保持架质心轨迹为多边形或无规律涡动,引导挡边对保持架的约束减小了球与兜孔的相互作用,保持架兜孔的磨损率较低;圆形的质心轨迹是保持架稳定运动的一种状态,但从保持架磨损和能耗的角度看,对保持架的磨损寿命不利。     

保持架对低温工况全陶瓷球轴承振动特性的影响

为探究保持架对低温工况下全陶瓷球轴承振动特性的影响,开展氮化硅全陶瓷球轴承低温工况下的理论与试验研究,测试并分析装配有不同材料保持架的全陶瓷球轴承振动信号特征。研究结果表明,保持架的振动特性与其受力状态的贡献特征频率类似,均以保持架特征频率f_c、陶瓷球特征频率f_b的倍频、内圈特征频率f_i的倍频及保持架与内圈耦合的特征频率成分为主;改变轴向载荷及试验温度,装有聚合物基和胶木保持架的全陶瓷球轴承振动速度小于装有碳纤维复合材料保持架的全陶瓷球轴承,但装有碳纤维复合材料保持架的全陶瓷球轴承峭度值小于装有胶木和聚合物基复合材料保持架的全陶瓷球轴承,即在全陶瓷球轴承信号平稳性以及降低故障概率方面,碳纤维复合材料要优于胶木和聚合物基复合材料。研究结果对于低温工况下全陶瓷球轴承保持架的选取具有一定的参考与借鉴价值。     

深沟球轴承损伤动力学建模与识别方法研究

基于Hertz接触理论,考虑到离心力对滚动体与内外圈接触力的影响,建立轴-轴承-轴承座的五自由度动力学模型。构建了缺陷边缘演变引起时变位移激励与缺陷尺寸之间关系的表达式,将时变位移函数与五自由度深沟球轴承动力学模型结合,建立了深沟球轴承的损伤转子动力学模型。用数值分析的方法对内圈、外圈的单一故障动力模型进行仿真,并分析了不同的损伤区大小对深沟球轴承振动的影响。仿真和试验结果包络分析后的结果表明本文所建深沟球轴承损伤动力学模型的准确性。     

高速球轴承热稳定性研究EI北大核心CSCD

基于球轴承拟静力学模型,考虑润滑油流变特性、热源和结构尺寸随温度的时变特性。利用热网格法建立了高速球轴承瞬态热计算模型,通过求解热平衡方程得到轴承瞬态变化特性,研究了工况参数对轴承生热量、温度和热诱导载荷的影响规律,为高速球轴承润滑参数选取、结构优化、热失效机理和故障分析提供了理论依据。结果表明:内圈转速和轴向载荷的变化均对轴承的热平衡温度和热诱导载荷有显著影响;适当降低润滑油的黏度、增大空气的对流系数有利于减小轴承热诱导载荷;预测结果和文献测试结果吻合较好。     

高精度轴承保持架稳定性分析及测试方法

轴承是旋转机械设备的基础,对于复杂的机械系统而言高精度轴承是一个十分重要的零部件,轴承保持架的稳定性对于轴承服役性能的影响是至关重要的,所以研究保持架的稳定性是具有重要意义的。开发了一种基于图像学的保持架稳定性测量和评估系统方法,利用高速摄像机来获取位于高速运转保持架上标记的运动图像,在通过专业的图像分析软件获取标记点的运动轨迹,在频域中分离出了保持架的误差,利用保持架旋转中心轨迹和非重复性跳动误差来作为保持架稳定性的判断依据。最后还通过对轴承施加6种不同轴向载荷的试验验证保持架稳定性随轴承轴向载荷的变化,当轴向力为60 N时保持架非重复性跳动误差值较大;当轴向力从90 N到150 N逐渐增大的时候,保持架非重复性跳动误差随之不断增大;当轴向力增大到150 N以后时,保持架非重复性跳动误差反而降低。     

CrC复合镀层钢球对轴承振动性能的影响

应用非平衡磁控溅射技术在6204轴承钢球表面制备出CrC复合镀层,对CrC镀层钢球轴承和无镀层钢球轴承的振动性能进行试验及对比分析。结果表明,CrC镀层钢球轴承明显降低了轴承的振动值,特别是在高速、高载荷工况情况下减振效果尤为显著;提高了轴承振动的平稳性能。