滚动轴承振动特性评价指标工况敏感度分析

运行工况的改变会对滚动轴承故障诊断中振动评价指标识别的准确性产生重要影响。本文以NU306E圆柱滚子轴承为研究对象,通过搭建轴承试验台测试获取了不同轴承故障类型、转速与载速条件下的振动信号峭度值、均方根值和脉冲值,分析了评价指标随轴承工况改变的变化趋势和敏感程度,并给出了剔除工况影响因素后的评价指标计算公式。研究结果表明：脉冲指标对工况变化的敏感度较低,而峭度指标对内圈故障轴承的载荷变化较为敏感;均方根值较适用于处于相对重载工况下的轴承外圈故障诊断中;在未知轴承故障类型情况下进行故障诊断时选用峭度评价指标最为合适;采用本文提出的评价指标计算公式可有效提高轴承故障诊断的准确性。该结论可为轴承故障诊断提供理论指导。     

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。     

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。     

转速波动工况滚动轴承打滑动力学特性分析

滚动轴承实际运转过程中经常存在的转速波动现象,对滚动轴承的运行状态产生重要影响。基于Hertz接触理论和变形-位移相容条件建立滚动体与套圈的相互作用模型,采用非线性弹簧模拟滚动体与保持架间的相互作用,建立了转速波动工况下滚动轴承打滑动力学模型。通过与实验测试结果的对比,验证了所提出的动力学模型的正确性,并在此基础上分析了转速波动对滚动轴承打滑的影响及不同转速波动幅值、频率下滚动轴承的打滑特性。结果表明:轴承转速波动会造成保持架转速出现波动,导致轴承出现打滑,且滑动主要出现在滚动体与内圈之间;转速波动幅值对轴承打滑影响较大而频率影响较小。     

复合载荷作用下轮轨接触特性有限元分析

侧风及弯道情况下的横向力对轮轨接触特性产生重要影响,从而影响轮轨的使用寿命。同时考虑轮轨所受的垂向力和横向力,建立轮轨接触有限元模型。轮轨的材料本构模型选择弹塑性,采用罚函数法模拟车轮和轨道之间的接触关系。对不同垂向力及横向力作用的轮轨接触进行有限元仿真,分析轮轨接触部位的接触变形、等效应力以及塑性应变等随垂向力和横向力的变化规律。结果表明：轮轨最大接触压力、接触斑面积、最大Mises等效应力和最大Mises等效塑性应变都随垂向力近似呈线性增加,但垂向力主要影响接触斑面积和最大Mises等效塑性应变;轮轨Mises等效塑性应变最大值随横向力的增加近似呈线性增长,且塑性变形主要集中在钢轨的接触部位。     

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。     

变工况下滚动轴承保持架碰撞接触动力学特性分析

滚动轴承保持架在运动过程中始终会与滚动体产生碰撞,尤其在变工况条件下更易表现出复杂的动态接触特性,对轴承使用性能和寿命产生重要影响。该研究以深沟球轴承6309为研究对象,考虑滚动体与内外圈、保持架之间动态接触关系,建立了滚动轴承耦合动力学模型,分别讨论了匀、加、减速及不同转速波动工况下滚动体与保持架间碰撞力幅值、次数及分布情况等接触特性变化。研究结果表明：变速工况下滚动体与保持架间碰撞次数增多;加速工况下滚动体与保持架兜孔前端碰撞力幅值明显小于后端碰撞力幅值,且承载区内滚动体主要与兜孔前端发生频繁碰撞,非承载内则主要与后端发生碰撞,减速工况则相反;相较于稳定工况,转速波动工况下滚动体与保持架间碰撞作用力要大得多,碰撞程度从小到大依次为三角波动工况、简谐波动工况、矩形波动工况。该研究结果可为保持架的设计和失效分析提供理论依据。     

动力学小波字典驱动的轴承故障个性化稀疏诊断

针对轴承信号稀疏分解方法中因轴承个性化振动行为导致稀疏分解字典与故障信号适配性差,以及因字典参数设置、 选取不当而使其在实际应用中稀疏分解效果不佳的问题,提出一种基于动力学小波字典的个性化稀疏诊断方法。 该方法基于 有限元技术和稀疏分解的思想,根据轴承所处运行工况的不同,建立个性化动力学仿真模型,仿真出振动信号,并从中提取出单 个瞬态冲击作为字典原子,将原子进行拓普利兹(Toeplitz)延拓生成动力学小波分析字典,结合正交匹配追踪算法(OMP)对信 号进行稀疏分解并重构,提取轴承故障特征频率。 动力学模型仿真信号和试验台信号的分析结果表明,相比常用的相关滤波算 法(CFA)构造的参数字典、K-SVD 自学习字典和快速谱峭度方法,所提出的方法可以更加准确有效地提取故障特征成分,且具 有较好的的稳定性和可拓展性。     

不同元件故障状态下滚动轴承的动态特性研究

为探究局部故障状态下滚动轴承内部动态特性的差异性和相似性,以NU306圆柱滚子轴承为研究对象,利用有限元仿真软件ANSYS/LS-DYNA构建正常以及外圈、内圈和滚动体分别故障时的有限元模型,得到不同故障状态下滚动体的应力特性、振动特性及运动特性。结果表明,当滚动轴承的不同元件发生故障时,故障前端应力均会滞后,后端应力均会提前,其中外圈故障时应力的变化最大;外圈故障时滚动体在经过故障区域期间的振动加速度先减小后增大,内圈和滚动体故障时振动加速度先增大后减小;外圈和滚动体故障时滚动体的公转转速均比理论公转转速小,内圈故障时滚动体的公转转速比理论公转转速大。所构建的有限元模型可用于探究不同元件故障时滚动轴承内部的故障机理,可为进一步研究滚动轴承的承载能力和使用寿命提供有力的分析方法。