基于动力学建模的滚动轴承全寿命周期退化模型

建立滚动轴承全寿命周期的仿真模型对于其退化性能分析和健康管理具有重要意义。然而,关于如何建立滚动轴承的全寿命周期物理模型的研究很少,为了更好地研究滚动轴承的退化规律,提出了一种基于动力学建模的滚动轴承全寿命周期退化模型。首先,基于滚动轴承的结构参数和运动参数分别建立了滚动轴承内、外圈故障的四自由度动力学模型,并通过试验验证,验证了该模型的准确性;然后,构建了缺陷指数函数,最后将缺陷指数函数代入动力学模型中获得了滚动轴承全寿命周期退化模型。通过将仿真模型获得的全寿命周期退化振动信号与实测信号进行比较,验证了该退化模型的有效性。该研究成果对滚动轴承健康状态监测和寿命预测提供了理论支撑。

滚动轴承局部故障时变刚度系统动力学分析

针对滚动轴承局部故障动力学建模问题,通过分析各滚动体在进入、退出载荷区和陷入故障时的变化情况,基于Hertz接触理论,定义了接触变形保留因子,提出了滚动轴承等效时变刚度函数,建立了局部故障滚动轴承单自由度时变刚度动力学模型,并进行了理论分析和试验研究。研究结果表明:当滚动体进入或退出载荷区时,载荷区中承载滚动体数量增加或减少,引起系统等效时变刚度的小幅增加或减小;当滚动体陷入故障时,因接触变形保留因子的不同使得其有效接触刚度不同程度降低而导致系统等效时变刚度的减小。系统等效时变刚度的变化引起载荷区中其他滚动体的接触变形和接触力产生不同幅度的变化,从而平衡外部径向载荷,对载荷区中心附近的滚动体的影响较为明显,但不影响各滚动体的有效接触刚度。系统等效时变刚度发生突变,导致系统振动。当外环故障时,等效时变刚度等幅变化;当内环故障时,等效时变刚度的变化受到内环旋转的调制而幅值不同。提出的单自由度时变刚度动力学模型与实际更加吻合。

空间滚动轴承MoS_(2)薄膜润滑分子动力学模拟

针对空间滚动轴承往复运动状态下二硫化钼薄膜润滑失效机理不明的难题,提出了采用分子动力学对薄膜润滑过程进行分析的方法。建立了单层二硫化钼薄膜摩擦原子模型,针对载荷和环境温度这2个空间滚动轴承的重要影响因素展开了二硫化钼薄膜的往复摆动模拟,得到了摩擦过程中二硫化钼薄膜的摩擦力、粘附力和磨损情况。模拟结果表明:Fe-Ni-Cr合金探针在单层二硫化钼薄膜上的摩擦为黏滑运动,载荷在20~100 nN范围内探针的摩擦过程不会对薄膜造成磨损,但在往复运动过程中润滑性能有所提高;载荷从200 nN开始探针的摩擦过程会对薄膜造成磨损,往复运动过程中摩擦系数不断提高,润滑性能下降;400 nN为单层薄膜的载荷极限,在该载荷下探针会刺穿薄膜与基底接触此时薄膜迅速磨损失去润滑作用。环境温度在1 773.15 K以下对薄膜的润滑作用影响不明显,但达到该温度后薄膜边界处开始缓慢熔化,当环境温度达到二硫化钼熔点时薄膜的熔化速度加快并失去润滑作用。从这些发现得到如下结论:二硫化钼单层薄膜在接触载荷8 GPa以下拥有优异的耐磨性和润滑性;在薄膜未破损的条件下,反复摩擦过程提升了润滑性能;二维层状结构对单层二硫化钼薄膜润滑性能有重要的影响,高温和重载都会对薄膜层状结构造成破坏。

考虑复合故障和撞击力的滚动轴承动力学建模研究

滚动轴承是一种广泛应用于机械领域的零部件,动力学建模对提高滚动轴承性能具有重要意义。对由于滚动体与故障边缘接触而产生的撞击力激励函数进行推导,随着故障宽度及转速的增大,撞击力不断增大。建立一种考虑内外圈复合故障、撞击力激励函数、滚动体随机滑动因素的四自由度滚动轴承动力学模型,采用数值计算方法对动力学模型进行仿真求解。通过试验得到不同转速下滚动轴承的振动响应,验证动力学模型的正确性。

局部点蚀故障滚动体的滚动轴承动力学模型研究

现有的滚动体故障模型是理想化的,即把滚动体局部点蚀故障当作矩形缺口处理,滚动体缺陷与内、外圈滚道接触产生碰撞时,变形量瞬间全部释放,离开的瞬间变形量重新恢复。针对以上存在的问题,分析了具有滚动体局部点蚀故障的滚动轴承的实际运转状态,提出了滚动体故障渐变模型,探索了滚动体故障经过内、外圈时变形量的释放变化规律,给出了渐变释放的变形量的计算方法,建立了含滚动体点蚀故障的滚动轴承动力学渐变模型。通过仿真和实验分析,得到了滚动体局部单点故障的特征频谱,证实了当滚动体存在局部故障时所建的模型的正确性,为有效地诊断滚动轴承故障提供了理论支撑。

滚动轴承的非线性动力学故障模型研究

在分析滚动轴承载荷分布和判断承压滚子数量的基础上,将滚动轴承的每个滚子与内圈和外圈之间、外圈与轴承座之间、内圈与轴之间的关系均分别视为弹簧—质量—阻尼系统,根据滚动轴承的物理结构,建立其滚子与内外圈的接触模型,以及在随机干扰力和径向载荷力作用下的滚动轴承非线性动力学故障模型。以内圈表面有划伤缺陷的滚动轴承为例,利用给出的滚动轴承非线性动力学故障模型和四阶龙格—库塔法进行故障诊断仿真。结果表明:当轴承内圈的表面有缺陷时,其位移和振动加速度信号明显增大;对此振动加速度信号进行共振解调后,得到的滚动轴承故障特征频率与理论计算结果一致,从而验证了滚动轴承非线性动力学故障模型的有效性。

滚动轴承内圈故障的动力学模型建立及仿真

针对目前滚动轴承内圈含单一点蚀故障模型无法真实再现实际故障发生过程的缺陷,基于接触理论,综合考虑内圈变形和故障实际尺寸等因素,根据滚动体通过内圈点蚀故障形变量渐变释放的客观事实,建立了1种滚动轴承内圈故障的动力学模型,克服了传统模型瞬间释放变形量导致冲击力过大的缺陷。经数值仿真和试验验证表明了该模型的正确性。

滚动轴承动力学模型研究进展

研究滚动轴承动力学模型,重点讨论轴承-转子系统动力学模型及其应用,介绍轴承动力学分析软件,分析轴承动力学研究存在的问题,并展望其发展趋势。

含碰摩故障的新型转子-滚动轴承-机匣耦合动力学模型

针对航空发动机整机振动,建立了一种新型转子-滚动轴承-机匣耦合动力学模型。该模型具有如下特点:1)考虑转子、滚动轴承及机匣之间的耦合作用;2)考虑了实际航空发动机的弹性支承及挤压油膜阻尼效应;3)将转子考虑为等截面自由欧拉梁模型,运用模态截断法进行分析;4)考虑了滚动轴承间隙、非线性赫兹接触力以及变柔性VC(Varying Compliance)振动;5)考虑了转子与机匣之间的碰摩故障。运用数值积分方法获取了系统响应,研究了航空发动机的整机振动规律。

滚动轴承由自身位移干扰激励的动力学模型研究

文中对滚动轴承由自身位移干扰激励的动力学模型进行了研究。给出了位移干扰方程、运动微分方程及其求解方法,并进行了实例计算。分析了降低附加动载荷的主要途径,为滚动轴承的设计、制造与动载荷的研究提供了参考。

考虑渐进变形和润滑剂的滚动轴承外圈单点故障动力学模型

针对传统滚动轴承模型将外圈局部损伤视为矩形缺口,滚动体与损伤接触瞬间产生变形且变形量恒等于故障高度的问题,将故障视为圆弧形缺口,接触变形量随滚动体进入故障内的程度而变化,并在考虑润滑剂影响的基础上建立了外圈单点故障的滚动轴承动力学渐进模型。以SKF6205轴承为例进行仿真分析,结果表明,外圈单点故障滚动轴承振动信号中的低频段为故障的特征频率及其倍频,渐进模型的幅值更大,能够更好地反映故障信息。另外,所提出模型的分析结果与西储大学轴承试验数据之间的误差不大于0.82%,证明了模型的正确性。

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。

高速滚动轴承的动力学分析

在高速轻载的工况条件下，打滑引起的接触表面损坏（如打滑切伤或擦伤）已成为高速滚动轴承的主要失效原因。本文根据牛顿运动定律，建立了滚动轴承动力学模型，分析了轴承元件间的相互作用和滚动轴承的有关动力学特性。利用本文所编制的软件，对滚子的公转和自转转速及保持架转速进行了动态模拟，分析了滚子和保持架的打滑。

单表面故障的滚动轴承系统非线性动力学研究

针对含有表面故障的滚动轴承非线性动力学关系复杂和难以采用解析方法进行描述等问题,通过对滚动轴承运转过程中承压滚子数变化规律的分析,建立分段函数和缺陷冲击函数描述滚动轴承运转过程中不同位置的缺陷是否处于承载区和缺陷产生冲击力的强弱,提出一组单表面故障的滚动轴承非线性动力学方程,用以描述含有单表面故障的滚动轴承运转过程中的动力学关系。将建立的单表面故障滚动轴承非线性动力学方程导入到ADAMS动力学仿真软件中进行仿真,并与BTV-1A振动测试仪实际测量的含有单表面故障的滚动轴承振动信号进行对比,结果表明,建立的含有单表面故障的滚动轴承非线性动力学方程能够完整描述实际运转中单表面故障滚动轴承的动力学特性。

基于显式动力学的滚动轴承接触应力有限元分析

用solid edge软件建立滚动轴承的实体模型,在ANSYS/LS_DYNA中生成有限元模型,实现了对滚动轴承的运动过程进行数值模拟,并着重讨论了滚动体接触应力的变化规律.将计算结果与赫兹解进行比较,说明了本次仿真是可行的.

滚动轴承故障的显式动力学仿真与分析

对机车滚动轴承的故障分类及成因进行了分析和介绍.在实现了基于显式动力学的滚动轴承运动过程的有限元仿真基础上,建立了滚动体故障和麻点故障的轴承故障状态模型,并在仿真软件ANSYS/LS-DYNA下,实现了仿真.同时,对比了有、无故障轴承的不同特性.结果表明,仿真与分析是进一步研究轴承故障机理与特征提取的有效方法之一.

机床主轴-滚动轴承系统非线性动力学分析

通过对机床主轴-滚动轴承系统的研究,建立了一个基于Hertz接触力模型的6自由度系统动力学微分方程,初步探讨在非平衡力作用下,具有负游隙的机床主轴-滚动轴承系统的非线性动态特性和稳定性。结果表明,由于游隙和变刚度的影响,随控制参数频数比的变化,系统将出现失稳和复杂的非线性现象;通过对比正、负游隙下的系统响应,可得到负游隙有助于提高机床主轴-滚动轴承系统稳定性的结论,该结论与其他学者[10]实验所证明的轴承预紧有助于提高主轴-轴承系统的固有频率,进而提高系统稳定性的结论相吻合。

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。

滚动轴承转子系统的非线性动力学特性分析

接触非线性和间隙非线性耦合导致滚动轴承 转子系统表现出复杂的动力学特性 ,在工作转速范围内系统会产生分岔混沌振动 ,从而影响系统工作的稳定性和可靠性 ;在计及轴承接触非线性和径向间隙的条件下 ,建立了滚动轴承支承的水平刚性转子系统的非线性动力学模型 ,用数值积分方法得到系统在不同参数域中的相图、轴心轨迹、频谱图及Poincar啨映射图 ,研究了系统响应随转子转速的变化趋势。结果表明 :轴承的径向间隙是决定轴承 转子系统动态响应的一个重要参数。随着间隙的增大 ,混沌响应区变宽 ,轴承的动态刚度减小 ,故在设计滚动轴承 转子系统时 ,应对径向间隙进行优选。

高速列车滚动轴承支承松动系统动力学特性研究

作为列车走行部的关键零部件,轴箱滚动轴承支承松动故障会直接影响到车辆的运行平稳性。针对高速列车滚动轴承内圈与轴颈配合的松动问题,提出一种车体-构架-悬挂-滚动轴承-轮轨的垂向耦合动力学模型,并采用优化的四阶Runge-Kutta数值积分及试验方法,研究不同松动间隙、不同行驶速度下,高速列车滚动轴承支承松动系统的非线性动力学特性。结果表明:理论计算与试验结果较吻合,松动间隙的大小对未松动侧轴箱的振动响应影响不大,但对松动侧轴箱的振动响应有较大影响,且可使得系统的运动状态由近拟周期运动发展为混沌运动。列车低速行驶时松动侧轴箱振动幅值和振动速度均比高速行驶时更大,轴箱振动响应的低频成分只与行驶速度有关,不随松动间隙的改变而改变。