滚动轴承波纹度的激振机理研究

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滚动轴承是现代机械设备中一种重要的零部件,其质量和可靠性往往决定着整个机器的工作性能和寿命。轴承振动是反映轴承质量和性能的重要指标之一。有研究表明,波纹度是影响轴承振动的重要影响因素之一,它会导致轴承在运转时滚动体与内外圈滚道的接触载荷不断变化从而影响轴承振动。目前,很多轴承制造厂商将波纹度几何误差作为控制成品轴承振动性能的关键指标,但是波纹度对轴承振动特性的影响关系并不明确。因此,本文开展滚动轴承波纹度的激振机理的研究,对提高轴承质量使我国轴承向高端轴承发展具有十分重要的意义。本文从理论和实验两个方面展开了对轴承波纹度激振机理的研究工作。在仿真方面,建立了考虑润滑因素的二自由度动力学模型和以多正弦函数叠加形式表示的波纹度模型,利用仿真模型分析了波纹度的波数、幅值等参数对轴承振动特性的影响。在实验方面,选取了多套深沟球轴承进行振动加速度测量实验与内外圈滚道波纹度测量实验,利用数理统计方法研究了内外圈滚道波纹度与低频段、中频段、高频段频率带宽下的轴承振动的相关性关系。论文主要的内容如下:(1)基于赫兹接触理论、弹流润滑理论,分析了弹流润滑条件下的滚动体与滚道接触副的接触特性,建立滚动体与滚道间的弹簧阻尼模型。在此基础之上利用牛顿力学第二定律建立了考虑润滑因素的二自由度动力学模型。为分析波纹度因素对轴承振动的影响,本文建立了以正弦函数叠加形式表示的轴承内圈、外圈以及滚动体表面的波纹度模型,并将波纹度引起的形变量引入到轴承动力学模型当中。为研究波纹度对轴承振动特性的影响提供了理论模型基础。(2)依据所建立的轴承动力学模型,开展了轴承运行时的工况参数对滚动轴承的振动特性影响研究,具体研究了主轴转速、径向载荷、以及润滑条件对轴承振动特性影响关系,为轴承实际运转时的工况参数设置提供了理论依据。(3)依据所建立波纹度模型和轴承动力学模型,开展了波纹度因素对滚动轴承振动影响的研究。研究了轴承内圈、外圈以及钢球单阶波纹度激励的幅值与轴承时域上的振动幅度的影响规律。研究了轴承内圈、外圈以及钢球单阶波纹度激励的波数与轴承频域上振动频率的影响关系。分析了由单阶波纹度模型组成的多阶波纹度模型以及轴承各零件波纹度综合激励下的轴承振动特性。为揭示了轴承表面波纹度激振机理奠定了理论基础。(4)选取多套深沟球轴承,依据GB/T32333-2015《滚动轴承振动(加速度)测量方法及技术条件》标准对其进行了轴承振动加速度测量。将各个轴承进行拆解后对其内外圈滚道表面的波纹度进行测量。对实验测量得到的各轴承振动加速度数据和内圈滚道波纹度数据运用数理统计方法进行处理后,建立了内外圈滚道波纹度与各频段轴承振动加速度有效值(RMS)的回归方程,并且计算了二者之间的皮尔逊相关系数,分析了二者的相关程度。本文通过采用理论与实验相结合的方式研究了轴承波纹度的激振机理,所得的研究结果对轴承在减振降噪、生产加工以及故障诊断等方面提供一定的理论支持。
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