球轴承表面局部缺陷动力学建模及振动响应分析

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滚动轴承广泛应用于旋转机械中,随着科技的发展,对旋转机械设备精密度和稳定性都有了更高的需求。因此尽早的对滚动轴承状态进行预测和诊断,有助于提高机械设备的精密度和稳定性,并且能够预防由于滚动轴承突然失效而造成的灾难性事故,对实际应用有着重要的现实意义。  本文主要研究的内容包括:  (1)建立了滚动轴承动力学模型。建立,以轴承局部裂纹为缺陷研究对象,将局部缺陷抽象化为矩形,基于 Hertz接触理论和振动学,建立了两自由度非线性时变位移激励动力学数学模型。  (2)研究了润滑油膜刚度对滚动轴承接触刚度的影响。针对滚动轴承中润滑液起着不可忽视的作用的问题,基于弹流润滑理论,高速转动时轴承部件的接触刚度受润滑油膜的影响发生变化,对滚动轴承的油膜厚度和油膜刚度分别进行了计算,并将油膜刚度与轴承部件间的接触刚度结合,获得了滚动轴承的等效刚度。  (3)研究了润滑液对滚动轴承振动响应的影响作用。基于轴承钢球—滚道接触副接触力学模型,利用四阶龙格库塔方法进行求解,并获得滚动轴承局部缺陷激励模拟信号;将模拟信号与试验信号相对比,验证所建模型的正确性,并利用所建立滚动轴承数学模型,将干摩擦状态和润滑状态下的振动信号进行比较分析。研究表明:润滑液对滚动轴承的振动有降低的作用。  (4)研究了缺陷尺寸、轴承转速及外加载荷对轴承振动响应的影响作用。通过对滚动轴承动力学数学模型的缺陷尺寸、轴承转速和外加载荷变化条件下,将得到的多组振动响应信号对比分析,得到不同缺陷尺寸、轴承转速和外加载荷对振动响应信号的影响规律,并与试验数据信号对比验证。研究表明:缺陷尺寸、轴承转速和外加载荷越大,滚动轴承的振动响应幅值越大。
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