基于顯式動(dòng)力學(xué)的圓柱滾子軸承的動(dòng)力學(xué)仿真與故障模擬.pdf

1、作為應(yīng)用最為廣泛的機(jī)械零件之一，滾動(dòng)軸承也是最易損壞的零件，滾動(dòng)軸承的故障會(huì)導(dǎo)致整臺(tái)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的失效，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此對(duì)滾動(dòng)軸承的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行仿真研究，分析其正常運(yùn)轉(zhuǎn)與故障情況下的動(dòng)力學(xué)特性差異，為滾動(dòng)軸承的故障診斷提供理論依據(jù)，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文首先介紹了滾動(dòng)軸承的常見(jiàn)故障形式及診斷方法，敘述了滾動(dòng)軸承的基本力學(xué)理論，建立了滾動(dòng)軸承的動(dòng)力學(xué)理論模型，分析了滾動(dòng)軸承內(nèi)部各個(gè)零件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，

2、進(jìn)行了滾動(dòng)體、保持架和內(nèi)外圈的受力分析。簡(jiǎn)單介紹了有限元法的基本思想和求解問(wèn)題的基本步驟以及ANSYS/LS-DYNA軟件的功能特點(diǎn)、應(yīng)用范圍、單元類型和接觸模型等，為滾動(dòng)軸承的顯式動(dòng)力學(xué)分析提供了理論基礎(chǔ)。以應(yīng)用于某齒輪箱的GB2612圓柱滾子軸承為例，使用APDL語(yǔ)言建立了圓柱滾子軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)與外滾道剝落為例的故障有限元模型，確立了符合實(shí)際情況的材料模型、接觸模型、邊界條件和載荷施加，分別對(duì)滾動(dòng)軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)與外滾道剝落情況進(jìn)行顯式

3、動(dòng)力學(xué)求解。分析仿真結(jié)果，對(duì)比滾動(dòng)軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)與外滾道剝落情況下的等效應(yīng)力云圖和切片應(yīng)力云圖，以及滾動(dòng)軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)與外滾道剝落情況下節(jié)點(diǎn)的位移、速度和加速度隨時(shí)間變化曲線。使用快速傅里葉變換對(duì)滾動(dòng)軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)與外滾道剝落情況下節(jié)點(diǎn)Y方向加速度信號(hào)進(jìn)行分析處理。將滾動(dòng)軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)與外滾道剝落情況仿真結(jié)果的節(jié)點(diǎn)Y方向加速信號(hào)進(jìn)行循環(huán)自相關(guān)函數(shù)分析，再將實(shí)驗(yàn)測(cè)得滾動(dòng)軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)與外滾道剝落情況下Y方向加速度信號(hào)進(jìn)行循環(huán)自相關(guān)函數(shù)分析，最后將仿

4、真與實(shí)測(cè)滾動(dòng)軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)及外滾道剝落情況Y方向加速度信號(hào)的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)分析進(jìn)行對(duì)比。
　　 通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析對(duì)比及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)滾動(dòng)軸承外滾道剝落產(chǎn)生時(shí)，在故障區(qū)域接觸應(yīng)力明顯增大;由于滾動(dòng)體在外圈的周期性通過(guò)造成節(jié)點(diǎn)的位移、速度和加速度產(chǎn)生周期性變化;通過(guò)仿真與實(shí)測(cè)滾動(dòng)軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)與外滾道剝落情況Y方向加速度信號(hào)的循環(huán)自相關(guān)函數(shù)分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)了明顯的故障頻率存在，證明仿真方法的可行性，為軸承故障診斷方法的研究