滾動軸承缺陷非線性激勵機(jī)理與建模研究.pdf

1、據(jù)統(tǒng)計,旋轉(zhuǎn)機(jī)械30％的故障和大型異步電機(jī)44％的故障是由故障軸承引起的。滾動體在通過缺陷位置時會產(chǎn)生沖擊脈沖,其沖擊脈沖的幅度和波形與缺陷的形狀和尺寸直接相關(guān),對缺陷形狀和尺寸與其沖擊脈沖波形之間的關(guān)系和沖擊脈沖響應(yīng)特征的認(rèn)識程度將直接影響軸承運行狀態(tài)判定的正確性與可靠性。因此,要準(zhǔn)確預(yù)測和識別軸承早期故障,防止因軸承突發(fā)故障造成的重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡,需要解決滾動軸承內(nèi)部早期缺陷故障誘發(fā)的非線性激勵機(jī)理及其振動響應(yīng)特征這個基礎(chǔ)性關(guān)

2、鍵科學(xué)問題。然而,軸承內(nèi)部接觸的非線性、軸和軸承座的耦合作用等因素的存在,以及滾動軸承經(jīng)常處于變速和變載工況等因素的影響,對滾動軸承故障,尤其是早期局部缺陷故障的形狀和尺寸與其沖擊響應(yīng)特征之間的關(guān)系尚未解明,制約了早期故障診斷的準(zhǔn)確性和可靠性。因此,開展?jié)L動軸承早期缺陷故障非線性激勵機(jī)理及建模方法的研究,具有重要的理論意義和實際工程應(yīng)用價值。針對滾動軸承缺陷非線性激勵機(jī)理與建模問題,開展波紋度和局部缺陷激勵機(jī)理,時變位移激勵和時變接觸剛

3、度激勵耦合的滾動軸承缺陷動力學(xué)建模,滾動軸承缺陷邊緣形貌特征演變的內(nèi)部激勵機(jī)理及動力學(xué)建模,軸-滾動軸承-軸承座系統(tǒng)內(nèi)部激勵的振動傳遞與動力學(xué)建模,以及臺架實驗驗證等研究工作。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①針對目前時變位移激勵均勻波紋度模型難以準(zhǔn)確描述均勻和非均勻波紋度誘發(fā)的滾動體與波紋度滾道之間時變接觸剛度激勵的問題,提出了時變位移激勵和時變接觸剛度激勵耦合的滾動軸承波紋度動力學(xué)模型,分析了波紋度波數(shù)、幅值和非均勻分布形式對滾動體

4、與內(nèi)、外圈滾道波紋度表面之間的接觸剛度和振動響應(yīng)特征的影響規(guī)律,揭示了波紋度與滾動軸承通過頻率及邊頻之間的關(guān)系。②針對目前基于單一函數(shù)的時變位移激勵局部缺陷動力學(xué)模型不能準(zhǔn)確描述實際局部缺陷表面輪廓誘發(fā)的振動響應(yīng)特征問題,基于局部缺陷的實際表面輪廓形態(tài)特征,提出了滾動軸承滾道表面局部缺陷表面輪廓特征的簡化表征模型,查明了不同輪廓特征局部缺陷的內(nèi)部激勵機(jī)理及其沖擊響應(yīng)特征,提出了不同輪廓形貌局部缺陷誘發(fā)沖擊波形的基本表征模型,并通過臺架實

5、驗驗證了模型的正確性。③基于分段函數(shù)提出了時變位移激勵和時變接觸剛度激勵耦合的滾動軸承局部缺陷動力學(xué)模型,克服了基于單一函數(shù)的時不變和時變位移激勵局部缺陷模型無法描述局部缺陷邊緣的彈性變形與局部缺陷深度對軸承振動響應(yīng)特征影響的不足,創(chuàng)新了目前基于單一函數(shù)的局部缺陷模型,經(jīng)與臺架實驗測試結(jié)果進(jìn)行對比分析,驗證了模型及其計算結(jié)果的正確性,解決了不同類型局部缺陷的內(nèi)部激勵表征與動力學(xué)建模難題。④基于滾動體與局部缺陷形貌特征及接觸內(nèi)在關(guān)系表征的

6、思想,構(gòu)建了局部缺陷邊緣形貌特征演變誘發(fā)時變位移激勵、時變接觸剛度激勵與局部缺陷尺寸之間關(guān)系的表達(dá)式,并基于Hertz接觸理論建立了滾動軸承局部缺陷邊緣形貌特征演變動力學(xué)模型,克服了基于尖銳邊緣假設(shè)的滾動軸承局部缺陷動力學(xué)模型無法準(zhǔn)確描述缺陷邊緣形貌特征演變對滾動體與缺陷邊緣之間的接觸剛度及振動響應(yīng)特征的缺點,創(chuàng)新了滾動軸承局部缺陷動力學(xué)模型,為滾動軸承局部缺陷邊緣形貌特征隨機(jī)演變動力學(xué)的建模奠定了基礎(chǔ)。⑤考慮滾動體與滾道之間、軸承外圈