滾動(dòng)軸承缺陷非線性激勵(lì)機(jī)理與建模研究.pdf

1、據(jù)統(tǒng)計(jì),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(dòng)體在通過(guò)缺陷位置時(shí)會(huì)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(duì)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(shí)程度將直接影響軸承運(yùn)行狀態(tài)判定的正確性與可靠性。因此,要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和識(shí)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(dòng)軸承內(nèi)部早期缺陷故障誘發(fā)的非線性激勵(lì)機(jī)理及其振動(dòng)響應(yīng)特征這個(gè)基礎(chǔ)性關(guān)

2、鍵科學(xué)問(wèn)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(dòng)軸承經(jīng)常處于變速和變載工況等因素的影響,對(duì)滾動(dòng)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(kāi)展?jié)L動(dòng)軸承早期缺陷故障非線性激勵(lì)機(jī)理及建模方法的研究,具有重要的理論意義和實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。針對(duì)滾動(dòng)軸承缺陷非線性激勵(lì)機(jī)理與建模問(wèn)題,開(kāi)展波紋度和局部缺陷激勵(lì)機(jī)理,時(shí)變位移激勵(lì)和時(shí)變接觸剛

3、度激勵(lì)耦合的滾動(dòng)軸承缺陷動(dòng)力學(xué)建模,滾動(dòng)軸承缺陷邊緣形貌特征演變的內(nèi)部激勵(lì)機(jī)理及動(dòng)力學(xué)建模,軸-滾動(dòng)軸承-軸承座系統(tǒng)內(nèi)部激勵(lì)的振動(dòng)傳遞與動(dòng)力學(xué)建模,以及臺(tái)架實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等研究工作。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①針對(duì)目前時(shí)變位移激勵(lì)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(dòng)體與波紋度滾道之間時(shí)變接觸剛度激勵(lì)的問(wèn)題,提出了時(shí)變位移激勵(lì)和時(shí)變接觸剛度激勵(lì)耦合的滾動(dòng)軸承波紋度動(dòng)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(duì)滾動(dòng)體

4、與內(nèi)、外圈滾道波紋度表面之間的接觸剛度和振動(dòng)響應(yīng)特征的影響規(guī)律,揭示了波紋度與滾動(dòng)軸承通過(guò)頻率及邊頻之間的關(guān)系。②針對(duì)目前基于單一函數(shù)的時(shí)變位移激勵(lì)局部缺陷動(dòng)力學(xué)模型不能準(zhǔn)確描述實(shí)際局部缺陷表面輪廓誘發(fā)的振動(dòng)響應(yīng)特征問(wèn)題,基于局部缺陷的實(shí)際表面輪廓形態(tài)特征,提出了滾動(dòng)軸承滾道表面局部缺陷表面輪廓特征的簡(jiǎn)化表征模型,查明了不同輪廓特征局部缺陷的內(nèi)部激勵(lì)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(guò)臺(tái)架實(shí)

5、驗(yàn)驗(yàn)證了模型的正確性。③基于分段函數(shù)提出了時(shí)變位移激勵(lì)和時(shí)變接觸剛度激勵(lì)耦合的滾動(dòng)軸承局部缺陷動(dòng)力學(xué)模型,克服了基于單一函數(shù)的時(shí)不變和時(shí)變位移激勵(lì)局部缺陷模型無(wú)法描述局部缺陷邊緣的彈性變形與局部缺陷深度對(duì)軸承振動(dòng)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(tái)架實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證了模型及其計(jì)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(lì)表征與動(dòng)力學(xué)建模難題。④基于滾動(dòng)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(shí)變位移激勵(lì)、時(shí)變接觸剛度激勵(lì)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(dòng)軸承局部缺陷邊緣形貌特征演變動(dòng)力學(xué)模型,克服了基于尖銳邊緣假設(shè)的滾動(dòng)軸承局部缺陷動(dòng)力學(xué)模型無(wú)法準(zhǔn)確描述缺陷邊緣形貌特征演變對(duì)滾動(dòng)體與缺陷邊緣之間的接觸剛度及振動(dòng)響應(yīng)特征的缺點(diǎn),創(chuàng)新了滾動(dòng)軸承局部缺陷動(dòng)力學(xué)模型,為滾動(dòng)軸承局部缺陷邊緣形貌特征隨機(jī)演變動(dòng)力學(xué)的建模奠定了基礎(chǔ)。⑤考慮滾動(dòng)體與滾道之間、軸承外圈