[發(fā)明專利]一種高速角接觸球軸承損傷故障的動(dòng)力學(xué)方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201310403731.6 | 申請日： | 2013-09-06 |
| 公開（公告）號： | CN103500268A | 公開（公告）日： | 2014-01-08 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 何正嘉;牛藺楷;曹宏瑞;訾艷陽;陳雪峰;李兵;張周鎖 | 申請（專利權(quán)）人： | 西安交通大學(xué) |
| 主分類號： | G06F19/00 | 分類號： | G06F19/00 |
| 代理公司： | 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200 | 代理人： | 朱海臨 |
| 地址： | 710049 *** | 國省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 高速 接觸 球軸承 損傷 故障 動(dòng)力學(xué) 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種高速（軸承轉(zhuǎn)速大于等于10000r/min）角接觸球軸承損傷故障的分析方法。
背景技術(shù)
高速角接觸球軸承已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于高檔數(shù)控機(jī)床、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等重要設(shè)備中，其損傷故障的產(chǎn)生將導(dǎo)致設(shè)備性能退化、運(yùn)轉(zhuǎn)精度降低，威脅運(yùn)行安全。如何及時(shí)診斷出此類軸承早期、微弱故障以避免重大安全事故的發(fā)生仍然是困擾當(dāng)今企業(yè)的一個(gè)難題。目前，滾動(dòng)軸承的故障診斷研究基本上均是從反問題入手，缺乏相應(yīng)故障機(jī)理研究的支撐。損傷故障的動(dòng)力學(xué)分析是滾動(dòng)軸承故障機(jī)理研究的一個(gè)重要手段。通過對具有損傷故障的滾動(dòng)軸承進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，可以得到軸承振動(dòng)響應(yīng)與故障模式之間的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而可對軸承故障識(shí)別、定量診斷、運(yùn)行可靠性評估、壽命預(yù)測等應(yīng)用問題提供理論支撐和依據(jù)。
近年來，滾動(dòng)軸承損傷故障動(dòng)力學(xué)分析得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，多數(shù)研究都是采用滾動(dòng)軸承的平面運(yùn)動(dòng)模型，利用非線性彈簧處理滾球和滾道之間的接觸問題。印度的Patel?V?N等（Patel?V?N,Tandon?N,Pandey?R?K.A?dynamic?model?for?vibration?studies?of?deep?groove?ball?bearings?considering?single?and?multiple?defects?in?races[J].ASME?Transactions?on?Journal?of?Tribology,2010,132(4):041101）建立了滾動(dòng)球軸承的平面運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程對單點(diǎn)和多點(diǎn)損傷進(jìn)行了分析。該模型中考慮了套圈和基座之間的相互作用，其中內(nèi)圈、基座及滾球均具有2個(gè)自由度，損傷通過在滾球和滾道之間的相對趨近量上引入額外的位移來模擬；斯洛文尼亞的Tadina?M等（Tadina?M,ar?M.Improved?model?of?a?ball?bearing?for?the?simulation?of?vibration?signals?due?to?faults?during?run-up[J].Journal?of?Sound?and?Vibration,2011,330(17):4287-4301.）使用拉格朗日方程對內(nèi)圈和滾球進(jìn)行了建模，通過曲面梁單元對外圈進(jìn)行了離散化以考慮外圈的柔性變形，并且考慮了因損傷故障而引入的滾道幾何特性的改變對赫茲接觸剛度的影響。國內(nèi)，西安交通大學(xué)的袁幸等（袁幸,朱永生,洪軍,張優(yōu)云.滾動(dòng)軸承損傷的完備預(yù)測模型與GID評估[J].振動(dòng)與沖擊,2011,30(9):35-39.）通過將滾球—套圈—支座的接觸問題考慮為非線性赫茲接觸建立了故障滾動(dòng)軸承的平面運(yùn)動(dòng)模型，利用所引入的額外位移對損傷進(jìn)行建模；石家莊軍械工程學(xué)院的關(guān)貞珍等（關(guān)貞珍,鄭海起,王彥剛,楊杰.滾動(dòng)軸承局部損傷故障動(dòng)力學(xué)建模及仿真[J].振動(dòng)、測試與診斷,2012,32(6):950-955,1036）構(gòu)建了故障滾動(dòng)軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的平面運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型，其中滾動(dòng)軸承具有4個(gè)平動(dòng)自由度，損傷通過引入額外的位移來模擬。
從以上檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有文獻(xiàn)所采用的軸承動(dòng)力學(xué)模型均不完善，沒有綜合考慮各個(gè)軸承元件的三維運(yùn)動(dòng)以及相對滑動(dòng)、潤滑牽引等高速角接觸球軸承所表現(xiàn)出的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，因此無法準(zhǔn)確模擬故障出現(xiàn)后各軸承元件的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)特性。另外，由于故障的出現(xiàn)，滾球和滾道之間的接觸特性會(huì)發(fā)生改變，這主要表現(xiàn)在：故障會(huì)引起滾球和滾道之間的趨近量在原有的彈性接觸位以上再增加由于材料確實(shí)而引入的額外位移；故障的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致?lián)p傷區(qū)域的幾何特性發(fā)生改變，從而導(dǎo)致赫茲接觸關(guān)系發(fā)生改變；在損傷區(qū)域，滾球/滾道接觸載荷的作用線會(huì)發(fā)生變化。然而，目前的研究均沒有完整地考慮如上的幾個(gè)問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種更為精確的高速角接觸球軸承損傷故障的動(dòng)力學(xué)方法，該方法考慮了軸承元件三維運(yùn)動(dòng)、相對滑動(dòng)及潤滑牽引等高速效應(yīng)，并從相互趨近量、赫茲接觸剛度、接觸載荷作用線三個(gè)個(gè)角度對損傷故障進(jìn)行了全面建模，使該模型能夠精確地模擬高速角接觸球軸承出現(xiàn)損傷故障后各軸承元件的瞬時(shí)動(dòng)力學(xué)特性，得到故障模式和軸承振動(dòng)響應(yīng)之間的對應(yīng)關(guān)系。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：
一種高速角接觸球軸承損傷故障的動(dòng)力學(xué)方法，其特征在于，包括下述步驟：
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G06F 電數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理
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G06F19-14 ..用于發(fā)展或進(jìn)化的，例如：進(jìn)化的保存區(qū)域決定或進(jìn)化樹結(jié)構(gòu)
G06F19-16 ..用于分子結(jié)構(gòu)的，例如：結(jié)構(gòu)排序，結(jié)構(gòu)或功能關(guān)系，蛋白質(zhì)折疊，結(jié)構(gòu)域拓?fù)洌媒Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的藥靶，涉及二維或三維結(jié)構(gòu)的
G06F19-18 ..用于功能性基因組學(xué)或蛋白質(zhì)組學(xué)的，例如：基因型–表型關(guān)聯(lián)，不均衡連接，種群遺傳學(xué)，結(jié)合位置鑒定，變異發(fā)生，基因型或染色體組的注釋，蛋白質(zhì)相互作用或蛋白質(zhì)核酸的相互作用
