考虑滚道波纹度和保持架柔性的滚动轴承打滑动力学分析
作者单位：华东交通大学
学位级别：硕士
导师姓名：涂文兵
授予年度：2023年
学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化]
摘 要：滚动轴承作为机械基础件广泛应用于国民经济、国防事业等各个领域,随现代工业科技的发展,对轴承动态性能的要求也越来越高,而轴承的打滑动力学特性是影响其运行精度、可靠性和使用寿命的主要因素,因此轴承打滑动力学特性已成为目前的研究热点,许多学者也展开了相应的研究。目前,由于机械设备的加工误差等因素,滚道波纹度成为轴承普遍存在的缺陷形式之一,严重影响着轴承的动态效应,且目前大多数动力学模型建模过程中假设保持架为刚性部件,忽略了自身结构和材料以及润滑油等影响,因此模型分析会与实际工况存在一定差距。针对上述研究不足,本文研究主要从滚道波纹度和柔性保持架两个方面对轴承的打滑动力学特性展开深入研究,研究内容主要如下:(1)针对滚道波纹度激励的轴承动力学建模,假设波纹度为正弦函数,考虑滚道波纹度引起的时变位移和刚度耦合激励的影响,通过各部件运动微分方程建立滚道波纹度轴承的打滑动力学模型,通过振动加速度信号和接触力验证了模型的准确性,同时得出外滚道存在波纹度时轴承的动态效应比内滚道存在波纹度时轴承动态效应更稳定。(2)基于上述所建立的滚道波纹度轴承打滑动力学模型,分析了滚道波纹幅值和阶次对轴承打滑、力学、运动和接触特性的影响,结果表明:波纹度幅值和波纹阶次的增大能够降低非承载区的打滑现象,而承载区,内、外滚道波纹度对打滑特性的影响各不相同;同时波纹度也导致接触力产生波动,且波动次数随波纹幅值和波纹阶次增加而增加,当幅值较大时内、外滚道波纹度引起接触力波动次数的比值与内、外滚道特征频率的比值一致。波纹度幅值和波纹阶次增加,降低了滚道的接触刚度,且波纹度引起滚道刚度变化要小于正常轴承。(3)针对保持架柔性的滚动轴承动力学建模,将保持架离散成单元质量块,分析滚子与保持架质量块、保持架质量块之间的接触变形和作用力,进一步考虑了润滑油粘滞阻力以及转子和轴承座等影响,建立考虑保持架柔性的轴承打滑模型,通过实验和理论验证模型的有效性。(4)基于保持架柔性轴承模型分析了载荷、转速、加速度和复合因素变化下轴承的打滑动力学特性,研究表明:加速工况和稳定工况下保持架连接刚度对轴承打滑影响程度不同,加速工况影响更明显。高速工况降低转速和轻载工况增加载荷对降低轴承打滑效果更明显;兜孔间隙只会加剧保持架的打滑,且伴随剧烈波动;加速工况考虑润滑粘滞阻力,轴承打滑会经历“增加-降低-缓慢增加的趋势。载荷和转速对轴承打滑影响存在显著性分界点,分界点右侧转速影响更显著,左侧载荷影响更显著,而加速度的影响始终大于载荷的影响;通过复合因素的研究得出轴承轻度打滑下加速和稳定工况下工况配对公式,这能准确有效地控制和预测轴承的打滑程度。本研究对滚动轴承的打滑特性及运动机理作出了科学的解释,可以为降低滚道表面波纹度下滚动轴承的打滑特性以及以运动动力学特性作为特征信号的故障诊断提供一定的理论依据和参考价值,同时对保持架柔性的滚动轴承的打滑特性分析,在降低轴承打滑、对轴承的打滑预测都具有非常重要的理论依据和现实价值。
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