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一种轴承松动-内圈缺陷耦合的转子系统动力学模型
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作者 霍忠堂 陈建奇 +1 位作者 郝玲娟 高建松 《机电工程》 CAS 北大核心 2024年第8期1431-1439,共9页
当轴承松动与内圈缺陷同时出现时,将对转子系统动态特性产生较为严重的影响,不利于对转子系统进行故障诊断与状态监测。针对这一问题,提出了一种轴承松动-内圈缺陷耦合的转子系统动力学模型,分析了含内圈缺陷-松动耦合故障轴承的转子系... 当轴承松动与内圈缺陷同时出现时,将对转子系统动态特性产生较为严重的影响,不利于对转子系统进行故障诊断与状态监测。针对这一问题,提出了一种轴承松动-内圈缺陷耦合的转子系统动力学模型,分析了含内圈缺陷-松动耦合故障轴承的转子系统振动动态特性。首先,根据赫兹理论与轴承运动学理论分析了轴承受力;然后,根据胡克定律与转子系统集中质量法建立了松动-内圈缺陷耦合的转子系统动力学模型;最后,采用数值仿真方式获取了转子系统的振动响应,探讨了转速和载荷对松动-内圈缺陷耦合转子系统振动特性的影响,并通过实验对该模型的准确性进行了验证。研究结果表明:松动-内圈缺陷同时存在的轴承频谱上出现了典型的干摩擦特征频率,即1/2倍旋转频率及其倍频,且其幅值与转速、载荷呈正比;此外,1/2倍旋转频率及其倍频、旋转频率及其倍频与内圈缺陷频率的组合频率的出现,表明了松动和内圈缺陷同时发生,该现象在转子系统另一个轴承上也有所体现。该研究结果为轴承转子系统的耦合故障检测提供了理论依据。 展开更多
关键词 机械振动 振动动态特性 转子系统耦合故障特征 轴承动力学模型 转子系统动力学模型 故障检测
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薄壁四点接触球轴承-腕部关节系统接触动力学分析
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作者 赵宝旭 姚廷强 +1 位作者 钱建伟 赵德春 《机电工程》 CAS 北大核心 2024年第5期870-877,共8页
在机器人实际工况中,针对含有薄壁四点接触球轴承的机器人腕部关节系统的运动稳定性问题,对腕部系统模型进行了简化设计和仿真研究。在考虑薄壁结构的弹性变形和动态接触作用耦合影响的基础上,建立了刚柔耦合工业机器人腕部关节系统模型... 在机器人实际工况中,针对含有薄壁四点接触球轴承的机器人腕部关节系统的运动稳定性问题,对腕部系统模型进行了简化设计和仿真研究。在考虑薄壁结构的弹性变形和动态接触作用耦合影响的基础上,建立了刚柔耦合工业机器人腕部关节系统模型,分析了不同受载工况和正反转驱动下的变形规律和动态特性。首先,基于多体动力学和Hertz接触理论,设计了包含薄壁四点接触球轴承和中空轴及基座的腕部关节系统刚柔耦合接触动力学仿真模型;然后,考虑薄壁中空轴、基座、轴承套圈和保持架的结构弹性变形、钢球和套圈滚道、保持架的动态接触作用,研究了机器人腕部关节系统两种实际工况对保持架和钢球角速度、保持架和薄壁基座振动位移、钢球与套圈的动态接触力的影响;最后,计算分析了两种工况下腕部关节系统的动态载荷规律和振动响应特性。研究结果表明:在相对较大的径向载荷作用下,保持架和钢球会出现打滑现象,速度呈现周期波动,保持架和基座具有更好的运动稳定性,其薄壁轴承内部载荷降低,主副接触对均承担联合载荷,轴承内部载荷稳定性也更好。该仿真模型及结果可以为薄壁腕部关节系统的动力学分析与设计提供参考。 展开更多
关键词 刚柔耦合工业机器人 腕部关节系统模型 薄壁四点接触球轴承 结构弹性变形 振动特性 动态接触 薄壁中空轴-球轴承-基座的刚柔耦合多体接触动力学模型
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轴承剥落故障对驱动电机振动特性的影响
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作者 王仲 姜娇 王云琦 《机电工程》 北大核心 2025年第2期205-215,共11页
新能源汽车运行过程中,其驱动电机的轴承内部受到交变载荷的作用,会产生疲劳剥落,从而导致驱动电机的整体振动特性发生相应的变化。针对上述问题,以国产某新能源汽车为研究对象,研究了不同工况下轴承剥落故障对驱动电机的振动特性造成... 新能源汽车运行过程中,其驱动电机的轴承内部受到交变载荷的作用,会产生疲劳剥落,从而导致驱动电机的整体振动特性发生相应的变化。针对上述问题,以国产某新能源汽车为研究对象,研究了不同工况下轴承剥落故障对驱动电机的振动特性造成的具体影响。首先,对电机轴承内部的几何结构以及载荷分布情况进行了分析,根据轴承游隙和滚动体形变,建立了故障和无故障轴承动力学方程,还推导了转子的不平衡磁力方程;然后,设置了深沟球轴承转子的基本参数,采用有限元和Timoshenko梁单元理论,建立了电机转子动力学模型,在模型的对应节点处加入了剥落故障轴承的动力学方程,研究了升速和稳速状态下模型的动力学响应,还研究了剥落区大小和位置的影响;最后,通过实验进行了数据采集和结果分析,得到了不同转速下的电机轴承故障特征频率。研究结果表明:电机轴承的剥落故障主要引起了电机在轴承故障特征频率处的振动,剥落故障造成的不平衡磁拉力主要引发了电机在2倍转频处的振动,振动的幅值随转速的升高而增大,并与剥落缺陷大小成正相关。该研究可为新能源汽车驱动电机的故障诊断以及振动性能优化提供理论基础。 展开更多
关键词 机械振动 深沟球轴承转子 不平衡磁拉力 电机转子-轴承动力学模型 轴承剥落缺陷区 故障特征频率
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航空发动机主轴双半内圈角接触球轴承滑蹭特性分析 被引量:1
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作者 段渊博 崔永存 +1 位作者 汪静静 杨志文 《机电工程》 北大核心 2025年第4期628-638,共11页
为了解决某航空发动机主轴双半内圈角接触球轴承的滑蹭失效问题,对钢球和滚道接触状态影响轴承滑蹭现象进行了研究,建立了双半内圈角接触球轴承动力学分析模型,研究了轴承发生三点接触时,钢球运动状态、钢球与滚道滑蹭的变化规律,通过... 为了解决某航空发动机主轴双半内圈角接触球轴承的滑蹭失效问题,对钢球和滚道接触状态影响轴承滑蹭现象进行了研究,建立了双半内圈角接触球轴承动力学分析模型,研究了轴承发生三点接触时,钢球运动状态、钢球与滚道滑蹭的变化规律,通过改变轴承结构设计参数,提升了双半内圈角接触球轴承抗蹭伤的能力。首先,基于滚动轴承动力学理论,建立了双半内圈角接触球轴承的动力学模型,并采用预估-校正的GSTIFF变步长积分算法,求解了动力学微分方程组;然后,以钢球接触状态、钢球运转稳定性及轴承摩擦功耗为分析指标,分析了轴承滑蹭产生的机理;最后,分析了钢球接触状态、垫片厚度和工作游隙对轴承产生滑蹭的影响规律。研究结果表明:轴承在处于即将发生三点接触临界状态时,轴承滑蹭现象最轻,轴承接触区域摩擦功耗最低,不会因接触区温升过快造成轴承失效;在一定的范围内,垫片厚度和径向工作游隙越小,则轴承发生的滑蹭现象越轻,其最优参数为垫片厚度0.125 mm、径向工作游隙0.221 mm,此时轴承的工作状态为刚发生三点接触的临界状态,钢球和内滚道之间发生的滑蹭现象最轻,轴承摩擦功耗最小。该结果可为解决某航空发动机主轴双半内圈角接触球轴承的滑蹭失效问题提供参考。 展开更多
关键词 航空发动机主轴轴承 双半内圈角接触球轴承 滑蹭特性 滚动轴承动力学分析模型 轴承结构设计参数 三点接触状态 轴承接触区域摩擦功耗
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转子不对中度对中介圆柱滚子轴承动态性能影响分析
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作者 范新强 邓四二 +2 位作者 崔永存 高利霞 晏军 《机电工程》 北大核心 2025年第6期1013-1023,共11页
针对转子不对中导致航空发动机双转子轴承-轴系统中介轴承失效的问题,对中介轴承性能受转子不对中度的影响规律进行了研究。首先,基于滚动轴承动力学和转子动力学理论,建立了滚动轴承-双转子系统不对中动力学模型,并采用了预估-校正Gea... 针对转子不对中导致航空发动机双转子轴承-轴系统中介轴承失效的问题,对中介轴承性能受转子不对中度的影响规律进行了研究。首先,基于滚动轴承动力学和转子动力学理论,建立了滚动轴承-双转子系统不对中动力学模型,并采用了预估-校正Gear刚性积分器(GSTIFF)变步长积分算法求解了动力学微分方程组;然后,分析了转子平行不对中度与偏角不对中度对中介轴承滚子与滚道间接触应力、保持架打滑率、质心轨迹、振动特性以及轴承寿命的影响规律;最后,通过滚动轴承-双转子系统试验台转子不对中试验,对动力学仿真结果的准确性进行了验证。研究结果表明:平行不对中度与偏角不对中度的增大均会导致滚子与滚道间接触应力增加,使保持架打滑率降低;转子不对中会影响中介轴承的稳定性,不对中度的增加会导致轴承内圈频率谐波次数及对应幅值增加,并使轴承内圈质心轨迹发生改变,使轴承寿命减小;偏角不对中对滚子与滚道间的接触应力以及轴承寿命的影响远大于平行不对中,偏角不对中度超过12′时,轴承寿命低于4000 h,为满足航空发动机轴承寿命需求,该圆柱滚子轴承偏角不对中度应小于12′。该研究为探寻转子不对中度对中介轴承动态性能的影响规律提供了进一步的理论依据。 展开更多
关键词 轴承-轴系统动力学模型 中介轴承失效 平行不对中度与偏角不对中度 振动特性 轴承疲劳寿命计算模型 Gear刚性积分器 动力学微分方程组
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滑动效应对球轴承滚动体缺陷频率影响的研究
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作者 侯新玉 范君 +1 位作者 马俊杰 付献斌 《机电工程》 CAS 北大核心 2024年第2期271-279,共9页
在弹流润滑作用下,球轴承滑动效应引起的滚动体缺陷频率低于理论值,不利于对球轴承进行故障诊断,为此,建立了一种考虑弹流润滑作用下球轴承滑动效应的轴承动力学模型,研究了球轴承滑动效应对滚动体缺陷频率的影响。首先,基于轴承动力学... 在弹流润滑作用下,球轴承滑动效应引起的滚动体缺陷频率低于理论值,不利于对球轴承进行故障诊断,为此,建立了一种考虑弹流润滑作用下球轴承滑动效应的轴承动力学模型,研究了球轴承滑动效应对滚动体缺陷频率的影响。首先,基于轴承动力学理论和弹流润滑理论,分析了球轴承内各部件间的等效刚度与等效阻尼;然后,根据部件间受力关系,建立了考虑滑动效应的含滚动缺陷故障轴承动力学模型;最后,分析了弹流润滑作用下轴承滚动体与轴承内外圈间的滑动效应,获取了滑动效应对滚动体缺陷频率的影响,并通过试验对模型的正确性进行了验证。研究结果表明:由于球轴承滑动效应的存在,滚动体缺陷频率约为理论值的93.6%;通过增大载荷可抑制滑动效应对滚动体缺陷频率的影响,滚动体缺陷频率约为理论值的96.3%,但由于滑动效应始终存在,滚动体缺陷频率始终低于理论值。该研究结果为弹流润滑作用下球轴承的打滑抑制与故障诊断提供了参考依据,丰富了轴承故障动力学建模理论。 展开更多
关键词 深沟球轴承 轴承故障诊断 轴承动力学模型 弹流润滑理论 滑动效应 滚动体缺陷频率 故障激励
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考虑圆度误差的角接触球轴承温升特性研究 被引量:1
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作者 马瑞翔 余永健 +1 位作者 薛玉君 刘永刚 《机电工程》 CAS 北大核心 2024年第8期1330-1341,共12页
以往有关于轴承温升特性的研究多注重轴承温升以及圆度误差对轴承振动的影响,其中圆度误差对轴承温升影响的文献较少,且研究对象多针对的是低速、轻载轴承的温升。为此,建立了考虑圆度误差、轴承预紧力、离心效应、热力耦合等影响的角... 以往有关于轴承温升特性的研究多注重轴承温升以及圆度误差对轴承振动的影响,其中圆度误差对轴承温升影响的文献较少,且研究对象多针对的是低速、轻载轴承的温升。为此,建立了考虑圆度误差、轴承预紧力、离心效应、热力耦合等影响的角接触球轴承热-力耦合模型,研究了轴承沟道圆度误差对轴承温升的影响规律。首先,以轴承拟动力学、弹流润滑理论、传热学理论和基尔霍夫能量守恒定律为基础,建立了考虑圆度误差、轴承预紧力、离心效应、热力耦合等影响的角接触球轴承热-力耦合模型;然后,利用模型分析了不同工况条件、圆度误差对轴承温升特性影响;最后,将模型计算结果与试验结果进行了比较,验证了角接触球轴承热-力耦合模型的合理性。研究结果表明:模型计算结果和实验结果相比,最大相对误差为5.37%;随着圆度误差阶次的增加,轴承温度呈现波动性变化,且随着转速的增加,波动趋势愈加显著;随着润滑油温度的升高,温度波动逐渐减小;当圆度误差的阶次等于球数n/2±2(n=1,2,3…)时,轴承外圈温度比不考虑圆度误差时要低,因此将圆度误差控制在特定阶次内能有效降低轴承温升,从而提高工作效率;轴承外圈温度的波动性与外圈圆度误差的幅值成正比,为轴承设计提供了重要参考;外圈温度与沟道圆度误差阶次之间呈周期性变化,并与钢球的个数形成映射关系,当圆度误差阶次等于球数的(2 n-1)/4倍(n=1,2,3…)时,轴承外圈温度达到最高;当圆度误差阶次等于球数的n/2倍(n=1,2,3…)时,轴承外圈温度最低,这一规律可为轴承的优化提供具体参考方向。 展开更多
关键词 角接触球轴承热-力耦合模型 轴承动力学模型 轴承沟道圆度误差 热网络法 摩擦力矩 温度波动
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A comprehensive comparative investigation of frictional force models for dynamics of rotor−bearing systems 被引量:6
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作者 LIU Jing 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第6期1770-1779,共10页
Vibrations of a rotor-bearing system(RBS)can be affected by the frictional forces between the components of the inherent bearings.Thus,an in-depth investigation of the influences of the frictional moments of the beari... Vibrations of a rotor-bearing system(RBS)can be affected by the frictional forces between the components of the inherent bearings.Thus,an in-depth investigation of the influences of the frictional moments of the bearings on the vibrations of the RBS can be helpful for understanding the vibration mechanisms in the rotating machinery.In this study,an improved dynamic model of a RBS considering different frictional force models is presented.A comparative investigation on the influences of the empirical and analytical frictional force models on the vibration characteristics of the RBS is proposed.The empirical frictional force models include Palmgren’s and SKF’s models.The analytical frictional force model considers the rolling friction caused by the radial elastic material hysteresis,slipping friction between the ball and races,viscosity friction caused by the lubricating oil,and contact friction between the ball and cage.The influences of the external load and rotational speed on the vibrations of the RBS are analyzed.The comparative results show that the analytical frictional force model can give a more reasonable method for formulating the effects of the friction forces in the bearings on the vibrations of the RBS.The results also demonstrate that the friction forces in the bearings can significantly affect the vibrations of the RBSs. 展开更多
关键词 friction force vibrations rotor-bearing system dynamic model
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