滚动轴承复合故障机理及振动模型研究

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1、硕士学位论文滚动轴承复合故障机理及振动模型研究RESEARCHONMULTI-FAULTMECHANISMANDVIBRATIONMODELOFROLLINGELEMENTBEARINGS（学术型）董振振哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TH133.3+1学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文滚动轴承复合故障机理及振动模型研究（学术型）硕士研究生：董振振：导师：黄文涛：副教授申请学位：工学硕士：学科：机械电子工程：所在单位：机电工程学院：答辩日期：201：5年7月授予学位单位：哈尔滨工业

2、大学：ClassifiedIndex:TH133.3+1U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONMULTI-FAULTMECHANISMANDVIBRATIONMODELOFROLLINGELEMENTBEARING(Academic)Candidate：DongZhenzhenSupervisor：AssociateProf.HuangWentaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpec

3、ialty：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要滚动轴承是广泛应用于旋转机械中的关键基础部件，其运行状态对于整台机器的精度、可靠性、寿命有着重要的影响。在以往的轴承故障诊断研究中，众多学者比较关注故障诊断方法的研究，而对故障机理方面研究较少。

4、而故障的产生机理和表现形式研究是机械故障诊断的基础。随着轴承故障诊断方法的发展，故障机理研究也越来越受到研究者们的重视，逐渐成为了轴承故障诊断的热点和难点问题。本文将已有的内外圈单点故障理论分析模型推广至复合故障情形，对于外圈两点故障、内圈两点故障和内外圈各一点故障进行了理论分析。通过理论分析获得轴承单点和复合故障信号的基本特点。通过分析可知，当同一元件上存在多点故障时，复合故障信号依然具有故障特征频率处占优特点，其幅值由故障点产生冲击信号在合成时的相位角决定。由于相位角随故障点的相对位置不同而不同，复合故障信号的形态不再像单

5、点故障那样有着明确的规律。当内外圈各存在一点故障时，复合故障信号为内圈和外圈单点故障的频率特征和幅值特征的叠加。以Hertz接触理论为基础，本文建立了一种考虑撞击力的轴承故障振动模型。在此模型中，将轴承与滚道的接触点等效为线性弹簧，内圈与轴、外圈与轴承座之间的连接等效为弹簧-阻尼连接；与以往模型不同的是，轴承座的刚度分为水平刚度和竖直刚度，两者取值不同。本模型创新性地将故障的模拟分为两部分，一部分通过局部故障诱发的接触变形激励模拟故障。即滚珠经过故障区域时，接触变形产生突变，从而导致此处接触力变化。另一部分用滚珠与故障点之间的

6、撞击力来实现对故障的模拟。通过详细分析滚珠经过故障区域的运动过程，给出了滚珠与故障区域之间的撞击力计算公式，并将撞击力加入到振动模型中。本文所提出的考虑撞击力的单点、复合故障轴承振动模型求解得到的仿真信号特点与理论分析模型中得到的结论一致。实验研究中，将求解得到的仿真信号与实测信号相对比，结果表明本文提出的考虑撞击力的模型能够成功突出故障特征频率及其倍频部分，实现了对单点故障信号幅值的模拟，能够成功模拟两点故障中冲击信号耦合机理，并且具有良好的稳定性。关键词：滚动轴承；故障机理；复合故障；撞击力-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位

7、论文AbstractRollingelementbearingisoneofthemostwidelyusedgeneralmachinerypartinallkindsofrotatingmachineries.Itsrunningstatedirectlyaffectstheperformanceofthewholesetsofmechanicalequipment.Thefaultmechanismisconsideredtobethetheoreticalfoundationoffaultdiagnosisofroll

8、ingelementbearing.Theresearchonfaultmechanismcansimulatetheproducingandcouplingofthefaultsignalandprovidesthetheoreticalsupportfortheresea