基于非理想Hertz线接触特性的圆柱滚子轴承局部故障动力学建模

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1、第50卷第1期机械工程学报Vol.50No.12014年1月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGJan.2014DOI：10.3901/JME.2014.01.091基于非理想Hertz线接触特性的圆柱滚子轴承*局部故障动力学建模刘静邵毅敏秦晓猛周俭基(重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044)摘要：传统方法对圆柱滚子轴承局部故障动力学的分析都是基于Hertz线接触理论，然而当轴承的滚子为凸度形状时，滚子素线不为直线，滚子与滚道之间的接触问题已经超出Hertz线接触理论的范畴。针对这个问题，以滚道表面存在局部故障的圆柱滚子轴承为研究对象，提出考虑滚动

2、体与内外圈滚道之间非理想Hertz线接触特性和时变位移激励的圆柱滚子轴承局部故障动力学模型，研究位移激励形式和局部故障尺寸对圆柱滚子轴承振动特性的影响规律。研究表明，该模型能克服传统的线接触经验公式无法考虑滚子与滚道曲率的缺点，能更加准确反映圆柱滚子轴承滚道表面局部故障与滚动体接触的实际情况，为滚动轴承早期局部故障动力学分析和诊断工作提供新的计算方法和一些有价值的结论。关键词：圆柱滚子轴承；故障模型；非理想Hertz线接触；时变位移激励；动力学中图分类号：TH133DynamicModelingonLocalizedDefectofCylindricalRollerBearing

3、BasedonNon-HertzLineContactCharacteristicsLIUJingSHAOYiminQINXiaomengZHOUJianji(StateKeyLaboratoryofMechanicalTransmission,ChongqingUniversity,Chongqing400044)Abstract：ThetraditionalanalysismethodfordynamicmodelingalocalizeddefectofacylindricalrollerbearingisbasedonHertzlinecontacttheory,howe

4、ver,thecontactconditionsbetweentherollerandtheracesarenotHertzlinecontactsincetherollerprofileisnotstraightlinewhenitsrollersarecrowned.Hence,anewdynamicmodelofacylindricalrollerbearingwithalocalizeddefectonitsracesisproposed,whichconsidersthenon-Hertzlinecontactcharacteristicsbetweentherolle

5、randtheracesandthetime-varyingdisplacementimpulse.Theeffectsofthedifferentdisplacementimpulsefunctionsandthedefectsizesareinvestigated.Theresultsshowthattheproposedmethodcanconsidertheradiusofcurvatureoftheracewayandprovideamoreclosetopracticalcontactbetweentherollerandthelocalizeddefectonthe

6、surfaceoftheracesofthecylindricalrollerbearing.Itisalsoshownthattheproposedmethodprovidesanewcalculationmethodandsomevaluableconclusionsfordynamicanalysisandfaultsdiagnosisofrollingelementbearing.Keywords：cylindricalrollerbearing；localizeddefect；non-Hertzlinecontact；time-varyingdisplacementim

7、pulse；dynamics承故障动力学建模及其相应分析研究，具有重要的*0前言理论意义和实际工程应用价值。当前，针对滚动轴承局部故障动力学建模问为了预测滚动轴承早期故障，减小因轴承突发题，国内外众多学者展开了大量研究工作。[1-2]故障造成的经济损失和人员伤亡，必须解决滚动轴MCFADDEN等采用一系列脉冲函数来描述滚动[3-4]承故障的振动机理及其早期振动特征这一基础性科轴承局部故障产生的冲击激励。TANDON等利用三角形，矩形和半正弦函数定义局部故障引起的学问题。由于载荷工