滚动轴承复合故障机理及振动模型研究

发布时间：2017-10-22 18:20

  本文关键词：滚动轴承复合故障机理及振动模型研究

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【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。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
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.33
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 物理量名称及符号表6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题的研究意义及目的10-11
• 1.2 国内外研究现状与分析11-15
• 1.2.1 滚动轴承故障机理研究现状11-13
• 1.2.2 滚动轴承故障机理研究现状分析13-15
• 1.3 课题主要研究内容15-17
• 第2章 滚动轴承故障信号特性分析17-28
• 2.1 滚动轴承的结构与常见故障17
• 2.2 滚动轴承单个故障点故障理论模型17-21
• 2.2.1 滚动轴承的故障特征频率17-18
• 2.2.2 外圈单点故障的理论分析模型18-19
• 2.2.3 内圈单点故障的理论分析模型19-21
• 2.3 滚动轴承复合故障理论分析模型21-27
• 2.3.1 外圈两点故障理论分析模型22-23
• 2.3.2 内圈两点故障理论分析模型23-25
• 2.3.3 内外圈复合故障理论分析模型25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 滚动轴承接触建模与故障模拟28-40
• 3.1 滚动轴承建模简化条件28-29
• 3.2 球轴承接触刚度计算29-31
• 3.3 轴与轴承座刚度计算31-33
• 3.4 接触变形计算33-34
• 3.5 故障参数的引入34-39
• 3.5.1 接触变形突变引入故障参数35-38
• 3.5.2 引入速度的撞击力计算38-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第4章 故障轴承振动模型的建立及验证40-62
• 4.1 滚动轴承故障机理分析40-42
• 4.2 轴承振动测试系统42-43
• 4.3 轴承单点故障振动模型的建立与验证43-54
• 4.3.1 无故障轴承VC振动43-45
• 4.3.2 外圈单点故障分析45-50
• 4.3.3 内圈单点故障分析50-54
• 4.4 轴承复合故障振动模型的建立及验证54-61
• 4.4.1 内圈两点复合故障分析54-58
• 4.4.2 内外圈各一点复合故障分析58-61
• 4.5 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文66-68
• 致谢68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 吴飞科;罗继伟;张磊;王东峰;;关于Hertz点接触理论适用范围的探讨[J];轴承;2007年05期

2 王国彪;何正嘉;陈雪峰;赖一楠;;机械故障诊断基础研究“何去何从”[J];机械工程学报;2013年01期

3 杨将新;曹冲锋;曹衍龙;宋京伟;;内圈局部损伤滚动轴承系统动态特性建模及仿真[J];浙江大学学报(工学版);2007年04期

4 朱永生;袁幸;张优云;朱川峰;周智;;滚动轴承复合故障振动建模及Lempel-Ziv复杂度评价[J];振动与冲击;2013年16期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

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2 李虎;基于声发射技术的低速重载回转支承故障诊断实验研究[D];武汉理工大学;2013年

3 项兆辉;深沟球轴承故障诊断与监测[D];重庆理工大学;2013年

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本文编号：1079537