基于显式动力学的滚动轴承建模与分析

发布时间：2017-10-16 20:03

  本文关键词：基于显式动力学的滚动轴承建模与分析

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【摘要】：滚动轴承是旋转机械设备中应用范围广泛且易受损的重要零部件,其运转状态的好坏将在很大程度上影响工业生产过程的效率及安全。因此,对滚动轴承进行动力学仿真模拟以探讨复杂路径下轴承故障的演化规律,从内因和外因两方面寻找其故障机理,研究故障特征提取方法等工作,对滚动轴承故障诊断技术的发展和进步,具有非常深远的现实意义。 文章开篇首先介绍了滚动轴承各部件间的动力学及运动学关系,建立了力学及运动学理论模型,系统、详尽地分析了各部件间的相互作用力和相对运动关系。在此基础上,简单介绍了典型故障形式及常用故障诊断方法以及滚动轴承显式动力学分析的理论基础—有限元法的原理和求解步骤,ANSYS/LS-DYNA软件的材料模型、单元种类和接触模型等。 以6205深沟球轴承和NU205圆柱滚子轴承为仿真对象,分别建立了健康轴承及内圈和外圈存在划痕缺陷的滚动轴承有限元模型。建模过程中,在显式算法的基础上结合单元的单点积分方式,并将轴承转速、负载、接触及摩擦等因素的影响全部考虑在内,运用ANSYS/LS-DYNA成功地模拟了滚动轴承从启动到正常运转的全过程。分析了轴承各部件的应力、位移和速度分布规律,并提取基于有限元动力学仿真的故障轴承加速度信号,采用希尔伯特包络解调并结合细化谱分析方法提取故障轴承信号特征,为滚动轴承故障诊断提供了坚实可靠的理论依据。 仿真结果表明：滚动轴承正常工作情况下,其最大应力出现在滚动体与内、外圈接触处,划痕的出现使滚动轴承各部件的应力水平和应力波动大大增加。应力变化促使滚动轴承产生振动和噪声。 滚动轴承故障特征在外圈不同位置节点的振动响应中均能得到体现；加速度响应信号在经过细化谱分析后能找到相应故障的特征频率,并与实测振动信号进行了对比分析,该方法可有效识别轴承典型故障,为深入探究轴承故障传递路径特性提供可行方法。
【关键词】：滚动轴承 动力学 故障诊断 细化谱 振动特征
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.33
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-18
• 1.1 课题研究背景及意义14
• 1.2 滚动轴承仿真的研究概况14-15
• 1.3 课题来源15-16
• 1.4 主要研究内容16
• 1.5 论文结构及安排16-18
• 第二章 滚动轴承的动力学及运动学理论模型18-36
• 2.1 常用滚动轴承概述18-20
• 2.1.1 深沟球轴承的基本结构18
• 2.1.2 圆柱滚子轴承的基本结构18-20
• 2.2 滚动轴承动力学理论模型20-25
• 2.2.1 各零件间的相对运动20-21
• 2.2.2 滚动体受力分析21-22
• 2.2.3 保持架受力分析22-23
• 2.2.4 内/外圈的动力学分析23-25
• 2.3 滚动轴承元件的接触特性25-30
• 2.3.1 赫兹接触理论(Hertz接触理论)26-27
• 2.3.2 Hertz理论在接触面的应用27-28
• 2.3.3 接触应力与应变28-29
• 2.3.4 接触面压力分析29-30
• 2.4 滚动轴承的运动学理论分析30-32
• 2.5 滚动轴承故障形式及其成因32-33
• 2.6 滚动轴承的振动机理33-34
• 2.7 滚动轴承故障诊断方法34
• 2.8 本章小结34-36
• 第三章 基于显式动力学的深沟球轴承仿真与分析36-56
• 3.1 理论基础36-38
• 3.1.1 显式动力学基本算法36-37
• 3.1.2 细化谱法37-38
• 3.2 正常深沟球轴承仿真模型的建立38-44
• 3.2.1 有限元模型的建立38-40
• 3.2.2 材料、约束和载荷的设置40
• 3.2.3 PART及接触模型的设定40-41
• 3.2.4 分析求解41-44
• 3.3 外圈故障轴承的动力学仿真与分析44-49
• 3.3.1 外圈故障轴承的动力学仿真44-45
• 3.3.2 外圈故障轴承等效应力分析45-46
• 3.3.3 外圈故障轴承仿真信号振动特征与等效应力分析46-47
• 3.3.4 基于频域方法的加速度仿真信号包络解调细化谱故障特征分析47-49
• 3.4 内圈故障轴承的动力学仿真与分析49-54
• 3.4.1 内圈故障轴承的动力学仿真49-50
• 3.4.2 内圈故障轴承等效应力分析50-52
• 3.4.3 内圈故障轴承仿真信号振动特征与等效应力分析52
• 3.4.4 基于频域方法的加速度仿真信号包络解调细化谱故障特征分析52-54
• 3.5 本章小结54-56
• 第四章 圆柱滚子轴承动力学仿真与分析56-74
• 4.1 正常滚动轴承动力学模型的建立与分析56-59
• 4.2 外圈故障轴承的动力学仿真与分析59-62
• 4.2.1 外圈故障轴承仿真模型的建立59-60
• 4.2.2 外圈故障轴承仿真信号振动特征与应力变化分析60-61
• 4.2.3 基于频域方法的加速度仿真信号包络解调细化谱故障特征分析61-62
• 4.3 内圈故障轴承的动力学仿真与分析62-65
• 4.3.1 内圈故障轴承仿真模型的建立62-63
• 4.2.2 内圈故障轴承仿真信号振动特征与应力变化的分析63-64
• 4.3.3 基于频域方法的加速度仿真信号包络解调细化谱故障特征分析64-65
• 4.4 实验分析65-71
• 4.4.1 实验器材66-68
• 4.4.2 实验方案68
• 4.4.3 希尔伯特包络谱法68
• 4.4.4 振动频率响应实验分析68-71
• 4.5 本章小结71-74
• 第五章 结论与展望74-76
• 5.1 研究成果总结74-75
• 5.2 下一步工作75-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-82
• 研究成果及发表的学术论文82-84
• 作者和导师简介84-85
• 附件85-86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1044607