滚动轴承打滑动力学模型及振动噪声特征研究

发布时间：2020-10-30 16:06

　　 滚动轴承是关键基础零件，它直接影响主机的性能与寿命。滚动轴承的打滑，不仅会加速滚动轴承的磨损，破坏滚动轴承的旋转精度，产生异常振动和噪声，而且会造成滚动轴承的划伤和润滑油温度的升高，导致油膜破损，严重影响滚动轴承的性能和寿命。由于滚动轴承内部接触关系与运动关系的复杂性，尤其是考虑滚动体载荷和速度变化的打滑机理，轴承与轴承座耦合的声振计算方法等未得到很好解决，制约了高精度、低噪声和长寿命滚动轴承的研发。目前，关于滚动轴承打滑的动力学模型及算法，打滑对滚动轴承寿命和振动噪声的影响规律等，已成为该领域的关键共性科学问题，亟待予以解决。因此，开展滚动轴承打滑机理、动力学模型和声振耦合计算方法的研究，具有重要的理论意义和实际工程价值。 本论文主要围绕滚动体打滑原因，滚动体进入承载区打滑动力学模型及咬入打滑特性，加速工况滚动轴承打滑动力学模型及打滑特性，打滑对滚动轴承振动特性的影响，轴承声振耦合模型及打滑对轴承噪声的影响等方面展开研究。论文的主要工作如下： ①在滚动体打滑原因及打滑对轴承影响分析的基础上，综合考虑非线性接触、变摩擦系数、游隙及咬入角等非线性因素，建立滚动体进入承载区打滑动力学模型，研究了滚动体进入承载区的咬入打滑特性，以及轴承转速、载荷等对滚动体打滑的影响； ②基于滚动轴承的整体接触模型和滚动体与保持架的相互作用模型，分别推导内圈、滚动体和保持架的运动微分方程，建立加速工况滚动轴承打滑动力学模型，通过与Harris模型计算结果及实验结果的对比，验证了此模型的有效性。研究了加速工况下滚动轴承的打滑特性，以及轴承载荷、内圈角加速度等对轴承打滑特性的影响； ③综合考虑滚动轴承时变刚度、游隙及打滑摩擦力等非线性因素，推导了滚动体非线性接触力和打滑产生的摩擦力，建立了滚动轴承振动模型，获得了滚动体打滑激励下的轴承的振动响应，研究了滚动体进入承载区打滑状态下轴承的振动特征； ④基于动力学模型、有限元模型和边界元模型相耦合的方法，建立了轴承-轴承座声振耦合模型。通过建立轴承-轴承座系统振动模型，获取轴承的振动响应并以此作为轴承座振动噪声的激励；建立轴承座有限元模型，应用完全法对轴承座进行瞬态动力学分析，获得轴承座的振动响应；建立轴承座的边界元模型，将轴承座表面振动响应作为声学分析边界条件，采用直接边界元法求解Helmholtz方程的边界积分公式，获得轴承座的噪声辐射特性。通过轴承噪声实验，验证了本文提出的轴承声振耦合模型的正确性。基于该模型，研究了滚动体进入承载区打滑状态下轴承的噪声特征，为减振降噪提供了理论基础。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2012
【中图分类】：TH133.33
【部分图文】：

表 1.1 不同分析方法的比较[83]Table1.1 Comparison of the different analysis methods拟动力学分析方法 动力学分析方法方程性质基于平衡方程的非线性代数方程组基于运动方程的微分方程组约束假定 需采用运动约束条件的假定 无需运动约束条件假定计算收敛性收敛性与弹流润滑切向摩擦力模型有关任何弹流润滑切向摩擦力模型均可采用时间相依性 解与时间无关 解是时间的函数运动稳定性难以分析滚动体和保持架的运动不稳定性可分析滚动体和保持架运动不稳定性的全过程计算时间 用时较少 计算时间较长适用范围可用于计算负荷分布、寿命计算、轴承刚度等可用于计算变工况下的运动不稳定过程

图 1.2 深沟球轴承示意图Fig 1.2 Schematic diagram of deep groove ball bearing以深沟球轴承 6304 为研究对象，其主要参数如表 1.2 所示，轴承企业的产品，此轴承广泛应用于轿车的变速箱中。轴承承受固定于轴承座上，内圈随转轴一起旋转（角速度ωi）。表 1.2 深沟球轴承 6304 主要参数Table1.2 Main parameters of deep groove ball bearing 6304参数名称 参数值外圈滚道半径 Ro22.77 mm内圈滚道半径 Ri13.24 mm轴承节圆半径 Rm18.00 mm滚动体半径 Rr4.76 mm滚动体个数 Nb7滚动体质量 mr3.5 g

纯滚动运动所需的条件，在此基础上，分析破坏纯滚因、打滑对滚动轴承工作性能的影响及打滑可能对滚滚动的滚动轴承运动学关系内部的运动关系是比较复杂的，滚动体既绕自身轴线公转，滚动体在滚动的同时还有可能伴随一定的滑动动体的自转转速及保持架转速可根据运动学关系进行动关系，采用了如下假设[83]：零件为刚体，不考虑接触变形的影响；体沿套圈滚道为纯滚动，滚动体表面与内、外圈滚道接外圈滚道对应点的速度相等；径向游隙的影响；虑润滑油膜的作用。
【参考文献】

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本文编号：2862707