基于显式动力学的圆柱滚子轴承的动力学仿真与故障模拟

发布时间：2017-09-30 18:09

  本文关键词：基于显式动力学的圆柱滚子轴承的动力学仿真与故障模拟

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【摘要】：作为应用最为广泛的机械零件之一,滚动轴承也是最易损坏的零件,滚动轴承的故障会导致整台机器运转的失效,造成严重的经济损失和人员伤亡。因此对滚动轴承的动力学特性进行仿真研究,分析其正常运转与故障情况下的动力学特性差异,为滚动轴承的故障诊断提供理论依据,具有十分重要的现实意义。 本文首先介绍了滚动轴承的常见故障形式及诊断方法,叙述了滚动轴承的基本力学理论,建立了滚动轴承的动力学理论模型,分析了滚动轴承内部各个零件间相对运动关系,进行了滚动体、保持架和内外圈的受力分析。简单介绍了有限元法的基本思想和求解问题的基本步骤以及ANSYS/LS-DYNA软件的功能特点、应用范围、单元类型和接触模型等,为滚动轴承的显式动力学分析提供了理论基础。以应用于某齿轮箱的GB2612圆柱滚子轴承为例,使用APDL语言建立了圆柱滚子轴承的正常运转与外滚道剥落为例的故障有限元模型,确立了符合实际情况的材料模型、接触模型、边界条件和载荷施加,分别对滚动轴承正常运转与外滚道剥落情况进行显式动力学求解。分析仿真结果,对比滚动轴承正常运转与外滚道剥落情况下的等效应力云图和切片应力云图,以及滚动轴承正常运转与外滚道剥落情况下节点的位移、速度和加速度随时间变化曲线。使用快速傅里叶变换对滚动轴承正常运转与外滚道剥落情况下节点Y方向加速度信号进行分析处理。将滚动轴承正常运转与外滚道剥落情况仿真结果的节点Y方向加速信号进行循环自相关函数分析,再将实验测得滚动轴承正常运转与外滚道剥落情况下Y方向加速度信号进行循环自相关函数分析,最后将仿真与实测滚动轴承正常运转及外滚道剥落情况Y方向加速度信号的循环自相关函数分析进行对比。 通过对仿真结果的分析对比及实验数据的验证,可以发现当滚动轴承外滚道剥落产生时,在故障区域接触应力明显增大；由于滚动体在外圈的周期性通过造成节点的位移、速度和加速度产生周期性变化；通过仿真与实测滚动轴承正常运转与外滚道剥落情况Y方向加速度信号的循环自相关函数分析对比,发现了明显的故障频率存在,证明仿真方法的可行性,为轴承故障诊断方法的研究提供了一种有效的验证方法。
【关键词】：圆柱滚子轴承 显式动力学 故障模拟 傅里叶变换 循环自相关函数
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH133.33
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 本课题的研究意义及目的11-12
• 1.2 滚动轴承动力学的研究介绍12-14
• 1.2.1 滚动轴承动力学研究概况12-13
• 1.2.2 滚动轴承仿真技术发展概况13-14
• 1.3 滚动轴承的常见故障形式14-16
• 1.4 滚动轴承故障的诊断方法16-17
• 1.5 本文主要内容17-19
• 第二章 滚动轴承的动力学模型及分析19-35
• 2.1 滚动轴承的工作特点19-20
• 2.2 滚动轴承的动力学模型20-28
• 2.2.1 滚动轴承各零件间的运动关系20-21
• 2.2.2 滚动体受力分析21-23
• 2.2.3 保持架受力分析23-25
• 2.2.4 内外圈受力分析25-28
• 2.3 滚动轴承的接触应力与应变28-33
• 2.3.1 赫兹接触理论29-30
• 2.3.2 赫兹接触理论在接触面应用30-31
• 2.3.3 接触应力与应变分析31-33
• 2.4 滚动轴承接触面处压力的计算33-34
• 2.5 滚动轴承动力学模型的特点34
• 2.6 本章小结34-35
• 第三章 有限元法与LS-DYNA简介35-49
• 3.1 有限元法简介35-38
• 3.1.1 有限元法的基本思想35
• 3.1.2 有限元法求解问题的基本步骤35-38
• 3.2 LS-DYNA简介38-46
• 3.2.1 LS-DYNA的功能特点及应用领域38-39
• 3.2.2 LS-DYNA的前后处理39
• 3.2.3 显式与隐式时间积分39-41
• 3.2.4 LS-DYNA的单元简介41-45
• 3.2.5 LS-DYNA的接触模型45-46
• 3.3 本章小结46-49
• 第四章 基于显式动力学的滚动轴承动力学仿真与分析49-67
• 4.1 滚动轴承正常运转与故障情况下的模型建立49-54
• 4.1.1 正常运转与故障情况下有限元模型的建立49-53
• 4.1.2 材料参数、边界条件和载荷的设置53-54
• 4.1.3 接触模型的设定54
• 4.2 滚动轴承正常运转与故障情况下的显式动力学分析54-65
• 4.2.1 等效应力云图对比分析55-58
• 4.2.2 位移、速度和加速度的时域对比分析58-65
• 4.3 本章小结65-67
• 第五章 滚动轴承仿真信号的频域分析及实验对比67-79
• 5.1 傅里叶变换的简介67-69
• 5.1.1 Fourier变换的定义与性质68
• 5.1.2 Fourier变换的计算68-69
• 5.2 仿真数据的快速傅里叶变换69-73
• 5.2.1 快速傅里叶变换介绍69-71
• 5.2.2 仿真数据的快速傅里叶变换71-73
• 5.3 仿真数据的循环自相关函数分析及其实验对比73-77
• 5.3.1 循环自相关函数介绍73-74
• 5.3.2 仿真数据的循环自相关函数分析及其实验对比74-77
• 5.4 本章小结77-79
• 第六章 结论与展望79-81
• 6.1 全文总结79
• 6.2 研究展望79-81
• 参考文献81-85
• 致谢85-87
• 攻读硕士学位期间发表的论文87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 沈成武,叶碧泉,冯振兴,刘玉琦;滚动轴承接触问题的有限元分析[J];固体力学学报;1982年01期

2 鲁建霞;苟惠芳;;有限元法的基本思想与发展过程[J];机械管理开发;2009年02期

3 张成铁,陈国定,李建华;高速滚动轴承的动力学分析[J];机械科学与技术;1997年01期

4 张乐乐;高祥;谭南林;樊莉;;基于ANSYS/LS-DYNA的滚动轴承仿真与分析[J];机械设计;2007年09期

5 徐金梧，，徐科;小波变换在滚动轴承故障诊断中的应用[J];机械工程学报;1997年04期

本文编号：949643