[发明专利]高转速滚动轴承-转子系统局部损伤故障模拟方法

权利要求书

1.一种高转速滚动轴承-转子系统局部损伤故障模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立带有局部损伤故障的轴承的模型；

S2、获取轴承转子系统的结构参数、工况参数、局部损伤参数以及初值条件；结构参数包括轴承参数、材料参数和转子的几何参数；工况参数包括转速和外力矢量；局部损伤参数包括损伤的长度、宽度、深度以及所在位置角，初始条件包括拟静力学模型和轴承转子系统动力学模型的求解初始值；轴承转子系统为外圈固定，内圈随转子旋转；

S3、将两个轴承所受的不同的载荷分别带入高转速轴承拟静力学模型中，得到在不同转速工况下，随时间变化的不同位置角处各个滚动体与轴承套圈之间的内外接触角和接触变形，将其拟合成以位置角为变量，以内外接触角和接触变形为函数值的曲线；

S4、根据内外接触角和接触变形的拟合公式，计算各个滚动体与轴承套圈之间的时变卷吸速度和接触载荷，并将其带入已有的弹流润滑油膜刚度阻尼计算公式中，计算油膜刚度，同时计算滚动体与轴承套圈之间的赫兹接触刚度，然后计算等效接触刚度；

S5、计算左右侧滚动体与轴承套圈之间考虑振动位移而导致的法向接触位移量，同时判断滚动体是否处于损伤故障处，并计算由于损伤而导致的随时间变化的额外位移量，然后计算滚动体与轴承套圈之间的作用力；

S6、建立轴承-转子系统六自由度动力学模型，在该模型中同时考虑润滑剂粘性所产生的摩擦力矩的影响以及滚动体与轴承套圈间的作用力的影响；

S7、使用变步长龙格库塔法，对轴承-转子系统进行求解；

S8、获取带有局部损伤故障的轴承转子系统振动响应时域信号以及频域信号。

2.根据权利要求1所述的高转速滚动轴承-转子系统局部损伤故障模拟方法，其特征在于，所述步骤S3中的拟静力学模型通过以下方程表示：

其中，A_1j＝BDsinα₀+δ_a+R_iθcosθ_j，

其中，γ′D/d_m；

其中，

其中，R_r＝A_2j-(f_o-0.5)Dcosα₀-f_iD cosα_ij+0.5D，R_i＝0.5d_m+(f_i-0.5)Dcosα_o；

式中，F_a为轴承所受轴向力，F_r为轴承所受径向力，K_oj为外圈的载荷位移常数，K_ij为内圈的载荷位移常数，M_gj为钢球陀螺力矩，δ_r为轴承在径向总变形量，δ_a为轴承在轴向的总变形量，θ为轴承的角变形，f_i为内圈的曲率系数，f_o为外圈的曲率系数，δ_ij第j个滚动体与内圈接触变形量，δ_oj为第j个滚动体与外圈接触变形量，B为总曲率，α_ij第j个滚动体与内圈接触角，α_oj为第j个滚动体与外圈接触角，α₀为初始接触角，λ_oj＝2，λ_ij＝0，D为滚动体直径，m为滚动体质量，w为内圈角速度，w_m为滚动体公转速度，w_R为滚动体自转速度，M′为轴承所受力矩，Δ_c为径向游隙减小量，β_j为球姿态角。