[发明专利]一种调节滚动轴承径向支承刚度的轴承游隙选取方法

说明书

本发明公开一种调节滚动轴承径向支承刚度的轴承游隙选取方法，获取滚动轴承几何尺寸、滚珠个数、接触刚度、等效阻尼；建立滚动轴承系统径向变柔度振动动力学模型；采用谐波平衡‑频/时转换法求解滚动轴承系统径向变柔度振动动力学模型，得到变柔度振动主共振幅频响应曲线，并判断系统的主共振位置；根据变柔度振动主共振幅频响应曲线的几何特征，判断现阶段滚动轴承支承刚度特征；结合滚动轴承系统实际工况要求，确定滚动轴承理想支承刚度特征；根据现阶段滚动轴承支承刚度特征，调增或调减轴承径向工作游隙，实现要求的滚动轴承理想支承刚度。本发明减少了轴承刚度特征判断的工作量，提高了轴承刚度特性调节的精度。

技术领域

本发明涉及滚动轴承动力学优化设计领域，具体涉及一种调节滚动轴承径向支承刚度的轴承游隙选取方法。

背景技术

健康轴承对其支承系统振动特性的影响主要体现在弹性支承和VC时变激励两个方面(Harris,2001；罗继伟,罗天宇，2009)。传统上认为，由于滚动轴承滚动体与滚道之间的赫兹接触静力变形关系(其中赫兹点接触为3/2次幂非线性，赫兹线接触为10/9次幂非线性)，滚动轴承的刚度具有硬弹簧支承特性(Erwin,2001)。近年来，国内外研究者们陆续发现滚动轴承系统的动态支承刚度可能还包括软弹簧支承乃至软、硬弹簧支承特征共存的行为(Ehrich，1992；Zhang et al.,2015a)。支承刚度非线性带来的滞后共振特性影响轴承甚至整个转子系统的运行稳定性、按全性和寿命，因此评估和调节轴承的刚度特性是实际工程系统的必备环节。

轴承游隙作为滚动轴承生产、安装和工作过程中的一个基本品控参数。Oswald等人研究发现在较小的负工作游隙下，滚动轴承寿命可以最大化(Oswald et al.，2012)。Zhang等采用两自由度球轴承模型发现合理的选取轴承工作游隙能够有效的调节轴承变柔度振动共振的幅度、触发位置和非线性滞后特性，随后Jin等实验验证了上述研究结果(Zhang et al.，2015b；Jin et al.,2017)。另外，在精密机床加工或高速航空工业领域，通常认为调整滚动轴承到零乃至偏负工作游隙可提高轴承支承刚度的同时降低轴承调动(run-out)带来的振动和噪声行为(Harnoy,2002)。显然，调节轴承游隙对轴承支承刚度大小及其软、硬非线性弹簧特征具有显著的调节作用。由于滚珠轴承包含赫兹接触、轴承游隙和时变柔度参激等多种非线性因素，使得厘清滚动轴承支承刚度非线性特征与轴承游隙参数影响的动力学规律极其困难。谐波平衡-频/时转换(HB-AFT)方法利用AFT时域离散化技术，能够快速得到非线性项的频域信息，进而完成非线性系统的谐波平衡过程，实现对一般非线性系统稳态谐波响应的求解。一方面，张智勇和陈予恕将同伦延拓技术嵌入HB-AFT方法，结合Hsu求解Floquet单值矩阵的离散方法，能够快速并自动追踪滚动轴承系统的幅频响应曲线(张智勇，陈予恕，2014)。另一方面，按照非线性振动基础知识，根据系统主共振幅频响应曲线的软/硬滞后特征可以判定系统支承刚度特性(Kovacic，2011)。两方面结合，使得基于HB-AFT方法所得滚动轴承主共振幅频响应曲线滞后特性，定量选取轴承工作游隙来调节轴承支承刚度特性的策略成为可能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调节滚动轴承径向支承刚度的轴承游隙选取方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种调节滚动轴承径向支承刚度的轴承游隙选取方法，包括以下步骤：

步骤1、获取滚动轴承几何尺寸、滚珠个数、接触刚度、等效阻尼这些基本参数；

步骤2、将步骤1滚动轴承基本参数输入两自由度滚动轴承变柔度振动方程，建立滚动轴承系统径向变柔度振动动力学模型；

步骤3、采用谐波平衡-频/时转换法求解步骤2中滚动轴承系统径向变柔度振动动力学模型，得到变柔度振动主共振幅频响应曲线，并判断系统的主共振位置；

步骤4、根据步骤3所得变柔度振动主共振幅频响应曲线的几何特征，判断现阶段滚动轴承支承刚度特征；