[发明专利]一种计算滚道局部故障球轴承动力学响应的方法

说明书

本发明提出了一种计算滚道局部故障球轴承动力学响应的方法，获取滚动轴承的基本参数和故障参数；计算故障跨度角和局部故障引起的额外间隙；计算滚动体中心与局部故障中心的角度差，结合滚动体是否位于故障区，确定故障发生后滚动体与滚道的变形量；建立滚道局部故障球轴承动力学模型；采用4阶龙格‑库塔法求解滚道局部故障球轴承动力学方程，得到球轴承在垂直方向和水平方向的径向位移，完成滚道局部故障球轴承动力学响应的计算。本发明能够模拟多种局部故障状况，系统、高效地计算滚道局部故障球轴承的动力学响应，对球轴承的故障诊断具有重要价值。

技术领域

本发明涉及故障球轴承动力学响应求解领域，具体涉及一种计算滚道局部故障球轴承动力学响应的方法。

背景技术

球轴承包含轴承变刚度、赫兹接触和轴承间隙等多个非线因素，会导致球轴承出现复杂的动力学行为(张智勇，2015)。球轴承的点蚀、剥落、裂纹和磨损类故障是最为常见的滚道类故障形式，这类故障可简化为局部类故障(尉询楷，2014)。球轴承发生局部故障后，非线性因素增加，导致球轴承的动力学响应更加复杂。Tandon和Choudhury认为轴承局部故障产生的冲击有持续时间，他们选用矩形、三角形和半正弦形三种常见脉冲表征故障产生的冲击，最终冲击力等于冲击函数乘以故障处接触力(TandonN et al.1997)。Tadina和Boltezar对故障轴承系统建模时，将多体动力学方法与有限元方法相结合得到了系统的控制方程，并考虑了不同边界性质对接触刚度的影响(Tadina M,Boltezar M.2011)。以上对球轴承局部故障的研究中，前者通过使用不同的冲击力序列对局部故障进行模拟，其缺点是无法直接得到冲击力的大小，不能对局部故障进行定量描述；后者使用有限元方法模拟局部故障，其缺点为无法模拟故障球轴承的动态行为。本发明克服了以上缺点，利用局部故障引起的额外间隙描述局部故障产生的冲击，并能够模拟多种局部故障状况(包括故障类型、故障尺寸和故障位置)，并且系统、高效地计算滚道局部故障球轴承动力学响应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种计算滚道局部故障球轴承动力学响应的方法。

完成本发明目的的技术解决方案为：一种计算滚道局部故障球轴承动力学响应的方法，包括以下步骤：

步骤1、获取滚动轴承的基本参数和故障参数；

步骤2、计算故障跨度角和局部故障引起的额外间隙；

步骤3、计算滚动体中心与局部故障中心的角度差，结合滚动体是否位于故障区，确定故障发生后滚动体与滚道的变形量；

步骤4、代入步骤1滚动轴承的基本参数和故障参数以及步骤2故障跨度角和局部故障引起的额外间隙，并结合滚动体是否位于故障区，建立滚道局部故障球轴承动力学模型；

步骤5、采用4阶龙格-库塔法求解滚道局部故障球轴承动力学方程，得到球轴承在垂直方向和水平方向的径向位移，完成滚道局部故障球轴承动力学响应的计算。

进一步的，步骤1，获取滚动轴承的基本参数和故障参数，其中：

所述基本参数包括几何尺寸、滚珠个数、接触刚度、轴承间隙和等效阻尼；

所述故障参数包括故障类型、故障尺寸和故障位置；

所述故障类型包括内圈滚道故障和外圈滚道故障。

进一步的，步骤2，计算故障跨度角和局部故障引起的额外间隙，具体方法为：

步骤2.1、计算故障跨度角θ_e：

步骤2.2、计算滚动体与局部故障形成的夹角

步骤2.3、计算局部故障引起的额外间隙Δh：