[发明专利]一种球轴承保持架兜孔非均匀碰磨预测方法

说明书

本发明提出了一种球轴承保持架兜孔非均匀碰磨预测方法，即利用动力学模型获得球与兜孔接触椭圆中心的动态位置，对兜孔表面进行网格划分，根据每个网格点在接触椭圆中的相对位置计算累积PV值，用分布云图实现兜孔表面碰撞频率、磨损位置和相对磨损程度的预测；此方法不限于圆柱型兜孔磨损预测，对于方形和椭圆型等不同形状的兜孔均适用。本发明技术上能够有效识别给定工况及设计参数条件下兜孔表面的异常接触碰撞及非均匀磨损等问题；具体实现方法上，一是能够通过离散网格方法表征兜孔不同位置进入接触椭圆区域的概率即碰撞频率和磨损位置，二是能够通过离散化方法计及兜孔不同位置磨损作用的累加效应即相对磨损程度。

技术领域

本发明涉及一种非均匀碰磨预测方法，特别涉及一种球轴承保持架兜孔非均匀碰磨预测方法。

背景技术

球轴承广泛应用于各种旋转机械中，但由保持架失效引起的球轴承故障却经常发生。保持架材料通常较与其接触的滚动体和套圈硬度要软，因而，磨损是保持架特别是金属保持架最主要的失效形式之一，通过实验或理论方法预测球轴承保持架的磨损情况至关重要。保持架与球轴承其它组件的接触发生在与滚球接触的兜孔内表面和内外引导情况下与套圈接触的保持架内外侧引导面，其中，兜孔内表面关系到保持架对滚球的正确约束，且其与滚球的碰撞接触较为频繁，是保持架接触磨损问题的重点关注区域。

现有的测试技术中，一般利用润滑油中的保持架金属元素含量进行保持架磨损程度评估，比如南车成都机车车辆有限公司的发明专利CN103292997B根据润滑油中的铜含量，采用CAD软件计算保持架兜孔的最大磨损深度，为运转过程中保持架兜孔磨损程度评估提供了一定依据。此外，温保岗等采用实验观测的方法判定球轴承保持架兜孔磨损状态(温保岗,韩清凯,乔留春,等.保持架间隙对角接触球轴承保持架磨损的影响研究[J].振动与冲击,2018,37(23):6.)。

理论计算方法中，现有模型普遍采用Gupta球轴承动力学模型和Archard磨损理论来评估接触界面的磨损情况(①Gupta P K.Cage unbalance and wear in ball bearings[J].Wear,1991,147(1):93-104.②张涛,陈晓阳,顾家铭,等.高速角接触球轴承保持架不稳定运动机理分析[J].振动与冲击,2019.)，采用球轴承动力学模型计算每个球对笼袋的时间平均磨损率。而曹宏瑞的发明专利CN110008555B和Alexandre Leblanc的论文(Leblanc A,Nelias D.Ball Motion and Sliding Friction in a Four-Contact-PointBall Bearing[J].Journal of Tribology,2007,129(4).)采用接触区域PV值评估了球轴承球与滚道接触区域磨损风险。此外，麻旭东等基于HHT算法对滚动轴承进行故障特征提取，从而获得表征保持架早期磨损故障信号(麻旭东,赵桃峰,邵水忠.基于HHT算法的轴承保持架磨损故障特征提取[J].科技创新与生产力,2012(6):3.)。

发明专利CN103292997B根据润滑油中的铜含量的方法，其缺点一是，连同保持架其它部位的磨损如引导面的磨损一同计入，结果必然比较笼统，缺点二是无法预测保持架兜孔中不同位置的磨损差别，无法据此改进兜孔结构或尺寸设计参数。此外，温保岗等采用实验观测的方法(温保岗,韩清凯,乔留春,等.保持架间隙对角接触球轴承保持架磨损的影响研究[J].振动与冲击,2018,37(23):6.)虽然能够准确的确定磨损位置和磨损状态，但需要搭建昂贵的实验台，并且只有球轴承和保持架停止运转和拆套之后才能观察到，因此不适用于运行过程中的保持架兜孔磨损预测。