[发明专利]轴承外圈缺陷角位置量化评估方法

摘要

本发明涉及一种轴承外圈缺陷角位置量化评估方法。该方法首先通过外圈缺陷轴承接触载荷分布拟静态分析，定义了外圈缺陷二维融合激励值并得到了它与缺陷角位置的映射关系。然后结合外圈缺陷轴承接触载荷分布动态分析，获得了外圈缺陷激励下振动加速度响应的解析表达式。基于此，再运用数据融合思想先后构造出了两个轴承外圈缺陷角位置量化指标：二维融合峰值和二维融合均方根值。最后综合理想关系式和实测参照值，建立了二维融合均方根值与外圈缺陷角位置的实际函数关系式，用于外圈缺陷角位置的量化评估，具有重要的理论意义和应用价值。

主权项

1.一种轴承外圈缺陷角位置量化评估方法，其特征在于，包括以下步骤：1)外圈缺陷轴承接触载荷分布拟静态分析：以轴承轴向端面为参考平面，轴心为原点、水平向右为x轴、垂直向下为y轴建立参考坐标系；设定滚珠数量为N_b，第1颗滚珠中心与x轴的夹角为φ₁，第j颗滚珠中心与x轴的夹角为φ_j＝φ₁+360°(j‑1)/N_b，外圈缺陷角跨度为Δφ_f，外圈缺陷角位置为φ_f，定义外圈缺陷二维融合激励值其中，和分别为任意一颗滚珠经过缺陷区域时x和y方向的拟静态接触冲击力；2)外圈缺陷轴承接触载荷分布动态分析：以轴承外圈为分析对象，建立其单自由度动力学方程，以拟静态接触冲击力为外部冲量激励，得到外圈的振动加速度响应解析表达式：其中，a_x(t)和a_y(t)分别为外圈的x方向振动加速度信号和y方向振动加速度信号，ω_n为外圈的无阻尼固有频率，ξ为阻尼系数，ω_d为外圈的有阻尼固有频率，m_o为滚动轴承外圈质量，t为时间变量；Q_x和Q_y分别为x方向和y方向的接触力冲量，可表示为：其中，Δt为拟静态接触冲击力的持续时间；3)建立外圈缺陷角位置量化指标与φ_f的理想映射关系：a.构造第一个外圈缺陷角位置量化指标：二维融合峰值P_xy，其定义为两个不同方向的加速度信号的峰值之间的比值；结合公式(1)、公式(2)和公式(3)得到二维融合峰值P_xy与外圈缺陷角位置φ_f的理想关系式：b.再构造第二个外圈缺陷角位置量化指标：二维融合均方根值R_xy，其定义为两个不同方向的加速度信号的均方根之间的比值；结合公式(4)和指数衰减函数的峰值与均方根之间的线性关系，得到二维融合均方根值R_xy与外圈缺陷角位置φ_f的理想关系式：R_xy＝|cotφ_f|  (5)4)建立R_xy与φ_f的实际函数关系式：在轴承座中安放外圈缺陷轴承，并将外圈缺陷角位置调整为垂直向下；在轴承座上端面中心位置安装第一振动加速度传感器，并以此为参照，根据右手定则在轴承座侧端面中心位置安装第二振动加速度传感器；由第一振动加速度传感器和第二振动加速度传感器同时测取数据点数为N的振动加速度信号a₁(i)和a₂(i)，计算出实际系统的二维融合均方根初值R：其中，和分别为a₁(i)和a₂(i)的均值；以R为初值对公式(5)进行改造，得到外圈缺陷在任意角位置情况下R_xy与φ_f实际函数关系式：R_xy＝|cotφ_f|+R  (7)5)应用二维融合均方根值量化评估出外圈缺陷角位置：在待评估的外圈缺陷轴承系统的轴承座上端面中心位置安装第三振动加速度传感器，并以此为参照，根据右手定则在轴承座侧端面中心位置安装第四振动加速度传感器；由第三振动加速度传感器和第四振动加速度传感器同时测取数据点数为N的振动加速度信号a₃(i)和a₄(i)，计算出待评估的外圈缺陷轴承系统的二维融合均方根值R′_xy：其中，和分别为a₃(i)和a₄(i)的均值；将公式(8)带入到公式(7)，即可量化评估出外圈缺陷的角位置φ_f：