滚动轴承内圈故障的动力学模型建立及仿真

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1、第4l卷第4期2015年8月航空发动机AeroengineV01．4lNo．4Aug．2015滚动轴承内圈故障的动力学模型建立及仿真徐可君1，任帅2，秦海勤1，贾明明·(I．海军航空工程学院青岛校区，山东青岛266041；2．南昌航空大学测试与光电工程学院，南昌330063)摘要：针对目前滚动轴承内圈含单一点蚀故障模型无法真实再现实际故障发生过程的缺陷，基于接触理论，综合考虑内圈变形和故障实际尺寸等因素，根据滚动体通过内圈点蚀故障形变量渐变释放的客观事实，建立了1种滚动轴承内圈故障的动力学模型，克服了传统模型瞬间释放变形量导致冲击力过大的缺陷。经数值仿真和试验验证表明

2、了该模型的正确性。关键词：动力学模型；内圈点蚀；故障诊断；渐变释放；滚动轴承中图分类号：V23．9文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnki．aeroengine．2015．04．002DynamicsModelEstablishmentandSimulationofRollingBearingElementwithInnerRaceDefectXUKe-junl，R_ENShuai2，QINHal—qinl，JIAMing—min91(1．QingdaoBranchofNavalAviationEngineeringInstitute，QingdaoSha

3、ndong266041，China；2．SchoolofMeasuringandOpticalEngineering，NanchangHangkongUniversity，Nanchang330063，China)Abstract：Inconsiderationoftraditionfaultmodelofrollingbearingelementwithasingleracedefectcannotshowtherealfaultprocess，akindofdynamicsmodelfortherollingbearingelementwithinnerraced

4、efectwasbuiltbasedoncontacttheory，consideringtheinnerracedeformationandrealfaultsizes，andgradualreleasingofdeformation．Itcanimprovethedisadvantagethatbigimpactforcecausedbythedeformationtransientreleasingofthetraditionmodel．Thisnewmodelisverifiedtobereasonablebynumericalsimulationandexp

5、erimentalvalidation．Keywords：dynamicsmodel；innerracedefect；faultdiagnosis；gradualreleasing；rollingbearingelement0引言滚动轴承是旋转机械中最常用也是最易损坏的部件之一，及时发现轴承早期故障，对预防事故的发生具有重要意义，因此有必要开展滚动轴承故障的动力学特性研究。目前有关滚动轴承故障的分析更多是对整个转子系统的动力学分析，对局部损伤故障轴承的研究相对较少岬I。当滚动轴承存在单一点蚀故障时，故障区承载时会释放一定的变形而产生冲击振动，通过监测冲击振动的频率，即

6、可判断故障是否存在阳。基于该机理，研究人员建立了各种滚动轴承单一点蚀故障模型，例如东亚斌17假设滚动体滚过故障时突然释放压力，在离开故障时又瞬间恢复原受力状态；张亚洲【81在Ho模型的基础上，引入滚动体的随机滑动和振动传递函数的影响；徐东【9恨据滚动体承受载荷的状况，引入分段函数来研究滚动轴承的故障。本文在上述研究基础上，进一步考虑了滚动体通过故障时内圈释放变形量的影响，并基于接触变形量渐变释放的客观事实，通过将故障释放的接触变形量近似成1个线性函数，建立了滚动轴承内圈单一点蚀故障模型。该模型进一步真实揭示了内圈单一点蚀故障机理，解决了现有模型瞬间释放变形量导致冲击力

7、和振动加速度过大的问题【10l，为滚动轴承状态监测和故障诊断提供了理论支持。1内圈单一点蚀故障的滚动轴承模型在滚动轴承工作时，滚动体与滚道的接触可简化为用1组弹簧阻尼表示的模型。根据Hertz接触理论，在内外圈滚道接触角相等的情况下，滚动体与双收稿日期：2014—07一Ol作者简介：徐可君(1963)，男，博士，教授，研究方向为航空发动机寿命可靠性、振动分析、状态监控与故障诊断；E—mail：xukejunxuran@126．com。引用格式：徐可君，任帅，秦海勤，等．滚动轴承内固故障的动力学模型建立及仿Z／J／．航空发动机，2015，41f4)：8